Технология конструкционных материалов: Методические указания к выполнению лабораторных работ

Ф е д е р а л ь н о е агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный технический у н и в е р с и т е т

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

М е т о д и ч е с к и е указания к в ы п о л н е н и ю лабораторных работ

по д и с ц и п л и н е

«Материаловедение и технология конструкционных материалов» для специальности 16020165 «Самолето- и вертолетостроение»

Составитель ч М . В . П о с т н о в а

Ульяновск 2007

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ульяновск 2007

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов» для специальности 16020165 «Самолето- и вертолетостроение»

Составитель М. В. Постнова

Ульяновск 2007

У Д К 620.22 (076) Б Б К 30.3я7 Т38 Р е ц е н з е н т п р о ф е с с о р кафедры «Самолетостроение» самолетострои­ тельного факультета Ульяновского государственного технического уни­ верситета П . М . П о п о в . О д о б р е н о секцией методических п о с о б и й научно-методического со­ вета университета.

Технология к о н с т р у к ц и о н н ы х материалов : м е т о д и ч е с к и е указания к выТ 38

п о л н е н и ю л а б о р а т о р н ы х р а б о т по д и с ц и п л и н е « М а т е р и а л о в е д е н и е и тех­ нология

конструкционных

материалов»

для

специальности

16020165

«Самолето- и вертолетостроение» / сост. М. В. П о с т н о в а . - Ульяновск: УлГТУ, 2007. - 54 с. Указания составлены в соответствии с программой курса «Материаловедение и технология конструкционных материалов». В методических указаниях даны сведения о макроанализе сплавов, структуре инструментальных материалов, также рассмотрены основные параметры режущих инструментов и методы их определения. Даны описания основных способов литья и металлорежущих станков. Предназначены для студентов дневной и вечерней форм обучения специально­ сти 16020165 «Самолето- и вертолетостроение». У Д К 620.22 (076) Б Б К 30.3я7 © П о с т н о в а М. В., составление, 2007 © О ф о р м л е н и е . У л Г Т У , 2007

3

1. Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А №1 МАКРОАНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 1.1.Цель работы О з н а к о м л е н и е с методикой проведения макроструктурного анализа; изу­ чения поверхностей деталей, изломов, макрошлифов, выявления макродефек­ тов, неоднородности, причин разрушения металла. 1.2. О б щ и е сведения М а к р о с к о п и ч е с к и й анализ (макроанализ) металлов и сплавов заключается в исследовании их строения невооруженным глазом или при п о м о щ и неболь­ ш и х увеличений (до 30 раз). Макроанализ позволяет оценить качество материа­ ла, выявить наличие в нем макродефектов, характер его п р е д ш е с т в у ю щ е й обра­ ботки (литье, обработка давлением, резание, сварка, наплавка, термическая и химико-термическая обработка и др.), структурную и химическую неоднород­ ность, волокнистость, п р и ч и н ы и характер разрушения. Структура материалов, наблюдаемая невооруженным глазом или при небольших увеличениях, называ­ ется макроструктурой. Ее м о ж н о зафиксировать фотоснимком или рисунком. С п о м о щ ь ю макроанализа м о ж н о дать о б щ у ю оценку состояния больших поверхностей материала или детали в целом и выбрать наиболее важные и ти­ п и ч н ы е участки для дальнейшего углубленного изучения. М а к р о а н а л и з прово­ дят путем изучения изломов, м а к р о ш л и ф о в или в н е ш н и х поверхностей загото­ вок и деталей. На поверхности литых изделий наиболее часто встречаются следующие дефекты: - пригар, представляющий собой трудноотделимую корку, с о с т о я щ у ю из смеси металла, формовочного песка и шлака; - усадочные усадки

пустоты

(раковины,

пористость),

образующиеся

в

результате

металла (уменьшение объема) при его затвердевании (рис. 1.1 в);

- газовые раковины (пузыри), в о з н и к а ю щ и е в кристаллизующемся металле ча­ ще всего из-за его большой газонасыщенности (рис. 1.16, ж); - ужимины,

создающиеся

вследствие

частичного

отслоения

внутренних

верхностных слоев песчаной формы, что приводит к образованию

в

по­

твердом

металле полостей, заполненных ф о р м о в о ч н ы м материалом; - трещины, появляющиеся как результат высоких напряжений в отливках из-за сопротивления ф о р м ы их усадке, а также неодинаковых

скоростей

охлажде­

ния р а з л и ч н ы х частей литой заготовки; - неметаллические включения,

которые по происхождению разделяются на эн­

догенные и экзогенные (эндогенные образуются в результате взаимодействия компонентов сплава, например железа, с растворенными в нем кислородом, се-

4 рой, азотом; экзогенные — шлаковые включения и засоры от р а з р у ш а ю щ и х с я стенок ф о р м ы ) -

которые

светлые кристаллы,

представляю

собой обедненные л е г и р у ю щ и м и

компонентами зерна твердого раствора (в основном они характерны для алю­ м и н и е в ы х сплавов) (рис. 1.2).

г

д

Ж

Рис. 1.1. П о р о к и микроструктуры стали: а - ликвационный квадрат, б - общая пористость, в - усадочная раковина, г - подкорковые пузыри, д - флокены, ж центральная пористость

Рис. 1.2. Макроструктура профиля из сплава Д16, в центральной части профиля отмечаются скопления светлых кристаллов вытянутых в направлении дефор­ мации, а по периметру профиля располагается круп­ нокристаллический ободок

5 В п л а с т и ч е с к и д е ф о р м и р о в а н н ы х изделиях остается часть дефектов ли­ того металла. Оставшиеся дефекты при пластическом д е ф о р м и р о в а н и и металла видоизменяются.

Усадочные пустоты превращаются в расслоения.

Некоторые

неметаллические включения (а также газовые пузыри), окисленные и потому не заварившиеся в процессе горячей обработки давлением, вытягиваются и обра­ зуют п р я м ы е тонкие штрихи-трещинки глубиной не более 1,5 мм и длиной от долей миллиметра до нескольких сантиметров. Такие трещинки, расположен­ ные в направлении деформирования, называются волосовинами.

В некоторых

легированных сталях выявляются флокены — тонкие т р е щ и н ы , которые в по­ перечном сечении представляют собой овальные пятна серебристо-белого цвета (рис. 1.1 д). О н и особенно хорошо наблюдаются на изломах и протравленных макрошлифах.

Происхождение

флокенов связано

с

поглощением водорода

жидкой сталью, его сегрегацией в местах больших искажений кристаллической решетки затвердевшей стали. Это приводит к появлению значительных напря­ жений и как следствие, трещин при пластической деформации стали, а также при ее неравномерном охлаждении или фазовых превращениях. К дефектам пластически деформированного металла относятся также сильно разветвлен­ ные, глубоко п р о н и к а ю щ и е в глубь металла т р е щ и н ы и раковины, вызванные пережогом (т. е. окислением металла по границам зерен); надрывы,

обуслов­

ленные чрезмерно большой степенью деформации; окалина — слои окисленно­ го металла (если она вдавлена в металл, на его поверхности с образуется рябиз­ на). В прессованных полуфабрикатах из алюминиевых сплавов в периферийной зоне под действием высокой температуры нередко образуется крупнокристал­ лический ободок (рис.

1.2). Возникновение такого ободка нежелательно вслед­

ствие резкого снижения в нем усталостных, прочностных и статических харак­ теристик. По границам зерен в ободке могут образовывать т р е щ и н ы В т е р м и ч е с к и о б р а б о т а н н о м м е т а л л е чаще всего обнаруживаются обез­ углероживание

и

закалочные

трещина.

Обезуглероживание

поверхностных

слоев стальных изделий является результатом окислительного действия печной газовой среды. На поверхности изделий возникают участки с п о н и ж е н н о й твер­ достью — мягкие пятна. Закалочные т р е щ и н ы имеют зигзагообразный харак­ тер, часто образуют сетку. Края закалочных трещин, в отличие от т р е щ и н горячедеформированного металла, не обезуглероживаются, поскольку такие трещи­ ны образуются в процессе закалки при охлаждении изделий до температур ни­ же 100 °С или после полного охлаждения.

Рис. 1.3. Макроструктура прутка из сплава Д16 с внутренними закалочными т р е щ и н а м и

6

В сварных изделиях о с н о в н ы м и дефектами я в л я ю т с я трещины, как ре­ зультат в ы с о к и х напряжений, непровар, пережог, подрез и наплыв. Подрез представляет собой углубление (канавку) на основном металле вдоль л и н и и сплавления сварного шва с основным металлом (рис. 1.4. а). Наплыв - это натекание металла шва на поверхность основного металла или ранее выполенного валика без сплавления с ним (рис. 1.4. б) Непровар — местное отсутствие соединения осй&вного металла и наплав­ ленного (рис. 1.4 в, г), этот дефект возникает при загрязнении свариваемых по­ верхностей или недостаточном разогреве основного металла. Пережог возникает из-за высокой температуры нагрева металла в про­ цессе сварки. Он образуется при н а р у ш е н и и р е ж и м а тепловой обработки (вы­ сокая температура нагрева в кислородсодержащей среде), в ы з ы в а ю щ е м интен­ сивное окисление металла вдоль границ зерен, а это в свою очередь сильно охрупчивает металл.

а

б

в

г

Рис. 1.4. Д е ф е к т ы при сварке плавлением: а - подрез, б - наплыв, в - непровар по толщине, г - непровар по кромке шва По результатам исследования поверхностей изделий делается мотивиро­ ванное заключение о возможности их дальнейшей эксплуатации. В н у т р е н н и е дефекты, которые могут привести к р а з р у ш е н и ю изделия, выявляются при изучении изломов. Изломом называется поверхность, образующаяся вследствие разрушения металла. И з л о м ы металлов могут существенно отличаться по цвету. Так, стали и белые чугуны, в которых весь углерод связан в цементите, и м е ю т излом свет­ ло-серого цвета. У графитизированных сталей и чугунов, в к о т о р ы х углерод находился преимущественно в виде графита, излом черного цвета. На поверхности изломов м о ж н о видеть дефекты, которые способствовали р а з р у ш е н и ю . В зависимости от состава, строения металла, наличия дефектов, условий обработки и эксплуатации изделий изломы, могут иметь вязкий, хруп­ кий или усталостный характер. Вязкий

(волокнистый)

излом

(рис.

1.5,

рельеф и свидетельствует о значительной

а)

имеет

пластической

бугристо-сглаженный деформации,

пред­

ш е с т в у ю щ е й р а з р у ш е н и ю . По виду вязкого излома нельзя судить о форме и размерах зерен металла. Хрупкий

(кристаллический)

излом (рис.

1.5,6) характеризуется наличием

на поверхности плоских блестящих участков (фасеток). Так как разрушение протекает без заметной пластической д е ф о р м а ц и и и форма зерна не искажает­ ся, то на х р у п к о м изломе видны исходные ф о р м а и размер зерен металла. П р и

7 этом разрушение может происходить через зерна (транскристаллический из­ лом) л и б о по границам зерен (интеркристаллический, или межкристаллический, излом). Разрушение по границам зерен имеет место при наличии на границах неметаллических включений (фосфиды, сульфиды, оксиды) или других выде­ лений, о с л а б л я ю щ и х прочность границ зерна.

б а в Рис. 1.5. И з л о м ы стали (×2,5): а - вязкий; б - хрупкий; в - с м е ш а н н ы й Хрупкое разрушение наиболее опасно, так как происходит чаще всего при напряжениях ниже предела текучести материала. Его в о з н и к н о в е н и ю спо­ собствуют наличие поверхностных дефектов, конструктивные просчеты (резкое изменение сечения, толстостенность деталей), низкая температура и ударные нагрузки при работе, крупнозернистость

металла, выделения

по границам зе­

рен хрупких фаз, межзеренная коррозия. Разновидностями хрупкого излома яв­ ляются нафталинистый, камневидный, ф а р ф о р о в и д н ы й и др. Нафталинистый излом — транскристаллический с к р у п н ы м зерном и из­ бирательным блеском, подобным блеску кристаллов нафталина. Он свидетель­ ствует о п о в ы ш е н н о й хрупкости стали и наблюдается в легированных, пре­ имущественно быстрорежущих сталях. П р и ч и н о й возникновения такого излома является перегрев стали, в ы з ы в а ю щ и й укрупнение зерен и образование опреде­ ленной ориентации структурных составляющих (текстура). В н е ш н е в изломе текстура проявляется как одно крупное зерно. Нафталинистый излом устраня­ ется путем многократных повторных фазовых перекристаллизации металла. Х р у п к и й излом называют камневидным,

если металл имеет крупнозерни­

стое строение, а разрушение носит преимущественно межкристаллический ха­ рактер. П р и ч и н а образования такого излома — перераспределение примесей при перегреве металла с выделением их в приграничных участках зерен. Кам­ невидный излом м о ж н о устранить путем гомогенизирующего отжига. О б ы ч н о изломы бывают с м е ш а н н ы м и . П р и с м е ш а н н о м изломе (рис. 1.5, в) на его поверхности наблюдаются участки вязкого и хрупкого разрушения. Фарфоровидный

излом характерен для правильно закаленной

стали,

вид

излома матовый, мелкозернистый. Усталостный излом

образуется в результате длительного воздействия на

металл циклически изменяющихся во времени напряжений и д е ф о р м а ц и й . Из­ лом состоит из трех зон: зарождения трещины, собственно усталостного рас-

8

пространения т р е щ и н ы и долома. М е х а н и з м усталостного р а з р у ш е н и я следую­ щ и й . Усталостная трещина возникает в местах, где имеются концентраторы на­ пряжений или дефекты. Первая зона плоская и гладкая: Увеличиваясь при ра­ боте детали, трещина образует зону собственного усталостного распростране­ ния с характерными концентрическими бороздками или дугами и мелкозерни­ стым, ф а р ф о р о в и д н ы м изломом. Зачастую она имеет отдельные участки глад­ кой притертой поверхности. Д о л о м происходит внезапно, когда ослабленное т р е щ и н о й сечение детали не способно выдержать прикладываемой механиче­ ской нагрузки. Д о л о м бывает вязким или хрупким. 1.3. П о р я д о к выполнения л а б о р а т о р н о й работы 1. Изучить виды дефектов в о з н и к а ю щ и х в металле при литье, пластической д е ф о р м а ц и и , термической обработке и сварке. 2. Исследовать образцы выданные преподавателем на наличие в них дефек­ тов, зарисовать их в отчет. 3. Составить отчет. В отчете

указать: цель работы, основные в и д ы дефектов

обнаруживаемых при макроанализе, зарисовать выданные образцы и запи­ сать обнаруженные в них дефекты. 4. Ответить на контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. К а к и е виды дефектов возникают при изготовлении л и т ы х деталей и что они собой представляют? 2. К а к и е виды дефектов возникают при пластической д е ф о р м а ц и и и что они собой представляют? 3. К а к и е в и д ы дефектов возникают п р и термической обработке металлов и что они собой представляют? 4. К а к и е виды дефектов возникают при сварке и что они собой представляют? 5. Ч т о собой представляет хрупкий излом и как может происходить хрупкое р а з р у ш е н и е металлов? 6. Ч т о собой представляет вязкий излом и для каких металлов он характерен? 7. Н а ф т а л и н и с т ы й излом, его особенности, п р и ч и н ы возникновения и способ предотвращения его образования. 8. К а м н е в и д н ы й излом, его особенности, п р и ч и н ы возникновения и способ предотвращения его образования. 9. Усталостный излом, условия его образования и механизм усталостного раз­ рушения.

