Третьяков_Курс лекций по дисциплине Технология конструкционных материалов (Третьяков Курс лекций по дисциплине Технология конструкционных материалов), страница 40

Обеспечение технологичности конструкцииотливки проектируемой деталиПри конструировании технологичной отливки с точки зрения ееформы и размеров следует стремиться к упрощению как наружных,так и внутренних поверхностей. Толщина стенок и конструктивныеуклоны должны устанавливаться в зависимости от их назначения,механических и технологических свойств материала, а также общихпринципов конструирования отливок. Желательно, чтобы габаритныеразмеры заготовки были минимальными, особенно по высоте, так какв противном случае затрудняется процесс изготовления формы.Конструкция отливки должна быть такой, чтобы литейная форма имела минимальное число разъемов.

Конфигурация и расположение стержней в форме предполагают свободный выход газов изстержней, число которых должно быть минимальным (рис. 22.1).Рис. 22.1. Конструкция отливки кронштейна:а – нетехнологичная; б – технологичная: 1, 3 – стержни; 2 – жеребейка231Для получения плотных отливок необходимо обеспечить ихнадежное питание и направленное затвердевание отливки, которое должно проходить последовательно по всему объему отливкибез образования в ней замкнутых объемов с расплавом. Направленность затвердевания определяют способом вписанных окружностей.

Это способ состоит в том, что в рассматриваемое сечениеотливки вписывают окружности в различных точках (рис. 22.2).Узлы 1 с окружностями наименьшего диаметра будут затвердевать первыми, затем узел 2 и в последнюю очередь узел 4. В ходе затвердевания в узлах 2 и 4 неизбежнопоявятся усадочные дефекты (усадочные раковины и пористость) из-зазатвердевания изолированных объемов расплава. Для предупрежденияпоявления усадочной раковины вузле 2 необходимо увеличить толщину стенки отливки за счет напуска3, а для узла 4 предусмотреть прибыль 5. Прибыли на отливках имеюттехнологическое значение, поэтому вконце процесса изготовления заготовки их удаляют.Плавный переход от тонких сеРис.

22.2. Определениеченийк толстым и правильное сотеплового узла способомпряжениестенок позволяют полувписанных окружностейчить качественную отливку без литейных дефектов и коробления стенок. При любом сопряжениистенок различной толщины их соотношение не должно превышать S/S1 ≤ 4.Получение заготовок без усадочных дефектов может быть достигнуто за счет одновременного их затвердевания. В этом случаеконструкция отливок должна иметь равномерную толщину стенокс плавными переходами. Принцип одновременного затвердеванияприменяют при конструировании мелких и средних тонкостенныхотливок из чугуна и других сплавов.Для уменьшения скопления металла в местах пересечения ребер следует избегать их крестообразного пересечения. Более технологичным является шахматное и сотообразное расположениеребер.

Такое расположение обеспечивает наиболее равномерноераспределение остаточных напряжений как в процессе остывания