9

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 ЛИТЕЙНЫЕ ОТЛИВОК

СПЛАВЫ, СВОЙСТВА И

СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

2.1. Ц е л ь работы Изучить свойства литейных сплавов, существующие способы литья и разработать технологический процесс изготовления литой детали. 2.2. О б щ и е сведения 2.2.1. О с н о в н ы е способы изготовления отливок Литьем получают заготовки путем заливки жидкого металла в ф о р м ы . О с н о в н ы е способы изготовления отливок - литье в песчаные ф о р м ы , в оболоч­ ковые ф о р м ы , по выплавляемым моделям, кокильное и центробежное литье, литье под давлением. Последние пять способов называют с п е ц и а л ь н ы м и . Ос­ н о в н ы м и операциями технологических процессов получения отливок являются: плавка металла, заливка расплава в форму, освобождение отливки из ф о р м ы после затвердевания, отрезка литников, термообработка, з а щ и т н ы е антикорро­ зионные покрытия и др. Л и т ь е в песчаные ф о р м ы - с а м ы й р а с п р о с т р а н е н н ы й способ литья. В м а ш и н о с т р о е н и и им изготавливают 75÷80 % отливок (по массе). В зависимости от размеров отливки и типа производства применяют ручную, м а ш и н н у ю или стержневую формовку. В песчаных формах м о ж н о получить отливки самой сложной конфигурации и массой от нескольких граммов до сотен тонн. П о л у ч а е м ы е заготовки характеризуются низкой точностью, в ы с о к и м и па­ раметрами шероховатости и б о л ь ш и м и припусками на механическую обработ­ ку. С т о и м о с т ь изготовления отливок минимальна, но стоимость их механиче­ ской обработки больше, чем заготовок, полученных остальными способами ли­ тья. Литье в песчаные ф о р м ы требует н а и б о л ь ш и х затрат металла. В песчаных формах получают преимущественно отливки из стали, чугуна, р е ж е — из цвет­ ных металлов. Этот способ чаще всего применяется в единичном и серийном производстве. П р и м е н е н и е его в массовом производстве в о з м о ж н о только при высокой степени механизации. О с н о в н ы е операции технологического процесса литья в песчаные ф о р м ы : изготовление формы, плавка металла, заливка металла в форму, в ы б и в к а отлив­ ки из ф о р м ы , очистка отливки, отрезка литников, термическая обработка, за­ щи т н о е покрытие.

10

Рис.2.1. Схема песчаной литей­ ной ф о р м ы : 1 - стержень, 2 - нижняя опока, 3 - ш т и ф т ы , 4 - верхняя опока, 5 - выпор, 6 - каналы, 7 - литниковая чаша, 8 - вертикальный стояк, 9 - шлакоуловитель, 10 - питатель При

изготовлении формы

исходными

материалами

являются:

кварцевый

песок, специальные сорта глин и готовые детали форм — стержни. Формовоч­ ную смесь, состоящую из 8 0 ÷ 9 0 % песка, глины и других компонентов, добав­ ляемых в небольших количествах, тщательно перемешивают, у в л а ж н я ю т не­ б о л ь ш и м количеством воды и засыпают в формовочные приспособления - опо­ ки (рис. 2.1). Затем в опоку укладывают деревянную или металлическую мо­ дель изделия и засыпают формовочной смесью. Для плотного прилегания смеси к модели ее утрамбовывают специальными вибрационными м а ш и н а м и и при­ способлениями. Затем модель извлекают из формовочной массы и в образо­ вавшиеся стержневые знаки на свои места укладывают стержни. Стержни пред­ ставляют собой детали литейной формы, предварительно изготовленные из специальной формовочной массы и применяемые для образования внутренних поверхностей отливки. П о с л е установки стержня 1 (рис. 2.1) производят сборку двух половин ф о р м ы : в е р х н ю ю опоку 4 устанавливают на н и ж н ю ю 2 и фиксируют контроль­ н ы м и ш т и ф т а м и 3. В а ж н е й ш и м элементом конструкции модели отливки явля­ ется литниковая система, предназначенная для подвода жидкого металла в ра­ бочую полость литейной формы. В литейной форме, показанной на рис. 2.1, литниковая система состоит из литниковой чаши 7, вертикального стояка 8, шлакоуловителя 9, питателя 10 и выпора 5. Литниковая система обеспечивает плавное равномерное течение металла при заполнении ф о р м ы и подпитку жид­ ким металлом утолщенных мест отливки в период остывания с целью компен­ сации усадки и исключения возможности появления рыхлот, т р е щ и н и недоли­ вов. В ы п о р 5 и каналы 6 служат для отвода газов из ф о р м ы в период заливки и определения момента наполнения ф о р м ы металлом. Плавку металла выполняют в электрических печах сопротивления, дуго­ вых, и н д у к ц и о н н ы х и вакуумных электронно-лучевых установках. Температуру расплавленного металла доводят до температуры заливки, которая зависит от природы металла, массы отливки, ее размеров и формы, т о л щ и н ы стенок от­ ливки, ряда других факторов.

11

Так, например, температура заливки толстостенных стальных отливок на 100 °С в ы ш е температуры плавления, а тонкостенных - на 150÷160 °С. Темпе­ ратура заливки бронзы колеблется от

1050 до

1200 °С, латуни в пределах

1000-И 100 °С. Соблюдение установленной температуры заливки является важ­ н е й ш и м условием получения высококачественной отливки. Заливку

металла

выполняют

в

литейные

формы,

полностью

под­

готовленные к этой операции. Металл, доведенный до температуры заливки, выпускают из печей в заливочные ковши, транспортируют к л и т е й н ы м формам и заливают в них. Выбивку

отливки

из

выполняют

формы

после

окончания

процесса

за­

твердевания и охлаждения отливки. Л и т е й н у ю форму разрушают, отливку из­ влекают из ф о р м ы и освобождают от формовочных материалов. Очистку отливки от формовочных материалов производят на вибрацион­ ных машинах, в пескоструйных аппаратах и вручную. Отрезку

элементов литниковых

систем

(стояков,

выпоров,

питателей

и

др.) в ы п о л н я ю т на фрезерных станках дисковыми фрезами, л е н т о ч н ы х пилах, круглошлифовальных станках, тонкими абразивными ш л и ф о в а л ь н ы м и круга­ ми. Термообработку

отливок

проводят

при

температуре

ниже

температуры

рекристаллизации в целях снятия внутренних напряжений в металле, стабили­ зации ф о р м ы и размеров отливки. Для з а щ и т ы от коррозии необрабатываемые поверхности заготовки (от­ ливки)

подвергают

защитным

покрытиям:

стальные

-

оксидированию

или

ц и н к о в а н и ю , а л ю м и н и е в ы е и магниевые — анодированию. Л и т ь е в оболочковые ф о р м ы состоит в том, что и с п о л ь з у ю т ф о р м ы , из­ готовленные из кварцевого песка (92÷95%), смешанного с термореактивной смолой ( 5 ÷ 8 % ) , служащей в качестве связки, с последующим спеканием. Такие ф о р м ы при сравнительно небольшой т о л щ и н е стенок 8÷15 мм отличаются вы­ сокой прочностью и хорошей газопроницаемостью. Д л я изготовления оболочковых форм применяют металлические модели с в с т р о е н н ы м и в них нагревательными элементами, которые обеспечивают рав­ н о м е р н ы й нагрев всей массы модели и постоянство температуры рабочих по­ верхностей в процессе формовки. Приготовление формовочного материала со­ стоит в тщательном перемешивании сухого, х о р о ш о просеянного песка с ув­ лажнителем. В качестве увлажнителей п р и м е н я ю т : керосин, фурфурол, бакели­ товый лак и др. П е р е м е ш и в а н и е м достигают равномерного смачивания зерен песка увлажнителем, что в свою очередь способствует лучшей адгезии зерен с термореактивной смолой. После 5 м и н смешивания в состав добавляют порош­ кообразную термореактивную смолу, а перемешивание п р о д о л ж а ю т еще в те­ чение 10÷15 мин. П р о ц е с с изготовления оболочковых форм состоит в с л е д у ю щ е м : метал­ лическую модель 3, нагретую до температуры 220÷280 °С, п о к р ы в а ю т тепло-

12

стойкой смазкой, в ы п о л н я ю щ е й роль разделительной среды между поверхно­ стью модели и формовочной массой 2, а затем засыпают ф о р м о в о ч н о й смесью (рис. 2.2). В таком состоянии модель в ы д е р ж и в а ю т в бункере 1 2СК30 с. За это время происходит предварительное спекание оболочки на металлической моде­ ли. Т о л щ и н у оболочки м о ж н о регулировать временем в ы д е р ж к и модели в заформованном

состоянии.

Затем

с модели удаляют сыпучую

формовочную

смесь и вместе с оболочкой направляют в печь, в которой производят оконча­ тельное спекание массы оболочки (при температуре 350^375° С). С охлажден­ ной модели с н и м а ю т готовую оболочковую форму 4.

Рис. 2.2. Схема изготовления оболочковых ф о р м : 1- бункер, 2 - ф о р м о в о ч н а я масса, 3 металлическая модель, 4 - оболочковая форма В ы п о л н е н н ы е таким способом отдельные части оболочковой ф о р м ы и л и т н и к о в у ю систему собирают и склеивают по плоскостям разъемов.

Для

склеивания п р и м е н я ю т различные марки клея: БФ-2, К-17 (на основе смолы МФ-17) и др. Изготовление и сборка оболочковых форм легко поддаются меха­ низации и автоматизации; в п р о м ы ш л е н н о с т и применяют полуавтоматические и автоматические м а ш и н ы для формовки и спекания форм. Для заливки крупногабаритных ф о р м металлом их устанавливают в ме­ таллические я щ и к и (контейнеры) и засыпают стальной или чугунной дробью, чтобы избежать разрушения стенок в процессе заливки. В крупносерийном и массовом производствах из отработанных оболочек регенерируют кварцевый песок в целях повторного использования при изготовлении форм. О с н о в н ы м и преимуществами литья в оболочковые ф о р м ы в сравнении с литьем в песчаные ф о р м ы являются: более высокая точность размеров и ф о р м ы отливок; более низкая шероховатость поверхностей отливки, что позволяет в ряде случаев исключить механическую обработку поверхностей; п о н и ж е н н ы й расход ф о р м о в о ч н ы х материалов; м е н ь ш а я трудоемкость изготовления отли­ вок. К числу недостатков этого способа относятся: ограниченная масса отли­ вок (до 300 кг), применение дорогих ф о р м о в о ч н ы х материалов и более сложной технологической оснастки. Л и т ь е по выплавляемым моделям применяется д л я изготовления слож­ н ы х и т о ч н ы х заготовок практически из л ю б ы х сплавов. Отличительной осо-

13

бенностью этого способа, является применение одноразовых моделей из легко­ плавких материалов для изготовления минеральных л и т е й н ы х форм, также од­ норазового применения. О с н о в н ы е операции технологического процесса литья по в ы п л а в л я е м ы м моделям: изготовление выплавляемых моделей, изготовление блоков моделей, покрытие блоков керамической оболочкой, формовка блоков, термообработка блоков, заливка форм металлом, выбивка блоков - отливок из опок, очистка блоков, отрезка литников, термическая обработка отливок, з а щ и т н о е покрытие. Изготовление

выплавляемых моделей

и

литниковых

систем

производят

из

легкоплавких материалов - парафина, стеарина, воска и др. Т и п о в о й состав мо­ дельной массы, применяемой для выплавляемых моделей: стеарина 50%, пара­ фина 50 %. Температура заливки этого состава 42÷43 °С. М о д е л и отливок и л и т н и к о в ы х систем получают заливкой под давлением расплавленной модель­ ной м а с с ы в пресс-форму. После охлаждения пресс-формы и отвердения мо­ дельной м а с с ы модель извлекают из пресс-формы и хранят в холодной воде или холодильнике до поступления на операцию сборки блока. Операция изготовления блока модели состоит в присоединении моделей к групповой литниковой системе. Это дает возможность более р а ц и о н а л ь н о ис­ пользовать расплавленный металл при заливке формы. Соединение производят пайкой с п о м о щ ь ю специального электропаяльника в виде пластины.

а)

б)

коллектор

Операция

покрытия

Р и с . 2.3. С х е м ы соединения моделей с литнико­ в ы м и системами: а - схема непосредственного присоединения ф о р м ы к центральному литнику - стояку; б - схема присоединения к п и т а ю щ е м у коллектору блоков

керамической

оболочкой

заключается

в

сле­

д у ю щ е м . Д л я формирования керамической оболочки на поверхность блока вы­ плавляемых моделей наносят несколько слоев керамической суспензии, в со­ став которой входит мелкозернистый п о р о ш о к кварца, с м е ш а н н ы й со специ­ альным раствором. В состав типовой керамической суспензии входят 7 весовых частей п о р о ш к а кварца и 3 части раствора этилсиликата. Состав т щ а т е л ь н о пер е м е ш и в а ю т и в него добавляют 0,3 % от общего веса соляной кислоты и 6 см на литр состава серной кислоты. Нанесение керамической суспензии произво­ дят погружением блока в бак с суспензией на 1÷1,5 мин. В ы н у т ы е из суспензии блоки п о с ы п а ю т кварцевым песком и просушивают на воздухе при температуре

14 22÷24 °С в течение 4÷5 ч. Затем эту о п е р а ц и ю повторяют до получения оболоч­ ки т о л щ и н о й 2÷5 мм. Операция формовки блоков.

Блоки,

покрытые оболочкой,

устанавливают

в опоки и промежутки между н и м и заполняют ф о р м о в о ч н ы м материалом. П р и м е н я ю т два вида наполнительных материалов: сухой и влажный. В качестве сухого наполнителя употребляют кварцевый песок, ш а м о т н ы й порошок, элек­ трокорунд и др. П о с л е окончания ф о р м о в к и опоки с сухим наполнителем на­ правляют на термообработку, опоки с в л а ж н ы м наполнителем в ы д е р ж и в а ю т на воздухе в течение 10-12 ч. Термическую обработку блоков производят для выплавления из форм мо­ дельного состава с последующей прокалкой при температуре 900÷950 °С в те­ чение 2÷3 ч. Ц е л ь прокалки — упрочить керамическую оболочку ф о р м ы и уда­ лить остатки формовочной массы выжиганием. Термическую обработку произ­ водят в с у ш и л ь н ы х ш к а ф а х и электрических печах. С о д е р ж а н и е дальнейших операций обработки: заливки, выбивки, очист­ ки, отрезки литников и других аналогично содержанию соответствующих опе­ раций литья в минеральные (песчаные) ф о р м ы . К числу преимуществ этого способа относятся: возможность изготовле­ ния отливок самой сложной формы, с лабиринтами и полостями, получить ко­ торые д р у г и м и способами формообразования невозможно;

возможность полу­

чения отливок из л ю б ы х сплавов с м и н и м а л ь н ы м и припусками на механиче­ скую обработку (0,2÷0,7) мм;

сокращение расхода металла на изготовление из­

делий, что весьма важно при отливке из дорогостоящих и д е ф и ц и т н ы х мате­ риалов; снижение трудоемкости последующей механической обработки;

воз­

м о ж н о с т ь механизации и автоматизации операций технологического процесса; высокая точность размеров отливок и малая шероховатость поверхности. Основные

недостатки

процесса:

высокая

себестоимость

одноразовых

л и т е й н ы х форм; весьма длительный производственный цикл получения отли­ вок; высокая энергоемкость процесса. Л и т ь е м по выплавляемым моделям экономически наиболее выгодно из­ готавливать мелкие, но сложные по конфигурации заготовки, к к о т о р ы м предъ­ являются высокие требования по точности размеров и шероховатости поверх­ ности или которые собираются (свариваются) из двух и более элементов. О б ы ч н о л ь ю т детали из цветных сплавов, высоколегированных сталей, жаро­ прочных сплавов, плохо обрабатывающихся резанием или о б л а д а ю щ и х низ­ кими л и т е й н ы м и свойствами. Основная часть экономии при этом способе литья достигается за счет у м е н ь ш е н и я массы заготовки и объема ее механической об­ работки. К о к и л ь н о е л и т ь е — н а и б о л е е д е ш е в ы й среди специальных способов ли­ тья. Е г о главная особенность состоит в многократном использовании металли­ ческой ф о р м ы — к о к и л я . Стойкость чугунных кокилей составляет при изготов­ лении стального литья 50÷500 отливок, чугунного — 400÷8000 отливок, литья из цветных сплавов — тысячи и десятки тысяч отливок.

15

К о к и л и позволяют получать отливки со стабильными и т о ч н ы м и разме­ рами (до 12 квалитета). Параметр шероховатости может достигать R z =20 мкм. В связи с б о л ь ш о й теплопроводностью материала ф о р м ы скорость кристаллиза­ ции очень велика. Это повышает механические свойства отливки (за счет полу­ чения мелкозернистой структуры) на 10÷15 %, но в то же время затрудняет по­ лучение отливок с тонкими стенками. К о к и л ь практически не обладает подат­ ливостью и газопроницаемостью, что необходимо учитывать п р и конструиро­ вании отливки. П р и переходе с литья в песчаные ф о р м ы на кокильное расход металла уменьшается на 10÷20 % за счет сокращения литниковой системы. Трудоем­ кость механической обработки вследствие уменьшения припусков и высокой точности р а з м е р о в уменьшается в 1,5÷2,0 раза. О д н о в р е м е н н о необходимо учитывать, что сами кокили стоят довольно дорого, что в них м о ж н о изготавливать отливки сравнительно простой конфи­ гурации и что, возможно, их коробление из-за значительных усадочных и тер­ мических напряжений. К о к и л ь н о е литье целесообразно применять в условиях серийного произ­ водства при получении с каждой ф о р м ы не менее 300÷500 м е л к и х или 50÷200 средних отливок в год, а также для изготовления отливок простой конфигура­ ции из медных, алюминиевых и магниевых сплавов, а также из стали и чугунов. 1

Рис. 2.5. Схема конструкции кокиля: 1 - р а з ъ е м н ы й корпус, 2 - стержни О с н о в н ы е операции технологии изготовления отливок: литейная, отрезка литников, термическая обработка, з а щ и т н ы е покрытия. Литейная операция состоит из с л е д у ю щ и х основных переходов: очистки литейной ф о р м ы , сборки формы, смазки рабочих поверхностей ф о р м ы меловой краской, заливку металла в форму, разборки ф о р м ы и удаления отливки, кон­ троля отливки. Технологическим оборудованием литейной операции является плавильная печь, специальной оснасткой - металлическая ф о р м а (кокиль). О с н о в н ы м недостатком процесса литья в металлические ф о р м ы является высокая стоимость металлических ф о р м и ограниченная применяемость, так как для деталей сложной ф о р м ы не всегда представляется в о з м о ж н ы м создание металлических форм. Ц е н т р о б е ж н о е литье заключается в заливке жидкого металла во вра­ щ а ю щ у ю с я форму (изложницу), которая вращается до окончания кристаллиза­ ции металла. В этом случае, как и при кокильном литье, получают высокую точность размеров и аналогичный параметр шероховатости поверхности.

16

За счет вращения изложницы достигается большая плотность металла от­ ливки, повышается жидкотекучесть, практически отсутствуют затраты на изго­ товление стержней. П р и этом способе литья значительно снижается расход ме­ талла, так как отсутствует или очень мала литниковая система. За счет центро­ б е ж н ы х сил примеси, неметаллические включения скапливаются на внутренней поверхности отливки и могут быть удалены механической обработкой.

Рис. 2.6. С х е м ы м а ш и н для центробежного литья: а, б - м а ш и н ы с вертикальной осью вращения, в м а ш и н ы с горизонтальной осью вращения, 1 - до­ зировочный ковш, 2 - в р а щ а ю щ а я с я ф о р м а Р а с п л а в л е н н ы й металл (рис. 2.6) из дозировочного к о в ш а 1 по желобу за­ ливают во в р а щ а ю щ у ю с я форму 2, п о м е щ е н н у ю в кожух, н а п о л н е н н ы й цирку­ л и р у ю щ е й водой. Готовую отливку извлекают специальными приспособления­ ми. Производительность м а ш и н ы 40÷50 деталей в час. К недостаткам центробежного литья следует отнести: неточность разме­ р о в и низкое качество внутренней полости отливки; трудность получения отли­ вок из сплавов, склонных к ликвации; возможность возникновения продольных и поперечных т р е щ и н за счет высоких центробежных сил и затрудненной усад­ ки отливки. Ц е н т р о б е ж н о е литье применяется для изготовления труб, втулок, махо­ вых и зубчатых колес,

ободов и т.п.

В

частности, чугунные трубы льют

Ø 50÷1000 мм с производительностью до 40÷50 труб в час. Заготовки л ь ю т из чугуна, углеродистых и легированных сталей, иногда из цветных сплавов (фа­ сонные отливки из титановых сплавов). В о з м о ж н о изготовление биметалличе­ ских отливок. Л и т ь е под давлением состоит в том, что ж и д к и й металл с б о л ь ш о й ско­ ростью заполняет полость металлической пресс-формы и кристаллизуется под давлением. Литье осуществляется на п о р ш н е в ы х (1000÷3600 заливок в час) и к о м п р е с с и о н н ы х (60÷500 заливок в час) машинах. Заполнение ф о р м ы произво­ дят в гидравлически замкнутой системе под принудительным в н е ш н и м давле­ нием, д о х о д я щ и м до 500 М П а и при больших скоростях течения металла из ка­ м ер ы прессования в полости пресс-формы. Скорости течения металла в процес­ се заливки достигают 120 м/с, в то время как скорости течения металла при ли­ тье в песчаные ф о р м ы и кокили находятся в пределах 1÷З,5 м/с. П о с л е заливки металла (рис. 2.7, а) в камеру прессования 2, п о р ш е н ь 1 опускается вниз, пятка 4 открывает литниковое отверстие и р а с п л а в л е н н ы й ме­ талл заполняет литейную форму 3, в которой под давлением происходит кри­ сталлизация и затвердевание отливки (рис. 2.7, б). Затем п о р ш е н ь 1 и пятка 4

17

п о д н и м а ю т с я в верхнее положение, пятка 4 срезает и выталкивает остаток ме­ талла 5, в то же время происходит р а з м ы к а н и е пресс-формы 3 и выталкивание отливки 6 (рис. 2.7, в). Вслед за этим пресс-форма 3 замыкается и пятка 4 опус­ кается в исходное положение. Рабочий цикл м а ш и н ы автоматизирован, л и ш ь заливка п о р ц и и металла в камеру прессования производится вручную.

Рис. 2.7. Схема операции литья под давлением на м а ш и н е с вертикаль­ ной камерой прессования С о в р е м е н н ы е м а ш и н ы для литья под давлением строят с вертикальным и горизонтальным расположением камеры прессования, гидравлическим приво­ дом рабочего п о р ш н я и механизма замыкания пресс-формы. Высокая

скорость

заполнения

литейной

формы

и

высокое

гид­

ростатическое давление в процессе кристаллизации и остывания м а с с ы отливки дают возможность изготовлять тонкостенные отливки (с т о л щ и н о й стенок и ре­ бер 1,5÷2 мм), улучшают механические свойства металла отливки ( п о в ы ш а ю т прочность и пластичность). В а ж н е й ш и м параметром процесса, о п р е д е л я ю щ и м качество отливки, яв­ ляется температура заливаемого металла.

Завышенная температура заливки

приводит к у в е л и ч е н и ю пористости и раковин в отливке, заниженная - к недо­ ливам и неполному заполнению рабочей полости формы. О п т и м а л ь н о й темпе­ ратурой заливки считается температура на 20÷ЗО °С выше температуры кри­ сталлизации металла. П р е с с - ф о р м ы для литья под давлением в процессе работы находятся под действием б о л ь ш и х в н е ш н и х сил и высоких температур. Эти воздействия учи­ т ы в а ю т п р и конструировании пресс-формы. Детали, о ф о р м л я ю щ и е поверхно­ сти отливки (матрицы, пуансоны, стержни, вкладыши), в ы п о л н я ю т из термо­ стойких легированных сталей марок ЗХ2В8, 3X13 и др. К о р п у с н ы е детали плиты пуансонов и матриц - делают из сталей 40 и 50, н а п р а в л я ю щ и е втулки, пальцы, р е й к и - из сталей У7А, У8А. Пресс-формы являются с л о ж н о й дорого­ стоящей оснасткой, стоимость которой окупается л и ш ь в крупносерийном и массовом производствах. О с н о в н ы е преимущества процесса литья под давлением: высокая произ­ водительность оборудования; высокая точность размеров отливок; возможность изготовления тонкостенных деталей сложной ф о р м ы ; низкая трудоемкость из­ готовления отливок; рациональное использование исходного металла; высокая чистота поверхностей отливки; более низкая себестоимость отливок при массо­ вом и с е р и й н о м производствах по сравнению с себестоимостью литья в песча­ ные ф о р м ы и литья в кокили; улучшенные условия труда рабочих.

18

К наиболее существенным недостаткам литья под д а в л е н и е м относятся: пористость м а с с ы заготовки, вызываемая высокими скоростями д в и ж е н и я жид­ кого металла при заполнении ф о р м ы и б ы с т р ы м остыванием металла в форме; высокая стоимость пресс-форм; способ находит применение

в основном для

изготовления отливок из цветных металлов и сплавов, отливка крупногабарит­ н ы х заготовок ограничена типажом в ы п у с к а е м ы х литейных м а ш и н . 2.2.2. Характеристика отливок по сложности, массе и точности На в ы б о р материала и способа получения отливки существенное влияние оказывает сложность детали и ее масса. С л о ж н о с т ь различают геометрическую и качественную. П о д геометриче­ ской

сложностью

понимают

конфигурацию

отливки,

качественная

сложность

подразумевает технологическую сложность обеспечения тех или и н ы х качеств и свойств: прочность, плотность, шероховатость. Как по геометрической, так и по качественной сложности все отливки делятся на пять групп, характеристики которых приведены в табл.2.1, там же приведены примеры т и п о в ы х деталей, которые по своей сложности могут быть отнесены к той или и н о й группе. Таблица 2.1.

Е, С

Чугун, сталь, цветные металлы

В оболочко­ С,М вые формы

Чугун, сталь, цветные металлы

В песчаные формы

10÷ 1000

3

6

7

14÷17 320÷80

0,1÷80 2÷4 12÷15

160÷20 0,85÷0,9

Высоколе­ гирован­ По выплав­ ляемым мо­ м , с делям

ные стали, жаропроч­ 0,01 ÷ ные спла­ 135 вы, цвет­ ные метал­ лы

0,55÷07

Область применения

5

Технологические особенности

Толщина стенок, мм

4

Коэффициент ис­ пользования ма­ териала заготовок

Масса отливок, кг

3

Шероховатость поверхности R2, мкм

Материал отливок

2

Точность разме­ ров, квалитет

Тип производства

1

00

Способ литья

Сравнительная характеристика способов литья

9

10

Возможно из­ готовление от­ ливок любой конфигурации, особенно тре­ бующих боль­ шого количест­ ва стержней

Фланцы, крышки, втулки, станины, корпуса насосов, редукторов

Тонкостенные отливки ком­ пактной фор­ мы

Втулки, муфты, фланцы, кронштей­ ны

Мелкие и сред­ Лопатки ние отливки турбин,

0,7 11 ÷ 14 40÷10

сложной кон­ фигурации, ме­ 0,85÷0,95 ханическая об­ работка кото­ рых затруднена

зубчатые колеса, штуцера, фитинги

19

П р о д о л ж е н и е табл. 2.1. 1

Кокильное

Под давлением

Центро­ бежное

2

3

4

С

Сталь, чугун, цветные металлы

м,с

Цинко­ вые, алю­ миние­ 0,001 ÷ 0,5÷ вые, маг­ 13 0,6 ниевые, медные сплавы

м, с

Серый чугун, сталь, медные сплавы

0,1÷50

0,1 ÷

3000

6

5

3

4

12÷15

9÷13

7

80÷20

40÷10

8

9

Изготовление толстостенных 0,71÷0,75 отливок про­ стой и средней сложности Тонкостенные отливки сложной кон­ 0,95÷0,98 фигурации

13÷15 80÷20

0,7÷0,8

Детали имею­ щие ось сим­ метрии

10 Муфты, втулки, стаканы, маховики, колеса Корпуса приборов, панели, шестерни, разъемы

Трубы, кольца, втулки, гильзы

Примечание: условные обозначения типов производства: Е - единичное, С - серийное, М массовое

2.2.3. К л а с с и ф и к а ц и я л и т е й н ы х сплавов и их основные х а р а к т е р и с т и к и П р и м е р н о 77 % (по массе) всех изготовляемых в м а ш и н о с т р о е н и и отли­ вок д е л а ю т из чугуна. Этому способствует самая низкая среди всех литейных сплавов стоимость чугуна, его сравнительно высокая прочность и х о р о ш и е ли­ т е й н ы е свойства. В литейном производстве 94 % чугунных отливок по массе изготавливают из серого чугуна м а р о к СЧ10, С Ч 1 5 , С Ч 1 8 , С Ч 2 0 и др. Механи­ ческие свойства чугунов зависят от химического состава, структуры и массив­ ности отливки. Механические свойства серых чугунов м о ж н о существенно улучшить при одновременном сохранении высоких литейных свойств, приме­ няя м о д и ф и ц и р о в а н и е и легирование. П р и м е р н о 5 % чугунных заготовок производят из ковкого чугуна. Наибо­ лее х о л о д н ы м и м а р к а м и ковкого чугуна являются КЧ37-12, КЧ35-10, КЧЗЗ-8, КЧЗО-6. К о в к и й чугун обладает высокой прочностью и износостойкостью, за­ нимая по механическим свойствам промежуточное п о л о ж е н и е между серым чугуном и сталью. В ы с о к о п р о ч н ы й чугун марок В Ч 4 5 , ВЧ50, В Ч 6 0 , В Ч 7 0 по м е х а н и ч е с к и м и л и т е й н ы м свойствам приближается к сталям, но дешевле их, плавится при более низкой температуре, лучше обрабатывается резанием. Из

сталей

производят

около

21

%

всех

отливок

по

массе.

По

хи­

мическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Последние в зависимости от количества л е г и р у ю щ и х элементов делятся на низколегиро­ ванные (до 2,5 % ) , среднелегированные (от 2,5 до 10%) и высоколегированные (свыше 10%). Л и т е й н ы е стали 15Л, 20Л, 45Л, 10Х18Н9ТЛ, 110Г13Л обладают п о н и ж е н н о й жидкотекучестью и б о л ь ш о й усадкой. В связи с э т и м расход ме­ талла на отливку увеличивается п р и м е р н о в 1,6 раза по сравнению с чугунной.

20

Литье из цветных сплавов составляет по массе п р и м е р н о 4 % в о б щ е м объеме литейного производства. Н а и б о л е е распространены сплавы на основе меди — бронзы и латуни. Бронзы, п р и м е н я е м ы е в литейном производстве, подразделяются на две груп­ п ы : оловянные ( Б р О 1 0 Ф 1 , Б р 0 5 С 2 5 и др.) и безоловянные (БрСЗО, Б р А 1 0 Н 4 Л , Б р А 9 М ц 2 Л ) . Б р о н з ы отличаются в ы с о к и м и механическими, к о р р о з и о н н ы м и и а н т и ф р и к ц и о н н ы м и свойствами. Они обладают хорошей жидкотекучестью, но сравнительно большой усадкой и склонностью к окислению. Л и т е й н ы е латуни (ЛЦ16К4, Л Ц 4 0 М ц З Ж , ЛЦЗОАЗ и др.) и м е ю т с л о ж н ы й химический состав. Кроме цинка, в их состав входят Al, Fe, Мп и другие эле­ менты. Латуни и м е ю т более высокие литейные свойства, чем бронзы, поэтому из них легче получить плотные, герметичные отливки. А л ю м и н и е в ы е л и т е й н ы е с п л а в ы (АЛ2, А Л З , АЛ6, А Л 7 и др.) с о д е р ж а т в своем составе, как правило, в незначительных количествах M g , Si, Си, M n , Ni, Zn и другие элементы. По преобладающему после алюминия элементу они де­ лятся на пять основных групп: кремниевые (Si>5%), магниевые ( M g > 4 % ) , мед­ ные (Си > 4 % ) , цинковые ( Z n > 3 % ) и сложные по составу, о т л и ч а ю щ и е с я повы­ ш е н н о й жаростойкостью. Их высокие литейные свойства позволяют получать тонкостенные и с л о ж н ы е по форме отливки. М а г н и е в ы е л и т е й н ы е с п л а в ы ( М Л 5 , М Л 6 , М Л 8 ) п о х и м и ч е с к о м у со­ ставу

делятся

на три

группы:

I - сплавы

на основе

системы

Mg-Al-Zn;

II - Mg-Zn-Zr и III - Mg-P33-Zr. М а г н и е в ы е сплавы уступают а л ю м и н и е в ы м по пластичности и коррозионной стойкости. Сплавы имеют плохую жидкотекучесть, б о л ь ш у ю усадку, склонны к образованию усадочных рыхлот. О н и спо­ собны воспламеняться в ж и д к о м состоянии, что затрудняет изготовление отли­ вок. К тугоплавким сплавам относятся сплавы на основе титана, вольфрама, молибдена, ниобия, ванадия. Эти сплавы и м е ю т высокую температуру плавле­ ния (1700÷3500 °С) и отличаются п о в ы ш е н н о й прочностью при высоких тем­ пературах. К а к конструкционный материал чаще используют титановые спла­ вы. Для ф а с о н н ы х отливок применяют сплавы: ВТ1Л, В Т 5 Л , В Т 6 Л , ВТЗ-1Л и др. Л и т е й н ы е свойства титановых сплавов характеризуются м а л ы м интервалом температур кристаллизации и высокой химической активностью по о т н о ш е н и ю к о к р у ж а ю щ е й среде и ф о р м о в о ч н ы м материалам. Ц и н к о в ы е сплавы (ЦАМ10-4) в качестве л е г и р у ю щ и х э л е м е н т о в могут содержать медь, а л ю м и н и й и в незначительных количествах — м а г н и й и мар­ ганец. Легкоплавкими являются сплавы, полученные на основе висмута, олова, свинца и кадмия. Эти сплавы и м е ю т температуру плавления 70÷90 °С. 2.2.4. О б л а с т и применения л и т е й н ы х с п л а в о в В ы б о р материала отливки в первую очередь зависит от условий эксплуа­ тации детали в собранной м а ш и н е : и с п ы т ы в а е м ы х нагрузок, температуры, аг-

21 рессивности окружающей среды и других факторов. Н е м а л о в а ж н о е значение при выборе материала играет сложность и точность отливок. широко используемый для изготовления к о р п у с н ы х дета­

Серый чугун,

лей. К о р п у с а высоконапорных центробежных многоступенчатых насосов де­ лают из стали и высокопрочного чугуна.

Для корпусных деталей, р а б о т а ю щ и х в

условиях вибрации или подвергающихся значительным и з г и б а ю щ и м и скручи­ в а ю щ и м м о м е н т а м и ударным нагрузкам, п р и м е н я ю т ковкий чугун или стал.. Для деталей, р а б о т а ю щ и х в специфических условиях, п р и м е н я ю т высоко­ легированные

стали

со

специальными

свойствами:

коррозионностойкие

(25Х18Л и др.), кислотоупорные ( 1 5 Х 1 8 Н 9 Т Л и др.), окалиностойкие (15Х9С2Л и др.), жаропрочные (15Х22Н15Л и др.), износостойкие с высокой сопротив­ л я е м о с т ь ю износу при абразивном и ударном воздействиях в р а з л и ч н ы х усло­ виях (110Г1ЗЛ, 15Х34Л и др.). Большинство

цветных

сплавов

обладают

отличной

жидкотекучестью

и

обрабатываемостью. Однако применение их в машиностроении ограничено бо­ лее низкими, чем у черных металлов, механическими свойствами и главным образом гораздо более высокой стоимостью и дефицитностью. Корпусы бронзы

насосов,

и латуни.

перекачивающих

Алюминиевые

сплавы

морскую

широко

воду,

используют

изготавливают в

из

автомобильной,

авиационной и других отраслях п р о м ы ш л е н н о с т и для изготовления поршней, корпусов двигателей, деталей приборов. Магниевые сплавы получили широкое применение в приборостроении и авиационной промышленности для изготов­ ления корпусов приборов, деталей двигателей, инструментов, корпусов фото­ аппаратов, п и ш у щ и х м а ш и н о к и пр. Особую

группу

составляют

износостойкие

подшипниковые

сплавы,

при­

м е н я е м ы е для заливки п о д ш и п н и к о в . Эти сплавы (баббиты Б 8 3 , Б16, БК и др.) состоят из свинца и олова с добавками твердых составляющих (сурьмы, кад­ мия, никеля, теллура, кальция и др.). Для тяжело нагруженных п о д ш и п н и к о в п р и м е н я ю т бронзу и латунь. Тугоплавкие материалы являются дорогостоящими и находят применение в основном в некоторых специфических отраслях м а ш и н о с т р о е н и я и приборо­ строения. Легкоплавкие материалы

ввиду низких механических свойств в машино­

строении практического применения не н а ш л и . О н и используются главным об­ разом в электротехнической п р о м ы ш л е н н о с т и . 2.2.5. Л и т е й н ы е свойства сплавов К л и т е й н ы м свойствам сплавов относятся жидкотекучесть, усадка, склон­ ность к л и к в а ц и и и газопоглощению. Жидкотекучесть - способность

жидкого металла полностью заполнять

полости литейной ф о р м ы и четко воспроизводить очертания отливки. Жидко­ текучесть зависит от химического состава, температуры заливаемого в форму сплава и теплопроводности материала ф о р м ы . Ф о с ф о р , кремний и углерод

22

улучшают ее,

а сера ухудшает.

П о в ы ш е н и е температуры жидкого металла

улучшает жидкотекучесть, и чем выше его перегрев, тем более тонкостенную отливку м о ж н о

получить.

Увеличение

теплопроводности

материала ф о р м ы

снижает жидкотекучесть. Жидкотекучесть металла определяют путем заливки специальных техно­ логических проб и характеризуют л и н е й н ы м и размерами заполненной полости канала определенной формы. Заливая металл при различных температурах пе­ регрева, находят оптимальную температуру заливки ф о р м ы для д а н н о г о сплава. Усадка

-

свойство

литейных

сплавов

уменьшать

объем

при

за­

твердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с мо­ мента заливки расплавленного металла в литейную форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают л и н е й н у ю и объемную усадки.

На усадку

влияют х и м и ч е с к и й состав сплава, температура его заливки, скорость охлажде­ ния сплава в форме, конструкция отливки и литейной формы. П р и охлаждении отливки происходит механическое и термическое тор­ м о ж е н и е усадки. Механическое торможение возникает вследствие трения меж­ ду отливкой и ф о р м о й . Термическое т о р м о ж е н и е обусловлено р а з л и ч н ы м и ско­ ростями охлаждения отдельных частей отливки. С л о ж н ы е по конфигурации от­ ливки подвергаются совместному воздействию механического и термического торможений. Ликвация - это неоднородность строения в различных частях отливки. В о з м о ж н а ликвация по химическому составу (зональная или дендритная), по плотности, неметаллическим включениям и другим факторам. Зональная

ликвация

представляет

однородности в объеме всей отливки;

собой

химическую

и

другие

не­

дендритная—в пределах одного зерна

(дендрита). Склонность к ликвации зависит от химического состава сплава, ско­ рости охлаждения сплава и размеров отливки. Неоднородность химического со­ става и

структуры

по сечению

приводит к

неоднородности

механических

свойств отливки. Для у м е н ь ш е н и я ликвации увеличивают скорость охлаждения отливки. Склонность

к газопоглощению - это

способность

литейных

сплавов

в

ж и д к о м состоянии растворять кислород, азот и водород. Их растворимость рас­ тет с перегревом расплава (температуры заливки). Д в и ж е н и е металла в форме м е л к и м и струйками или турбулентными потоками также способствует повы­ ш е н и ю растворимости газов. П р и охлаждении в литейной ф о р м е газонасыщен­ ного расплава растворимость газов понижается и они, выделяясь из металла, могут образовать в отливке газовые р а к о в и н ы . 2.2.6. М е х а н и ч е с к и е свойства о т л и в о к Механические

свойства

литого

металла

всегда

хуже,

чем

дефор­

мированного, из-за более крупного размера зерна, неоднородности структуры, в о з м о ж н о й пористости и других л и т е й н ы х дефектов. В связи с особенностями кристаллизации механические характеристики неоднородны по с е ч е н и ю отлив-

23

ки. М е т а л л у поверхности обладает большей твердостью и прочностью, чем в осевой зоне поперечного сечения. Прочность стенки,

способа

литой

заготовки

изготовления

зависит

и характера

от

температуры

охлаждения

заливки,

отливки

в

толщины

форме.

Су­

ществует оптимальная температура заливки, обеспечивающая наиболее высо­ кую прочность благодаря д о с т и ж е н и ю благоприятных д а н н ы х в условиях жидкотекучести и скорости

охлаждения. С увеличением т о л щ и н ы стенки из-за за­

медления скорости охлаждения предел прочности литого металла уменьшается, а общая прочность заготовки повышается непропорционально у в е л и ч е н и ю тол­ щ и н ы ее стенок. П о д о б н ы м же образом, изменяя скорость охлаждения, оказы­ вает влияние на прочность заготовки и способ ее изготовления. 2.3. П о р я д о к выполнения л а б о р а т о р н о й работы 1. Изучить способы получения литых заготовок. 2. Определить способ литья, которым был получен образец, в ы д а н н ы й пре­ подавателем. 3. Составить отчет. В отчете указать: цель работы, зарисовать в ы д а н н ы й об­ разец и разработать технологический процесс его изготовления. 4. Ответить на контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Охарактеризуйте сущность, достоинства, недостатки и области применения литья в песчаные формы. 2. Охарактеризуйте сущность, достоинства, недостатки и области применения литья в оболочковые формы. 3. Охарактеризуйте сущность, достоинства, недостатки и области применения литья по выплавляемым моделям. 4. Охарактеризуйте сущность, достоинства, недостатки и области применения литья в кокиль. 5. Охарактеризуйте сущность, достоинства, недостатки и области применения центробежного литья. 6. Охарактеризуйте сущность, достоинства, недостатки и области применения литья под давлением 7. К а к и е конструкционные материалы п р и м е н я ю т для изготовления отливок? 8. К а к о в ы литейные свойства сплавов, которые необходимо учитывать при вы­ боре материала отливки. Дайте их определения. 9. П е р е ч и с л и т е факторы, в л и я ю щ и е на прочность отливки, и укажите пути управления этими факторами.

24

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ИНСТРУМЕНТА 3.1. Ц е л ь работы Изучить структуры и свойства инструментальных материалов, области их применения, способы термической обработки быстрорежущих сталей. Изучить геометрию резца, методику определения углов при его заточке, приобрести на­ выки пользования измерительными приборами при измерении углов резца. 3.2. О б щ и е сведения 3.2.1. Б ы с т р о р е ж у щ и е стали П р и изготовлении деталей ш и р о к о применяют обработку резанием. В этом случае пользуются различным р е ж у щ и м инструментом: резцами, сверла­ ми, фрезами, метчиками, протяжками и др. Р е ж у щ и й инструмент, р а б о т а ю щ и й при высоких скоростях резания, уве­ л и ч е н н ы х подачах и большой глубине резания, изготовляется из быстрорежу­ щ и х сталей, которые обеспечивают следующие физико-механические свойства инструмента: высокую твердость ( H R C 62-ь66), необходимую для обеспечения процесса резания; износостойкость, о б е с п е ч и в а ю щ у ю продолжительность со­ 2

хранения свойств режущей кромки; высокую прочность (350+-400 кг/мм ) (при изгибе); удовлетворительную вязкость и пластичность, и с к л ю ч а ю щ у ю возмож­ ность хрупких разрушений при ударных нагрузках; достаточную красностой­ кость, т. е. способность сохранять твердость и износостойкость р е ж у щ е й кром­ ки при п о в ы ш е н н ы х температурах (560÷600°С). Б ы с т р о р е ж у щ и е стали делятся на две группы: стали нормальной и повы­ шенной производительности (табл. 3.1). К н и м относятся стали: Р 9 , Р12, Р 1 8 , Р 1 8 М , Р 9 Ф 5 , Р 9 К 5 , Р 9 К 1 0 и др. Л е г и р у ю щ и м и элементами б ы с т р о р е ж у щ и х сталей являются вольфрам, хром, ванадий, кобальт и молибден. Вольфрам — основной л е г и р у ю щ и й элемент — образует стойкие карби­ ды, растворяющиеся в аустените л и ш ь при высоких температурах. В присутст­ вии вольфрама после соответствующей термической обработки сталь обладает красностойкостью и износостойкостью, а инструмент — х о р о ш и м и р е ж у щ и м и свойствами. Хром п о в ы ш а е т закаливаемость и прокаливаемость стали, п о н и ж а е т тем­ пературу мартенситного превращения и увеличивает количество остаточного аустенита в закаленной стали, усиливает карбидную неоднородность. Ванадий увеличивает дисперсность и устойчивость в ы д е л я ю щ и х с я при отпуске карбидов, что повышает красностойкость и р е ж у щ у ю способность ин­ струмента.

25

Кобальт

повышает

красностойкость

стали,

увеличивает растворимость

карбидов в аустените, способствует эффекту дисперсионного твердения при отпуске. В л и я н и е молибдена подобно в л и я н и ю вольфрама. П р и его введении не­ сколько повышается производительность вольфрамовой стали. Углерод в сравнительно больших количествах необходим для обеспече­ ния образования карбидов, л е г и р у ю щ и х элементов. Т а б л и ц а 3.1. Х и м и ч е с к и й состав быстрорежущих сталей, % М а р к а стали

С Стали

Сr

W нормальной

V

Мо

Со

производительности

Р9

0,9

9

4

2,3

д о 0,3

Р9М

0,9

9,3

4

2,3

0,4

-

Р12

0,85

12

3

1,7

д о 0,3

-

Р18

0,75

18

4

д о 0,3

-

Р6МЗ

0,9

6

3

1,2 2,3

3,3

-

Р6М5

0,8

6

4

1,9

5,2

-

Р18М

0,75

16

4

0,7

Р18Ф2

0,9

18

4

1,3 2

-

Стали

повышенной

д о 0,5

производительности

1,5 1

10

4

5

д о 0,4

-

10

4

2,3

до 0,3

5,5

Р9К10

1

10

4

2,3

до 0,3

10

Р14Ф4

1,2

14

4,3

3,8

д о 0,4

-

Р10К5Ф5

11

4,3

4,8

-

5,5

Р18К5Ф2

1,5 0,9

18

4

2

д о 0,5

5,8

Р6М5К5

0,8

7

4

2

5,2

5

Р9М4К8Ф

1

9

3,3

2,3

4

8

Р12Ф2К8МЗ

1

12

4

2

3

8

Р9Ф5 Р9К5

В настоящее время широкое распространение получила сталь Р 1 8 . В ото­ ж ж е н н о м виде сталь состоит из карбидов и твердого раствора а. В быстроре­ ж у щ и х сталях наблюдаются три вида карбидов — W 6 C, WC и

W 23 C 6

состав

этих карбидов одинаков во всех сталях (табл. 3.2), но их общее (суммарное) ко­ личество и соотношение в разных сталях различны. Т а б л и ц а 3.2. Состав карбидов в быстрорежущих сталях, % Карбид W6C WC w 23 c 6

с

W

V

Cr

Fe

2

65

3

3

27

12

42

43

2

1

5

10

3

47

35

26

В стали P I 8 содержится карбид W 6 C, а в остальных сталях — W 6 C и W C , причем чем больше в стали ванадия, тем больше карбида WC и м е н ь ш е W 6 C (например, в стали Р9 карбида WC около 1 5 % и 8 5 % карбида W 6 C, тогда как в стали Р 9 Ф 5 карбида WC уже около 4 0 % ) . Вероятно, во всех сталях содержится еще 2 ÷ З % карбида W 23 C 6 . П р и р о д а всех быстрорежущих сталей одинакова, они различаются л и ш ь по скорости процессов превращений и по температурной устойчивости, поэто­ му вполне возможно разобраться в природе этих сталей, взяв за п р и м е р обыч­ ную сталь Р 1 8 . П р и кристаллизации расплава быстрорежущей стали и охлаждении долж­ ны последовательно выделяться карбиды при разных температурах в процессе охлаждения.

Первичные

карбиды входят в состав эвтектики (ее

называют

обычно ледебуритом). В вольфрамовых быстрорежущих сталях эвтектика име­ ет «скелетообразный» вид, где пластинки карбидов чередуются с аустенитом (рис. 3.1). П о с л е затвердевания при дальнейшем охлаждении из аустенита вы­ деляются вторичные карбиды вследствие изменения

растворимости карбидов

в аустените при п о н и ж е н и и температуры и, наконец, при температуре (800 °С) наступает перлитное превращение, т. е. распад аустенита на л е г и р о в а н н ы й фер­ рит и мелкие (эвтектоидные) карбиды.

б а Рис. 3.1. Микроструктура быстрорежущей стали: а - литая (ледебуритная эв­ тектика); б - кованая и отожженная Н е о б х о д и м а я форма заготовке р е ж у щ е й части инструмента придается прокаткой и ковкой. В процессе этих операций одновременно с формообразо­ ванием происходит раздробление грубых скелетообразных эвтектических кар­ бидов и устраняется карбидная неоднородность. После ковки сталь подвергают изотермическому отжигу с целью подготовки структуры к закалке и предупре­ ждения образования нафталинистого излома. Изотермический

отжиг

быстрорежущей

стали,

производится

по

сле­

дующему режиму: 1. Н а г р е в до температуры 860±10 °С. Заготовки загружают в печь с темпе­ ратурой 500÷600 °С и нагревают со скоростью 150÷200 °С/час. 2. В ы д е р ж к а при температуре 860 °С не более четырех часов. Чрезмерно длительная выдержка может привести к образованию стабильных труд-

27

норастворимых в аустените карбидов W C , W 2 C и с н и ж е н и ю красностой­ кости стали. 3. Охлаждение с печью до 720÷750 °С со скоростью 30÷-40 ° С/час. 4. В ы д е р ж к а при температуре 720÷750 °С (не менее четырех часов) необхо­ д и м а для обеспечения полного распада аустенита на феррито-карбидную смесь и коагуляции карбидов эвтектоида. 5. М е д л е н н о е охлаждение с печью до 550÷600 °С и затем охлаждение на воздухе. В кованой и отожженной стали м о ж н о наблюдать три вида карбидов; крупные обособленные первичные карбиды, более мелкие вторичные и очень мелкие эвтектоидные карбиды, входящие в основной сорбитовый ф о н (феррит в смеси с эвтектоидным карбидом дает сорбитовый фон) (рис. 3.1 б). Твердость стали после отжига должна быть равна НВ 255÷207. Закалка быстрорежущей стали — весьма важная операция, определяющая качество инструмента Сталь нагревают на 400÷480 °С выше критической точки Ас 1 до

1220÷1300

°С (табл. 3.3). Такой высокий нагрев под закалку необходим

для растворения в аустените максимально возможного количества специальных карбидов, так как красностойкость обеспечивается л е г и р у ю щ и м и элементами, р а с т в о р е н н ы м и в аустените. На стойкость инструмента большое влияние оказывает температура за­ калки. П р и закалке от п о н и ж е н н ы х температур вследствие низкой легированности мартенсита стойкость инструмента снижается. П р и закалке с перегревом низкая стойкость инструмента обусловлена наличием крупнозернистой струк­ туры и п о в ы ш е н н ы м содержанием остаточного аустенита в стали. На качество инструмента влияет не только температура нагрева под за­ калку, но и способ проведения нагрева до указанной температуры и охлажде­ ния от нее. Из-за низкой теплопроводности быстрорежущей стали во избежание возникновения п о в ы ш е н н ы х напряжений и возможности образования трещин инструмент перед окончательным нагревом под закалку предварительно подог­ ревают. Для инструмента простой ф о р м ы и небольших размеров производят один подогрев при температуре 8 0 0 ÷ 8 5 0 °С. Инструменты сложной ф о р м ы и круп­ ные, т о л щ и н о й более 30 мм, подогревают дважды. П е р в ы й подогрев произво­

дят при температуре 500÷550 °С, а второй - при 800÷850 °С. Продолжительность

выдержки

при

нагреве

в

соляной

ванне

при

800÷850 °С составляет на 1 мм т о л щ и н ы 15÷20 с, а в электрической печи З0÷40 с. В качестве охлаждающей среды п р и м е н я ю т минеральное масло, воздух, расплавленные соли. Охлаждение на воздухе или в струе сжатого воздуха при­ меняется

при закалке

инструмента небольшого

сечения.

Для

инструмента

сложной ф о р м ы целесообразно применять ступенчатую закалку в расплавлен­ ной соли при температуре 400÷500 °С (области наибольшей устойчивости пе­ реохлажденного аустенита). В ы д е р ж к а осуществляется при 400÷500 °С 2÷5 мин

28

в зависимости от сечения инструмента. После окончания в ы д е р ж к и инструмен­ ты охлаждают на воздухе. О д н а к о следует помнить, что инструмент большого сечения лучше всего охлаждать в масле (З0÷90 °С) во избежание частичного выделения карбидов из аустенита в процессе охлаждения. Выделение карбидов у м е н ь ш а е т легированность аустенита, а следовательно, и мартенсита л е г и р у ю щ и м и элементами, что в свою очередь ведет к с н и ж е н и ю красностойкости стали. Микроструктура быстрорежущей стали Р18 после закалки состоит из мартенсита, остаточного аустенита (до 30%) и с л о ж н ы х легированных карбидов (до 16%) (см. рис. 3.2). Твердость закаленной стали H R C 60÷62.

Рис.3.2. Микроструктура быстрорежущей стали Р18 по­ сле закалки Если инструмент необходимо повторно закалить, то предварительно его отжигают. В противном случае получается брак - трещины, нафталинистый из­ лом, который резко понижает эксплуатационную стойкость инструмента. Отпуск быстрорежущей стали необходимо выполнять сразу после закал­ ки (для более полного превращения остаточного аустенита). Отпуск сталей производится при температуре 560÷570 °С с выдержкой при указанных температурах в течение одного часа (табл. 3.3). К а к правило, от­ пуск производят последовательно три раза (трехкратный). И н с т р у м е н т после каждого отпуска охлаждается на воздухе до комнатной температуры.

Рис. 3.3. Р е ж и м термической обработки инструментов из б ы с т р о р е ж у щ е й стали В процессе отпуска происходит выделение из мартенсита дисперсных карбидов л е г и р у ю щ и х элементов: W, V, Сr. Этот процесс часто называют дис­ персионным

твердением

мартенсита.

Остаточный

аустенит

также

претерпе­

вает изменения. П р и выдержке происходит обеднение остаточного аустенита

29

л е г и р у ю щ и м и элементами и углеродом, в результате чего аустенит становится менее у с т о й ч и в ы м и при последующем охлаждении после отпуска превращает­ ся в мартенсит. Мартенсит, полученный в процессе отпуска из остаточного ау­ стенита,

называется вторичным.

П о с л е отпуска сталь приобретает более высокую по с р а в н е н и ю с закал­ кой, так называемую вторичную твердость. После трехкратного отпуска при 560÷570 °С твердость стали повышается до H R C 63÷66. Микроструктура стали после трехкратного отпуска состоит из отпущенного мартенсита и карбидов (рис. 3.4). Остаточного аустенита в стали сохраняется не более 2%.

Р и с . 3.4. Микроструктура быстрорежущей стали после отпуска У ч е н ы м и С. С. Штейнбергом, Н. А. Минкевичем, А. П. Гуляевым была предложена обработка холодом быстрорежущей стали при температурах минус 80÷100 °С. В результате такой обработки достигается более полное превраще­ ние остаточного аустенита в мартенсит и твердость быстрорежущей стали со­ ответственно несколько повышается. В случае применения обработки холодом возможно сокращение цикла отпусков. После обработки холодом для снятия внутренних напряжений

необходимо

инструмент подвергнуть

отпуску при

температуре 560÷570 °С в течение часа.

ТбердостьНйС

Рис. 3.5. Р е ж и м термической обработки инструментов из б ы с т р о р е ж у щ е й стали с обработкой холодом Температурные р е ж и м ы термической обработки б ы с т р о р е ж у щ и х сталей разных марок представлены в табл. 3.3.

30

Таблица 3.3. Закалка Марка стали Р18 Р12 Р9 Р6МЗ Р6М5 Р9Ф5 Р14Ф4 Р18Ф2 Р9К10 Р10К5Ф5 Р18К5Ф2 Р9М4К8

Отпуск

Температура, °С

Твердость, HRC

Количество аустенита, %

1270÷1290 1240÷1260 1220÷1240 1210÷1230 1210÷1230 1230÷1250 1240÷1260 1270÷1290 1220÷1240 1230÷1250 1270÷1290 1220÷1240

62÷64 62÷64 62÷64 62÷64 62÷64 62÷64 62,5÷64,5 62÷64 62,5÷64,5 62,5÷64,5 62,5÷64,5 62÷64

25 25 30 25 25 40 35 35 30 35 30 35

Темпера­ Число тура, °С отпусков 560 560 560 550 550 570 570 570 570 570 570 550

3 3 3 2÷3 2÷3 3 3 3 2÷3 3 3 2÷3

Твер­ дость, HRC 63÷65 63÷65 63÷65 63÷65 63÷65 64÷66 64÷66 64÷66 64÷66 64÷67 64÷66 65÷68

Для п о в ы ш е н и я эксплуатационных свойств режущего инструмента из быстрорежущих сталей в настоящее время разрабатываются различные виды химико-термической обработки. Химико-термическая обработка является окончательной операцией технологического процесса изготовления инструмен­ та, который д о л ж е н поступить для ее проведения в окончательно готовом виде. 3.2.2. Т в е р д ы е сплавы Рабочая температура резания инструмента из твердых сплавов может быть увеличена до 800÷1000 °С, тогда как для инструмента из б ы с т р о р е ж у щ е й стали разогрев р е ж у щ е й кромки в ы ш е 700 °С недопустим. Значит, имея инструмент из твердых сплавов, м о ж н о работать на более высоких скоростях резания, чем с инструментом из быстрорежущей стали. В настоящее время для скоростного резания металлов п р и м е н я ю т инструмент, о с н а щ е н н ы й твердыми сплавами. Т в е р д ы й сплав является металлокерамическим. Для изготовления твер­ д ы х сплавов п о р о ш к и карбидов вольфрама и титана смешивают со связующим веществом, прессуют в формах и тем с а м ы м придают изделию соответствую­ щ у ю в н е ш н ю ю форму, затем прессовки подвергают спеканию при высокой температуре (1500÷2000 °С). В результате получается изделие, состоящее из карбидных частиц, связанных кобальтом. Такая технология не обеспечивает получения совершенно плотного изделия, в нем имеются поры, з а н и м а ю щ и е объем до 5 %. Твердость металлокерамических твердых сплавов очень высокая, так как эти сплавы состоят из 90÷95 % карбидов (остальное - кобальтовая связка) ве­ ществ, о б л а д а ю щ и х исключительно высокой твердостью, поэтому спеченные

1

детали из твердых сплавов нельзя подвергать никакой другой механической обработке, кроме шлифования. Инструмент не изготавливают целиком из твердого сплава - из него изготавливают лишь режущую часть; пластинку из твердого сплава прикрепляют к державке из обычной конструкционной или инструментальной стали. Подобным образом сейчас изготавливают резцы и многие другие металлорежущие инструменты высокой производительности (фрезы, сверла и т. д.). При высокой твердости твердый сплав обладает повышенной хрупкостью и малой прочностью в отношении растягивающих напряжений. Придавая соответствующую форму инструментам, подбирая режимы резания, этот недостаток твердого сплава хотя и устраняется, но не полностью. При работе с ударами и толчками твердый сплав выкрашивается и в таких условиях не обладает высокой стойкостью. В табл. 3.4 приведены составы и некоторые свойства стандартных твердых сплавов. Таблица 3.4. Состав, % Сопротивление Плотность, Группа Марка Твердость 2 3 WC TiC Со изгибу, мм сплава сплава г/см HRA ВК ВК2 98 2 1000 90 15,0÷15,4 ВКЗ 97 3 1000 89 14,9÷15,3 ВК6 94 6 1200 88 14,6÷15,0 ВК8 92 8 1300 87,5 14,4÷14,8 ВТК Т5К10 85 5 10 1150 12,3÷13,2 88,5 Т14К8 78 14 8 1150 П,2÷12,0 89,5 Т15К6 79 15 6 1110 11,0÷11,7 90 ТК Т30К6 66 30 4 900 9,5÷9,8 92 Т60К6 36 60 6 750 6,5÷7,0 90 По структуре и природе карбидных фаз современные твердые сплавы могут быть разделены на три группы. К первой группе относятся однокарбидные твердые сплавы, состоящие из карбида вольфрама (так называемая группа ВК). Внутри группы сплавы подразделяются на марки (ВКЗ, ВК6, ВК8, ВК10), различающиеся содержанием кобальта (в сплаве ВК8, 8 % Со, в сплаве ВК6 - 6 % и т.д.). Чем больше в сплаве кобальта, тем он менее тверд и размягчается при более низкой температуре, но и менее хрупок. Сплав следует выбирать с учетом этих особенностей, а также условий работы. Структура однокарбидного сплава группы ВК приведена на рис. 3.6, а. Светлые угловатые зерна и являются кристаллами карбида WC. Кобальтовая прослойка располагается по границам зерна и на оптических микрофотографиях протравленных шлифов четко не выявляется. Темные участки на шлифе - преимущественно поры.

32

а

б

в

Рис. 3.6. Микроструктура твердых сплавов × 100: а — В К З ; б — Т 1 5 К 6 ; в — Т 3 0 К 4 Ко второй группе твердых сплавов относят двухкарбидные сплавы - груп­ па В Т К . Наиболее т и п и ч н ы м представителем этой группы сплавов является сплав Т15К6. Хотя перед спеканием п о р о ш о к состоит из 1 5 % карбида титана и 79 % карбида вольфрама, но при спекании вследствие процессов д и ф ф у з и и и растворения вольфрама и углерода в карбиде титана структура состоит более чем из 50 % карбида титана (Ti, W ) C (темные крупные карбидные частицы см. рис. 3.6, б). Из диаграммы состояния видно, что вертикаль, соответствующая сплаву Т 1 5 К 6 , как и сплаву Т5К10 (т.е., когда исходная шихта сплава состоит из 15 % или 5 % карбида титана), находится в двухфазной области. К третьей группе относятся однокарбидные сплавы, состоящие из карби­ да (Ti, W ) C группа ТК. Это сплавы Т30К4 и Т60К6. П р и таком количестве кар­ бида титана в шихте (т.е. 30 % и 60%) в нем полностью растворен весь воль­ фрам. Структура такого сплава состоит из округлых зерен карбида (Ti, W)C (рис. 3.6, в). К а р б и д титана отличается от карбида вольфрама не только более высокой твердостью, но и п о в ы ш е н н о й хрупкостью. Практика показала, что для обра­ ботки стали лучше применять сплавы группы ВТК, для обработки хрупких ма­ териалов - сплавы группы ВК. Сплавы группы ТК имеют п р и м е н е н и е при об­ работке горных пород, бурении нефтяных скважин. 3.2.3. Г е о м е т р и я р е ж у щ е й ч а с т и р е з ц а Геометрия резца изучается с двух позиций: 1) когда форма рабочей части резца рассматривается как геометрическое тело независимо от движений при резании и положения резца относительно об­ рабатываемой заготовки, т. е. в статическом (нерабочем) его состоянии; 2) когда углы резца определяются с учетом фактической траектории дви­ жения точек р е ж у щ и х лезвий при наличии движений резания и фактического расположения р е ж у щ и х лезвий относительно обрабатываемой заготовки.

33

Изучение углов резца в статике необходимо для изготовления его в ме­ талле и заточки рабочей части. Рассмотрение углов резца в д в и ж е н и и позволяет определять их истинную величину в процессе резания. Для того чтобы существовала определенная аналогия в определении уг­ лов резца в статике и в процессе резания, статическую плоскость резания про­ водят через режущее лезвие резца перпендикулярно к плоскости ху (рис. 3.7). В о б щ е м случае геометрические параметры в процессе резания не совпа­ дают со статическими геометрическими параметрами. Это объясняется тем, что вектор скорости резания по тем или и н ы м причинам отклоняется от нормали к статической основной плоскости ху. Для осуществления заточки в дальнейшем будем рассматривать резец в его статическом состоянии. К о о р д и н а т н ы е плоскости для определения углов резца. П р и заточке резца пользуются статическими: геометрическими параметрами, п р о с т а в л я е м ы м и на чертежах. О н и определяют положение передней и задней поверхностей резца относительно системы координат xyz. За статическую основную плоскость принимается плоскость ху, совме­ щаемая о б ы ч н о с, опорной поверхностью резца. За статическую плоскость ре­ зания

принимается плоскость, проходящая через главное р е ж у щ е е лезвие пер­

пендикулярно к основной статической плоскости. Эти плоскости в дальнейшем будем называть соответственно основная плоскость и плоскость резания.

Рис. 3.7. Резец и оси координат Главной секущей плоскостью называется плоскость, перпендикулярная к проекции главного режущего лезвия резца на основную плоскость (рис. 3.8). Вспомогательной секущей плоскостью называется плоскость, перпендикуляр­ ная к п р о е к ц и и вспомогательного режущего лезвия резца на основную пло­ скость. Г л а в н ы е углы α, β и γ измеряются в главной секущей плоскости, а вспо­ могательные углы α i и γ i — во вспомогательной секущей плоскости. Углы резца. П р и рассмотрении геометрических параметров резца прини­ маются во внимание углы, которые задаются чертежом, и углы, н е о б хо д им ые для осуществления заточки с целью получения заданной геометрии.

34

Рис. 3.8. Координатные плоскости и углы резца Передним углом резца

у в статике называется угол между передней

по­

верхностью резца и основной плоскостью; главным задним углом α — угол ме­ жду главной задней поверхностью резца и плоскостью резания. Эти углы изме­ ряются в главной секущей плоскости. Вспомогательным задним углом

α1

называется

угол

между

вспомогатель­

ной задней поверхностью резца и плоскостью, проходящей через вспомога­ тельное режущее лезвие перпендикулярно к основной плоскости. Угол α 1 изме­ ряется во вспомогательной секущей плоскости. Главным углом в плане ф

называется угол между проекцией главного ре­

жущего лезвия на основную плоскость и плоскостью, перпендикулярной к оси резца (под осью резца понимается линия, проходящая через его вершину па­ раллельно продольным граням тела резца). Вспомогательным углом

в

плане

φ1

называется

угол

между

проекцией

вспомогательного режущего лезвия на основную плоскость и плоскостью, пер­ пендикулярной к оси резца. Углы φ и φ 1 измеряются в основной плоскости. Угол

наклона

главного

режущего

лезвия

λ

—

угол

между

главным

режу­

щ и м лезвием и основной плоскостью. Этот угол измеряется в плоскости, про­ ходящей через главное режущее лезвие перпендикулярно к основной пло­ скости. Углом заострения β является угол между передней и главной задней по­ верхностями резца, а углом резания δ — угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания, измеряемый в главной секущей плоскости.

- в

35

Угол при вершине резца в плане с — это угол между проекциями главного и вспомогательного р е ж у щ и х лезвий на основную плоскость. Углы резца связаны между собой с л е д у ю щ и м и зависимостями:

α + β + γ =90°, α + β = δ, φ + ε + φ 1 = 1 8 0 ° 3.3. Средства технического оснащения П р и б о р для измерения углов резца В Н И И МС и МП Фотографии микроструктур быстрорежущих сталей. К о м п л е к т металлорежущего инструмента К о м п л е к т ш л и ф о в сталей. К о н т р о л ю подлежат следующие параметры: главный угол в плане φ, вспомогательный угол в плане φ 1 , главный задний угол α, вспомогательный задний угол α 1 передний угол γ и угол наклона главного режущего лезвия λ. На р и с . 3.9 изображена схема прибора В Н И И МС и М П , предназначенно­ го для контроля всех указанных углов резца прямоугольного сечения. Конст­ рукция прибора предусматривает использование головок с балансирными стрелками. П р и б о р состоит из стола 1, укрепленного на четырех ножках 2. На столе имеются направляющие 3, по которым перемещается опорная планка 4, закрепленная в нужном положении винтом 5. Для измерения углов резца ис­ пользуются две сменные измерительные головки 7 и 10, закрепляемые на необ­ ходимой высоте во втулке 8 винтом 13. Измерительная головка 7 предназначена для измерения углов в плане. Показания прибора определяются по шкале 14 с п о м о щ ь ю стрелки 15, вра­ щ а ю щ е й с я вокруг вертикальной оси балансира 6. Ш к а л а 14 имеет деления от 0 до 60° в обе стороны. Для измерения передних и задних углов используется из­ мерительная головка 10. Ш к а л а 12 этой головки расположена в вертикальной плоскости и имеет деления от 0 до 40° в обе стороны. Измерения отсчитываются с п о м о щ ь ю стрелки 11, поворачивающейся вокруг горизонтальной оси ба­ лансира 9. Д л я настройки прибора необходимо установить измерительную го­ ловку 10 или 7 соответственно измеряемому углу, а опорную планку в наиболее удобное положение по одному из контролируемых резцов. Для измерения переднего и заднего углов, угла наклона главного режу­ щего лезвия и углов в плане используется также настольный угломер со смен­ ными шкалами, изображенный на рис. 3.10. Этот прибор состоит из основания 1 и стойки 2, на которой могут быть установлены и закреплены в нужном положении сменные державки 3, 6, и 9. П р и контроле переднего и заднего углов используется державка 3 со шкалой 4, на которой нанесены деления в градусах от 0 до 30° вверх от нулевой риски и от 0 до 60° вниз от нулевой риски. Отсчет измеряемого угла резца произво­ дится с п о м о щ ь ю шаблона 5, и м е ю щ е г о две измерительные площадки, распо­ л о ж е н н ы е под углом 90° друг к другу, и указателя в виде риски. Для контроля углов наклона главного режущего лезвия предназначена шкала 8 с указателем

36

7, закрепляемая на стойке державкой 6, а для контроля углов в плане служит горизонтально расположенная в державке 9 шкала 10 с указателем 11, имею­ щ и м одну

измерительную площадку. В серийном и массовом производстве

резцов контроль углов производится специальными угловыми шаблонами. Уг­ лы шаблонов контролируются с п о м о щ ь ю инструментального микроскопа.

Рис. 3.9. П р и б о р В Н И И МС и МП для контроля углов резцов

Рис. 3.10. П р и б о р для контроля углов роль углов резца

37

Таблица 3.5. Результаты измерений Наименование угла

Углы резца, град. измеренные

расчетные

-

1

П е р е д н и й угол γ

X

2

Г л а в н ы й задний угол α

X

3 4

Угол заострения β Угол резания δ

-

5

Вспомогательный задний угол α 1

X

6

Угол наклона главного режущего лезвия λ

X

7

Г л а в н ы й угол в плане φ

X

8

Вспомогательный угол в плане φ 1

X

-

9

Угол при вершине в плане ε

-

X

X X

3.4. П о р я д о к выполнения л а б о р а т о р н о й работы 1. Изучить термическую обработку быстрорежущих сталей и ее влияние на структуру и свойства, а так же процесс получения инструмента из твердых сплавов и быстрорежущих сталей. 2. Изучить геометрические параметры режущей части резца, произвести замер его углов и заполнить таблицу. 3. Составить отчет. В отчете

указать: цель работы, зарисовать в ы д а н н ы е об­

р а з ц ы инструментов, разработать технологический процесс их изготовления. 4. Ответить на контрольные вопросы. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Назовите типы карбидов в быстрорежущей стали и объясните как они обра­ зуются. 2. Расскажите о термообработке быстрорежущей стали. Значение каждой опе­ рации. 3. К а к и е особенности имеет структура стали Р18 после закалки? 4. К а к и е существуют виды термообработки для перевода остаточного аустени­ та в мартенсит? 5. Объясните природу красностойкости быстрорежущей стали. 6. Назовите виды твердых сплавов и области их применения. 7. Р а с ш и ф р у й т е марки сплавов: Р 9 М 4 К 8 , Р 1 0 К 5 Ф 5 , Р 9 Ф 5 , В К 8 , Т 1 4 К 8 , Т60К6, Р18Ф2, Т5К10,Р12,ВКЗ. 8. Геометрия р е ж у щ е й части резца, углы резца, задаваемые чертежом и углы н ео б х о ди м ы е для осуществления заточки с целью получения заданной гео­ метрии.

38

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 УСТРОЙСТВО И ВОЗМОЖНОСТИ ТОКАРНЫХ И ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ 4.1. Ц е л ь р а б о т ы Изучить

устройство

токарно-винторезного

и

универсально-фрезерного

станков, способы закрепления в них инструментов и обрабатываемых загото­ вок. 4.2. О б щ и е с в е д е н и я 4.2.1. Т о к а р н о - в и н т о р е з н ы й с т а н о к Токарно-винторезный станок модели 16К20 является высокопроизводи­ тельным станком нормальной точности. На его базе выпускается ряд модифи­ каций: 16К20Г — с выемкой в станине для обтачивания заготовок диаметром до 600 мм, 16К20П — повышенного класса точности, 16К20Т1 — с числовым п р о г р а м м н ы м управлением. На модели 16К20Т1 программа вводится прямо с пульта управления станка, составление ее занимает считанные минуты. Благо­ даря этому открывается реальная возможность использования таких станков на небольших предприятиях с мелкосерийным и единичным производством, а также на ремонтных заводах и в мастерских.

15

14

13

12

Рис. 4.1. Токарно-винторезный станок модели

11

10

16К20:

1

- передняя бабка;

2 - ш п и н д е л ь н ы й вал; 3 - суппорт с резцедержателем; 4 - верхние продольные салазки; 5 - рукоятки включения механического перемещения каретки и попе­ речных салазок суппорта; 6 - нижние продольные салазки; 7 - задняя бабка; 8 - станина; 9 - основание; 10 - ходовой винт; 11 - ходовой валик; 12 - фартук; 13 - поперечные салазки; 14 - коробка подач; 15, 16, 17 - рукоятки установки подачи, шага резьбы и отключения механизма коробки подач; 18, 19 - рукоятки установки частоты вращения шпинделя

39

Токарно-винторезные станки и м е ю т однотипную компоновку, которую рассмотрим на примере модели 16К20 (рис. 4.1). С т а н и н а 8, имеющая жесткую коробчатую форму с закаленными шлифо­ в а н н ы м и н а п р а в л я ю щ и м и , установлена на монолитном основании 9 и служит для монтажа всех узлов станка. В основании 9 станка р а с п о л о ж е н ы электродви­ гатель привода главного движения и подачи, а также агрегаты, п о д а ю щ и е масло для смазки механизмов станка и охлаждающую жидкость. П е р е д н я я (шпиндельная) бабка 1 закреплена на левой стороне станины. В ее корпусе р а з м е щ е н а коробка скоростей, механизмы которой и з м е н я ю т часто­ ту вращения шпиндельного вала 2. Ш п и н д е л ь н ы й вал 2 служит для закрепле­ ния заготовки и сообщения ей главного (вращательного) движения. В нем есть сквозное отверстие (с переднего конца конической формы), служащее для уста­ новки центра (при работе в центрах), а также используемое при обработке д л и н н ы х прутков, пропускаемых через это отверстие. На наружную резьбу пе­ реднего конца шпинделя навинчивают кулачковый патрон для закрепления об­ рабатываемых заготовок. Ш п и н д е л ь смонтирован в п р е ц и з и о н н ы х подшип­ никах качения, не т р е б у ю щ и х регулировки в процессе эксплуатации. Гитара сменных зубчатых колес установлена с левой стороны на станине. О н и служат для передачи движения от выходного вала коробки скоростей на коробку подач, а также используются при настройке станка для нарезания резь­ бы (если н е в о з м о ж н о установить заданный шаг резьбы с п о м о щ ь ю рукояток коробки подач). К о р о б к а подач 14 предназначена для получения необходимой подачи и шага резьбы. Она расположена на передней стороне станины станка, ниже пе­ редней бабки. Коробки подач современных токарно-винторезных станков, по­ з в о л я ю щ и е получать продольные и поперечные подачи в ш и р о к о м диапазоне, удобны в эксплуатации, так как установить заданную подачу легко м о ж н о по­ воротом соответствующих рукояток. С у п п о р т предназначен для перемещения резца, закрепленного в резце­ держателе 3. Н и ж н я я часть суппорта, называемая продольными салазками или кареткой, перемещается при продольной подаче (Snpод) по н а п р а в л я ю щ и м ста­ н и н ы . П р о д о л ь н ы е салазки имеют направляющие, по которым при поперечной подаче (S поп ) движется поперечная каретка (поперечные салазки) 13. На попе­ речной каретке установлен поворотный круг, позволяющий поворачивать верх­ н ю ю каретку 4 под л ю б ы м углом и закреплять ее в этом положении. Поворот­ н ы й круг имеет направляющие для перемещения (SH) верхней каретки при об­ работке конических поверхностей. На верхней каретке установлен четырехпоз и ц и о н н ы й резцедержатель 3. Фартук 12 прикреплен к н и ж н е й плоскости продольных салазок суппорта. В нем расположен механизм, преобразующий вращательное движение, переда­ ваемое от коробки подач к ходовому валику (ходовому винту), в поступатель­ ное прямолинейное (продольное или поперечное) движение суппорта, а также механизмы р у ч н о й подачи. В нем монтируются устройства для включения про­ дольной или поперечной подачи, подачи при нарезании резьбы, ускоренного

40

перемещения суппорта. Фартук оснащен оригинальным м е х а н и з м о м отключе­ ния подачи, п о з в о л я ю щ и м производить обработку изделий по упорам при про­ дольном и поперечном точении. Х о д о в о й винт 10 используется при нарезании резьбы резцом. В осталь­ ных случаях механическое передвижение суппорта производится от ходового валика 11. Задняя бабка 7 расположена на станине станка с правой стороны и служит для поддержания правого конца обрабатываемой заготовки при работе в цен­ трах, для закрепления инструментов (сверл, зенкеров, разверток и др.) при об­ работке отверстий, а также для точения конических поверхностей. Корпус зад­ ней бабки установлен на плите, которая может быть передвинута по направ­ л я ю щ и м станины в продольном направлении и закреплена в требуемом поло­ ж е н и и . В корпусе находится пиноль, в ее конусное отверстие устанавливают центр и инструмент для обработки отверстий. Пиноль с закрепленным инстру­ ментом при обработке отверстий перемещается в продольном направлении вращением маховика, а для механической подачи у задней бабки имеется уст­ ройство сцепки с суппортом. П р и обработке конических поверхностей корпус задней бабки смещают относительно плиты в поперечном направлении. На правой стороне станины закреплен механизм ускоренного перемещения суппорта. К станку прилагается гидрокопировальное устройство, позволяющее обрабатывать детали со слож­ ным профилем. Станок модели

16К20 имеет следующую техническую характеристику:

н а и б о л ь ш и й диаметр заготовки, устанавливаемой над станиной - 400 мм, а над поперечными салазками суппорта - 220 мм; расстояние между центрами 710, 1000 и 2000 мм; пределы частот вращения шпинделя 12,5-И 600 об/мин; преде­ лы

продольных

подач

0,05÷2,8

мм/об;

пределы

поперечных

подач

0,025÷1,4 мм/об; нарезаемая метрическая резьба с шагом от 0,5 до 112 мм; м о щ н о с т ь главного электродвигателя 7,5 или 10 кВт. П р и с п о с о б л е н и я к т о к а р н ы м станкам Характер установки и закрепления заготовки, обрабатываемой на токар­ ном станке, зависит от типа станка, вида обрабатываемой поверхности, харак­ теристики заготовки (отношение д л и н ы заготовки к ее диаметру), требуемой точности и других факторов. На токарно-винторезных станках заготовки закре­ пляют в р а з л и ч н ы х приспособлениях (рис. 4.2). Трехкулачкоеые

(самоцентрирующиеся)

патроны

применяют

для

закреп­

ления заготовок цилиндрической ф о р м ы при отношении их д л и н ы к диаметру м е н ь ш е 4. П а т р о н ы и м е ю т три кулачка, одновременно п е р е м е щ а ю щ и х с я по ра­ диальным пазам, что позволяет не только зажимать, но и центрировать заготов­ ки. Четырехкулачковый

патрон

позволяет

закреплять

и

центрировать

заго­

товки несимметричной формы, так как каждый кулачок его перемещается неза­ висимо.

41

Кулачки патронов могут быть закаленными. Вследствие этого они мало изнашиваются, но при закреплении в них деталей с окончательно обработан­ н ы м и поверхностями на этих поверхностях остаются вмятины. Ч т о б ы избежать образования вмятин, необходимо применять незакаленные кулачки.

Рис. 2. Приспособления и принадлежности к токарным станкам: а - трехкулачковый самоцентрирующийся патрон:

1- малое коническое зубчатое колесо,

2 - большое коническое зубчатое колесо, 3 - основание со спиральным зубом, 4 - кулачок, 5 - корпус; б - простой центр; в - срезанный центр; г - центр с ша­ риком; д - обратный центр; е - в р а щ а ю щ и й с я центр; ж - п о в о д к о в ы й патрон; 3 - хомутик; и, к - л ю н е т ы (подвижный и неподвижный); л, м - оправки (про­ стая и р а з ж и м н а я цанговая). Жесткие

(цельные)

и разжимные

оправки

применяют для

закрепления

за­

готовок типа втулок, колец и стаканов, и м е ю щ и х обработанные внутренние по­ верхности, в случаях, когда необходимо выдержать строгую концентричность наружной поверхности относительно внутренней. На цельных конических оп­ равках заготовка удерживается от проворачивания за счет силы трения на со­ п р я ж е н н ы х поверхностях, так как оправка имеет небольшую конусность. На цельной цилиндрической оправке заготовка удерживается от проворачивания за счет жесткого ее закрепления гайкой. Заготовки, у которых р а з н и ц а в ди­ аметрах отверстий колеблется в пределах 0,5÷1,5 мм, а также тонкостенные де­ тали закрепляются на р а з ж и м н ы х оправках. П л а н ш а й б ы применяются для закрепления несимметричных и сложных по конфигурации заготовок. П л а н ш а й б ы представляют собой ч у г у н н ы й диск, с н а б ж е н н ы й ступицей для навинчивания на шпиндель. На ее передней плоско­ сти имеется 4 ÷ 6 канавок Т-образного профиля и несколько сквозных пазов и

42

отверстий. Заготовки закрепляют на планшайбе планками, угольниками, при­ ж и м н ы м и болтами. Заготовки (при отношении их д л и н ы к диаметру 4÷10) устанавливают в центрах, а для передачи крутящего момента от шпинделя на заготовку исполь­ зуют поводковый патрон, навинченный на передний конец ш п и н д е л ь н о г о вала, и хомутик, закрепленный на переднем конце заготовки. Для установки заготов­ ки в центрах ее необходимо зацентрировать, то есть сделать центровые отвер­ стия с торцов. Ц е н т р ы бывают простые, срезанные, шариковые, обратные и вращаю­ щиеся. П р о с т ы е центры используют чаще, а при работе с б о л ь ш и м и скоростями применяют в р а щ а ю щ и й с я центр, вставляемый в пиноль задней бабки. П р и подрезке торцов, когда центр не должен мешать выходу резца, при­ м е н я ю т срезанный центр, а при обработке конических поверхностей смещени­ ем задней бабки используют ш а р и к о в ы й центр. Подвижные

и

неподвижные

применяют

люнеты

при

обработке

валов

(если отношение д л и н ы заготовки к диаметру более 10) для у м е н ь ш е н и я де­ формации заготовки. П о д в и ж н ы й люнет устанавливают на суппорте, а непод­ в и ж н ы й закрепляют на станине. Центросместители применяются

в

практике ремонтных мастерских для

установки коленчатых валов и эксцентриков. Гильзы и другие детали при обра­ ботке

устанавливаются

и

закрепляются

при

помощи

специальных

при­

способлений на суппорте станка. Р е з ц ы на токарно-винторезном станке устанавливают и закрепляют в рез­ цедержателе суппорта, а сверла, зенкеры и развертки, которые предварительно закрепляются

в

трехкулачковом

патроне

или

переходных

втулках,

уста­

навливают в пиноль задней бабки. В и д ы т о к а р н ы х резцов Многообразие видов поверхностей, обрабатываемых на токарных стан­ ках, привело к созданию большого количества резцов различных конструкций и разного назначения, которые классифицируют по нескольким признакам. По виду обработки различают резцы проходные для обтачивания наруж­ ных цилиндрических и конических поверхностей, подрезные для обтачивания плоскости торцовых поверхностей, расточные для растачивания отверстий, от­ резные для разрезания заготовок и для протачивания кольцевых канавок, про­ резные для обтачивания кольцевых канавок, резьбовые для нарезания наруж­ ных и внутренних резьб, фасонные для обтачивания фасонных поверхностей, галтельные для обтачивания переходных поверхностей между ступенями валов по радиусу. По характеру обработки различают резцы черновые

(обдирочные),

чис­

товые и тонкого точения. По

форме рабочей

части различают резцы прямые,

отогнутые

(рабочая

часть отогнута в горизонтальной плоскости), изогнутые (рабочая часть изогну­ та в вертикальной плоскости), оттянутые.

43

По

направлению подачи резцы

подразделяют на правые,

работающие

с

подачей справа налево, левые - слева направо. У правого резца главная режу­ щая кромка будет находиться со стороны большого пальца правой руки, нало­ женной ладонью вниз на резец, у левого резца - со стороны большого пальца левой руки. По роду материала различают резцы

из

быстрорежущей

стали,

с

пла­

стинками из твердого сплава, с пластинками из минералокерамики, с кристал­ лами алмазов. По способу изготовления различают резцы целые, с п р и п а я н н о й или при­ варенной пластинкой инструментального материала, со с м е н н ы м и пластинка­ ми, а также с многогранными неперетачиваемыми пластинками из твердого сплава. О с н о в н ы е виды работ, в ы п о л н я е м ы е на т о к а р н ы х станках О с н о в н ы е работы, выполняемые на токарных станках, представлены на рис. 4.3. Обтачивание

наружных

цилиндрических

поверхностей

проводится

про­

х о д н ы м и п р я м ы м и или отогнутыми (правыми или левыми) резцами с продоль­ ной подачей и подразделяется на черновое, чистовое и тонкое. Заготовки уста­ навливают и закрепляют в патронах, центрах, в центрах с л ю н е т о м . Правиль­ ность установки проверяют при п о м о щ и рейсмуса или индикатора.

Рис. 4.3. Работы, выполняемые на токарных станках: а - наружное гладкое то­ чение: 1- п р а в ы м проходным резцом, 2 - левым проходным резцом, 3 - правым проходным

отогнутым

резцом,

4

-

левым

проходным

отогнутым

резом,

5, 6, 7 - резцами для чистового точения; б — точение торцевых поверхностей: 1- с продольной и поперечной подачей, 2, 3 - с поперечной подачей отогнуты­ ми резцами, 4 - с поперечной подачей с применением срезанного центра; в - отрезание отрезным резцом; г - растачивание сквозного и глухого отвер­ стий; д - точение фасонной поверхности призматическим ф а с о н н ы м резцом

44

П р и черновом обтачивании снимают значительный слой металла, поэто­ му черновые проходные резцы д о л ж н ы быть жесткими. Их устанавливают вы­ ше центров на 0,3÷1,2 мм, в зависимости от диаметра заготовки. Заданную глу­ бину резания устанавливают отсчетом по лимбу и риске на н е п о д в и ж н о й втул­ ке винта поперечной подачи. Чистовое обтачивание заключается в снятии с поверхности изделия не­ большого припуска для придания изделию окончательных размеров, ф о р м ы и получения заданной шероховатости поверхности. Обтачивают ч и с т о в ы м и пря­ м ы м и , отогнутыми и ш и р о к и м и резцами с радиусом закругления в е р ш и н ы R = 3 ÷ 5 мм (чем больше радиус при вершине, тем ч и щ е обработанная поверх­ ность).

При

выборе

соответствующих р е ж и м о в резания м о ж н о достигнуть

11÷12-го квалитета и 4÷7-го класса шероховатости обработанной поверхности. Более высокие классы шероховатости (7÷9-й) получают при т о н к о м точении. Для обтачивания заготовок малого диаметра и нежестких валов, когда от­ ношение д л и н ы вала к диаметру больше 10, применяют проходные упорные резцы, так как при обработке ими меньше деформация (прогиб) заготовки. Обработка

торцовых

поверхностей

и

уступов

осуществляется

подрез­

н ы м и резцами с поперечной подачей чаще всего от периферии к центру, а, для получения обработанной поверхности с м е н ь ш е й шероховатостью - от центра к п е р и ф е р и и за два прохода. Подрезание торцов выполняют также проходными у п о р н ы м и или проходными отогнутыми резцами при поперечной подаче. Заго­ товку закрепляют в кулачковых патронах на планшайбе или в центрах. Т о р ц ы подрезают со стороны задней бабки, а выход резца из материала обеспечивает­ ся

применением

срезанного

центра

или

центровым

отверстием

с

предо­

хранительным конусом. Уступы подрезают как со стороны задней, так и со сто­ р о н ы передней бабки. П р и закреплении в патроне вылет заготовки д о л ж е н быть по возможности минимальным. Обработку галтелей ведут галтельными или проходными резцами, зато­ ч е н н ы м и по соответствующему радиусу, применяя продольную и поперечную подачи. Проточку канавок осуществляют на предварительно обточенных деталях резцами, р е ж у щ е е лезвие которых имеет размеры и профиль канавки. Исполь­ зуют поперечную подачу. Ш и р о к и е канавки с прямолинейной поверхностью обрабатывают вначале с поперечной подачей резца, а затем с продольной. Отрезкой отделяют обработанные изделия или излишки заготовки, а так­ же разделяют прутки и болванки на заготовки отрезными резцами с поперечной подачей. Отрезные резцы устанавливают строго по высоте центров станка и так, чтобы их режущая кромка была в горизонтальной плоскости. Державку прямого отрезного резца устанавливают строго перпендикулярно к оси заготов­ ки. П р и разрезании заготовок большого диаметра (во избежание защемления резца в прорезанной канавке) резец необходимо вывести из канавки, не доводя р е ж у щ у ю кромку на 2÷3 мм до оси, а затем, остановив станок, отломить отре­ занную часть. В отдельных случаях заготовки разрезают с н е б о л ь ш и м продоль­ н ы м п е р е м е щ е н и е м резца (на 1÷2 мм) в обе стороны, что предотвращает заби-

45

вание канавки стружкой и облегчает процесс резания. П р и отрезании заготовок небольшого диаметра, когда к торцу обрабатываемой детали предъявляют не­ высокие требования, применяют резцы со скошенной режущей кромкой. Обра­ ботку следует вести при пониженных подаче и скорости резания. Сверление отверстий выполняют в заготовках, закрепленных в патроне. Сверло устанавливают в пиноль задней бабки и подают вручную вращением маховика или механически, соединяя заднюю бабку с суппортом. Торец заго­ товки предварительно подрезают и накернивают или зацентровывают. Отвер­ стие большого диаметра получают путем обработки зенкером и р а с т о ч н ы м рез­ цом ранее просверленного или имеющегося в заготовке отверстия. Если необ­ ходимо получить отверстие высокой точности и шероховатости, то его развер­ тывают. Зенкеры и развертки устанавливают в пиноль задней бабки и подают вручную или механически. Растачивание внутренних цилиндрических поверхностей выполняют рас­ т о ч н ы м и резцами с продольной подачей. Гладкие сквозные отверстия растачи­ вают расточными резцами, у которых главный угол в плане φ=45÷60°, а глухие или ступенчатые цилиндрические отверстия - упорными расточными резцами с углом φ 90°. После растачивания глухого или ступенчатого отверстия на за­ данную длину продольную подачу отключают, а включают поперечную подачу и подрезают внутренний торец. Р а з н о в и д н о с т и станков токарной группы Револьверные станки предназначены для изготовления деталей сложной ф о р м ы из прутка или штучных заготовок. Револьверные станки по конструкции отличаются от токарно-винторезных тем, что у них вместо задней бабки имеет­ ся суппорт с револьверной головкой. Револьверные станки изготовляют с револьверными головками с верти­ кальной или горизонтальной осью вращения. В гнездах головки закрепляется необходимый р е ж у щ и й инструмент, который последовательно используется при повороте головки в рабочую позицию. Число позиций у станков с верти­ кальной осью вращения головки 6 ÷ 8 , а с горизонтальной до 16. П о в о р о т ре­ вольверной головки позволяет быстро перейти от обработки одним инструмен­ том к обработке другим. В ы к л ю ч е н и е подачи в конце рабочего хода произво­ дится автоматически от упоров, сменяющихся при каждом повороте револьвер­ ной головки. Наладка револьверного станка включает подбор и рациональное распо­ ложение инструмента в державках, установку державок и хвостовых инстру­ ментов в револьверной головке, закрепление резцов в суппорте, установку упо­ ров. Использование большего количества разнообразных инструментов, воз­ можность совмещать работу несколькими инструментами, сокращение времени на замену инструмента - все это обеспечивает высокую производительность обработки на револьверных станках.

46

Револьверные станки применяются в условиях серийного и массового производства, но могут быть использованы на ремонтных заводах. Многорезцовые токарные станки и м е ю т для закрепления резцов несколь­ ко суппортов с самостоятельным движением. На каждом суппорте м о ж н о уста­ навливать несколько резцов, что позволяет одновременно вести обработку не­ скольких поверхностей. Эти станки рационально использовать в серийном и массовом производстве. Лобовые и карусельные станки служат для обработки крупных и тяжелых деталей большого диаметра, но небольшой длины. Лобовые станки по конст­ рукции отличаются от токарно-винторезных более низкой и короткой станиной, большей высотой центров, отсутствием задней бабки. У станков, предназна­ ч е н н ы х для обработки заготовок большого диаметра, передняя бабка изготов­ ляется отдельно от суппорта станка. П р и установке станка между передней бабкой и суппортом делают яму, чтобы обрабатывать заготовки больших диа­ метров. Ш п и н д е л ь и суппорт у этих станков имеют индивидуальный привод. Лобовые станки применяют ограниченно из-за трудности закрепления и вывер­ ки заготовок на планшайбе, расположенной в вертикальной плоскости. Карусельные станки имеют более широкое применение, так как у них планшайба расположена и вращается в горизонтальной плоскости внизу, что позволяет легко закреплять и выверять заготовки. Токарные полуавтоматы и автоматы с каждым годом находят все боль­ шее применение в машиностроении. Полуавтоматы — станки, у которых все рабочие движения автоматизированы, а вручную выполняются только пуск и остановка станка, установка заготовки и снятие детали. Автоматами называют такие станки, на которых после их наладки и настройки все операции выпол­ няются автоматически, без участия рабочего, который л и ш ь периодически за­ гружает материалы (заготовки, прутки). Т о к а р н ы е полуавтоматы и автоматы подразделяются на одношпиндельные и многошпиндельные, последние и м е ю т от двух до восьми ш п и н д е л е й и более. Т о к а р н ы е полуавтоматы применяются для обработки главным образом ш т у ч н ы х заготовок (поковок, отливок), а на автоматах из прутков проката изго­ товляют крепежные детали (болты, винты, гайки, втулки, валики и т. д.). Точность обработки и шероховатость обработанных поверхностей изде­ лий на полуавтоматах и автоматах несколько ниже, чем на других станках то­ карной группы, но производительность в ы ш е . 4.2.2. Универсально-фрезерный станок Н а и б о л ь ш е е распространение получили вертикально-фрезерный станок модели 6Н12, горизонтально-фрезерные станки моделей 6Н82 и 6 М 8 2 . На них м о ж н о обрабатывать разнообразные поверхности заготовок торцевыми, цилин­ дрическими, к о н ц е в ы м и и другими фрезами, а также нарезать зубья колес и фрезеровать винтовые канавки.

47

Важной

характеристикой

горизонтальных

и

вертикальных

фрезерных

станков являются размеры рабочего стола. По этому признаку станки делятся на шесть номеров. Например, горизонтально-фрезерный станок модели 6Н82 имеет рабочий стол № 2 (последняя цифра в обозначении), а р а з м е р ы стола, со­ ответствующие этому номеру, будут: ш и р и н а 320 мм, длина 1250 мм.

Рис. 4.4. О б щ и й вид универсально-фрезерного станка модели 6М82 У

универсального

горизонтально-фрезерного

станка

модели

6М82

(рис. 4.4) ш п и н д е л ь н ы й вал расположен горизонтально. Стол может переме­ щаться в горизонтальном (продольном и поперечном) и вертикальном направ­ лениях. Основанием станка служит фундаментная плита, на которой закрепле­ ны станина 5, и м е ю щ а я коробчатую форму, и электродвигатель 1 с коробкой скоростей 2. По вертикальным н а п р а в л я ю щ и м станины перемещается консоль 11с

поперечными направляющими, служащими для передвижения н и ж н и х са­

лазок 10. На н и ж н и х салазках установлены поворотные верхние салазки 9, ко­ торые при наладке станка могут быть повернуты вокруг вертикальной оси на угол +45°. Н а п р а в л я ю щ и е верхних поворотных салазок позволяют перемещать стол 7 в продольном горизонтальном направлений. Хобот 3 установлен на го­ ризонтальных направляющих станины и может по ним передвигаться на опре­ деленное расстояние при наладке станка. Он служит для установки и закрепле­ ния кронштейна 6, необходимого для поддержания конца оправки с инструмен­ том, а также для крепления поддержек, увеличивающих жесткость узла станка. П р и в о д шпинделя 4 осуществляется от электродвигателя 1 через коробку ско­ ростей. К консоли крепится электродвигатель

для привода подачи. С целью

увеличения жесткости узла консоли ее соединяют с хоботом 3 планками 8. Внутри консоли размещен привод механизма подач, который состоит из короб­ ки подач и механизмов для осуществления продольной, поперечной и верти­ кальной подачи. В основании 12 расположен резервуар с охлаждающей жидко-

48

стью. Обрабатываемая заготовка устанавливается или непосредственно закреп­ ляется на столе 7. Она может перемещаться в продольном направлении (в гори­ зонтальной плоскости) и вертикально. О с н о в н ы е т и п ы фрез и их закрепление Ф р е з а состоит из корпуса (тела) и р е ж у щ и х зубьев. Ф р е з ы бывают цель­ ные (зубья в ы п о л н е н ы заодно с корпусом) и сборные (с н а п а й н ы м и или встав­ н ы м и н о ж а м и ) . Ц е л ь н ы е фрезы изготовляют из инструментальных сталей, кор­ пуса сборных фрез - из конструкционных сталей, зубья - из быстрорежущих сталей или твердых сплавов и закрепляют в корпусе р а з л и ч н ы м и способами: припаивают, приваривают или крепят механически с п о м о щ ь ю винтов и клинь­ ев. Ф р е з ы бывают с прямыми (рис. 4.5, а), винтовыми (рис. 4.5, б) и разнона­ правленными зубьями. В зависимости от конструкции зубьев различают фрезы с остроконечными

и

с затылованными зубьями.

У

последних задняя

поверхность

обработана по архимедовой спирали. Затылованные зубья для сохранения про­ филя перетачивают только по передней поверхности: передний угол у зуба обычно равен нулю. С затылованными зубьями изготавливают фасонные фре­ зы, а остальные - с остроконечными. Остроконечные зубья фрез затачивают по главной задней поверхности. У цилиндрической фрезы с в и н т о в ы м зубом пе­ редний угол у измеряют в плоскости, перпендикулярной к р е ж у щ е м у лезвию, а главный задний угол α - в плоскости, перпендикулярной к оси фрезы. У ци­ линдрической фрезы с п р я м ы м зубом эти плоскости совмещаются в одну плос­ кость А-А. На рис. 4.5, а показаны углы заострения β, угол резания 5. Перед­ ний угол облегчает образование и сход стружки. Главный задний угол умень­ шает трение задней поверхности зуба о поверхность резания. На р и с . 4.5, б по­ казан угол наклона зубьев ω у фрезы с винтовым зубом, о б е с п е ч и в а ю щ е й более спокойные условия резания по сравнению с прямозубой фрезой. По виду поверхности, на которой нарезаны зубья, различают цилиндриче­ ские (рис. 4.5, а, б), торцевые (рис. 4.5, в), угловые (рис. 4.5, д), фасонные (рис. 4.5, ж,и\ дисковые (рис. 4.5, з) фрезы.

Рис. 4.5. Т и п ы фрез З а к р е п л е н и е фрез Ф р е з ы с цилиндрическим хвостовиком (рис. 4.5, е) закрепляют в патроне. Ф р е з ы с коническим хвостовиком (рис. 4.5, ж) устанавливают в отверстие

49

шпинделя непосредственно или через переходную втулку и крепят затяжным болтом. Н а с а д н ы е фрезы, и м е ю щ и е в корпусе отверстие со ш п о н о ч н ы м пазом, за­ крепляют с п о м о щ ь ю центровых или конических оправок. Фреза 4 (рис. 4.6, б) устанавливается на цилиндрической концевой части оправки на ш п о н к е 3 и за­ крепляется винтом. Оправка вставляется конусной частью 1 в отверстие шпин­ деля и затягивается шомполом. В р а щ е н и е инструменту передается шпонками, закрепленными на торце шпинделя, которые входят в пазы 2 оправки.

Р и с . 4.6. Крепление инструмента на фрезерных станках На р и с . 4.6, а показаны установка и закрепление фрезы на станке. Фреза 5 располагается на оправке 3 свободно или на ш п о н к е в нужном п о л о ж е н и и с по­ м о щ ь ю установочных колец 4. Оправка 3 коническим хвостовиком вставляется в конус ш п и н д е л я 2 и затягивается ш о м п о л о м 1. Другой конец оправки прохо­ дит через втулку 6, зажимаемую гайкой 10. Втулка 6 входит в разрезную втулку 7, п о д ж и м а е м у ю гайкой 8 и контргайкой 9. Разрезная втулка находится в под­ весном кронштейне, установленном на хоботе станка. Торцевые фрезы крепятся или на концевой части шпинделя, или на оп­ равке. Работы, в ы п о л н я е м ы е на фрезерных станках П р и фрезеровании точность и шероховатость обработки, а также произ­ водительность во многом зависят от правильности закрепления фрезы и изде­ лия на станке. П р и работе на фрезерных станках применяют несколько спо­ собов закрепления заготовок. Если заготовки имеют опорную поверхность, то их закрепляют непосредственно на столе станка при п о м о щ и р а з л и ч н ы х планок с пазами для болтов, головки которых заводятся в продольные пазы стола. В призмах, закрепленных на столе станка, устанавливают и крепят заго­ товки круглого сечения.

50

Угловую плиту (угольник простой или универсальный) используют для закрепления заготовок в тех случаях, когда две ее поверхности после обработки д о л ж н ы составить прямой или заданный угол.

и

к

л

м

Рис. 4.7. С х е м ы обработки поверхностей заготовок на горизонтально и верти­ кально-фрезерных станках Для закрепления заготовок на фрезерных станках п р и м е н я ю т также уни­ версальные приспособления: м а ш и н н ы е тиски, вращающиеся круглые столы, делительные головки и др. Специальные приспособления служат для закрепления определенной за­ готовки и выполнения одной операции при обработке больших партий одина­ ковых деталей. О н и обеспечивают высокую точность установки и обработки детали, п о в ы ш а ю т производительность работы станка. Горизонтальные

плоскости

обрабатывают

на

горизонтально-фрезерных

станках (рис. 4.7, а) цилиндрическими фрезами с прямыми, н а к л о н н ы м и или

5J

винтовыми зубьями. Заготовка закрепляется на столе в м а ш и н н ы х тисках при п о м о щ и п р и ж и м н ы х планок. П р и обработке плоскостей фрезами с винтовым зубом возникающая осе­ вая сила стремится сдвинуть инструмент вдоль оси оправки и нагружает опор­ ные п о д ш и п н и к и шпинделя. Для устранения осевой силы комплект одновре­ м е н н о р а б о т а ю щ и х фрез изготовляют с разнонаправленными зубьями. На вер­ тикально-фрезерных станках горизонтальные плоскости обрабатывают торце­ выми фрезами (рис. 4.7, б). Благодаря большей жесткости крепления фрезы ус­ ловия резания на этих станках более благоприятны, чем на горизонтально-фре­ зерных. П р и черновой обработке, когда срезается большой слой металла, приме­ няют фрезы с небольшим числом прочных и крупных зубьев. П р и чистовой об­ работке используют фрезы (мелкозубые) с большим числом зубьев (12-^20). Размеры фрезы выбирают так, чтобы ее ширина была на 3÷5 мм больше шири­ ны фрезерования. Вертикальные

плоскости

на

горизонтально-фрезерных

станках

обраба­

т ы в а ю т торцевыми фрезами (рис. 4.7, в), а на вертикально-фрезерных - конце­ выми, фрезами (рис. 4.7, г). Наклонные

плоскости

обрабатывают

на

вертикально-фрезерных

станках

т о р ц е в ы м и (рис. 4.7, д) или концевыми (рис. 4.7, е) фрезами (шпиндель станка устанавливают под требуемым углом), а на горизонтально-фрезерных - угло­ выми фрезами (рис. 4.7, ж). Сложные

поверхности,

представляющие

комбинацию

горизонтальных,

вертикальных и наклонных плоскостей, у небольших деталей обрабатывают на горизонтально-фрезерных станках набором фрез

или ц е л ь н ы м и ф а с о н н ы м и

фрезами (рис. 4.7, з). Прямоугольные пазы и уступы получают дисковыми (рис. 4.7, и) и конце­ выми (рис. 4.7, к) фрезами на горизонтально- и вертикально-фрезерных стан­ ках. Фасонные пазы (рис. 4.7, л) обрабатывают фасонной дисковой фрезой, уг­ ловые пазы (рис. 4.7, м) - одноугловой или двухугловой фрезой на горизон­ тально-фрезерных

станках,

фасонные

поверхности

(рис.

4.7,

т)

-

фасонной

фрезой на горизонтально- и вертикально-фрезерных станках. Пазы

Т-образные и типа «ласточкин хвост» фрезеруют за два прохода.

Сначала концевой или дисковой фрезой получают паз прямоугольного профи­ ля, затем у Т-образного паза обрабатывают н и ж н ю ю часть фрезой для Тобразных пазов (рис. 4.7, о), а у паза «ласточкин хвост» фрезеруют скосы кон­ цевой одноугловой фрезой (рис. 4.7, н). Закрытые шпоночные пазы изготовляют концевыми фрезами (рис. 4.7, п), а

открытые

-

концевыми

или

шпоночными

фрезами

на

вертикально-

фрезерных станках; фрезерование ш п о н о ч н о й фрезой обеспечивает получение более точного паза.

52

Пазы

под

сегментные

шпонки

обрабатывают

на

горизонтально-

фрезерных станках дисковой фрезой, сообщая заготовке вертикальную подачу (рис. 4.7, с). Отрезка заготовок и прорезка неточных пазов производятся прорезными или отрезными фрезами.

4.3. П о р я д о к выполнения л а б о р а т о р н о й работы 1. Изучить устройство токарно-винторезного и фрезерного станков, виды при­ способлений и инструментов используемых при обработке заготовок на этих станках. 2. Изучить виды работ выполняемых на этих станках. 3. Составить отчет. В отчете указать: цель работы, зарисовать схемы станков и описать инструмент, используемый для обработки заготовок. 4. Ответить на контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Устройство и возможности токарно-винторезного станка. 2. К а к и е приспособления используются для закрепления заготовок в токарно-винторезных станках? 3. В и д ы токарных резцов. 4. К а к и е виды работ м о ж н о выполнять на токарно-винторезных станках? 5. В и д ы токарных станков. 6. Устройство универсально-фрезерного станка. 7. В и д ы фрез и способы их закрепления 8. К а к и е виды работ м о ж н о выполнять на фрезерных станках?

53

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Болховитинов Н.Ф., Болховитинова Е.Н. Атлас макро- и микроструктур ме­ таллов и сплавов. - М.: Машиностроение, 1959. - 87 с. 2. Технология металлов и материаловедение. Б.В. Кнорозов, Л . Ф . Усова, А.В. Третьяков и д р. - М.: Металлургия, 1987. - 800 с. 3. Материаловедение. Б.Н. Арзамасов, В.И. Макаров, Г.Г. М у х и н и д р . - М.: М Г Т У им. Н.Э. Баумана, 2003. - 648с. 4. Материаловедение и технология металлов. Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. М а т ю н и н и др. - М.: В ы с ш а я школа, 2000. - 638 с. 5. И.К. Галацкая. Металлография металлургических дефектов в прессованных полуфабрикатах из алюминиевых сплавов 6.

Л а б о р а т о р н ы й практикум по технологии металлов и других конструкцион­ ных материалов. О.В. Роман, О.С. Комаров, Е.А. Д о р о ш к е в и ч и д р . М и н с к : В ы ш э й ш а я школа, 1974. - 239 с.

7. Р.Н. Худокормова, Я . Н . Фунштейн, И.А. Р и щ е в . Металловедение и термиче­ ская обработка металлов (лабораторные работы). М и н с к : В ы ш э й ш а я школа, 1 9 7 6 . - 192 с.

54

СОДЕРЖАНИЕ 1. Лабораторная работа № 1

3

2. Лабораторная работа №2

9

3. Лабораторная работа №3

24

4. Лабораторная работа №4

38

Библиографический список

53

Учебное издание МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

Составитель П О С Т Н О В А М а р и я Вячеславовна

П о д п и с а н о в печать 04.12.2007. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Печать трафаретная. Усл. п е ч . л. 3,26. Тираж

150

экз. Заказ 1614

Ульяновский государственный технический университет 432027, Ульяновск, Сев. Венец, 3 2 . Типография УлГТУ, 432027, Ульяновск, Сев. Венец, 3 2 .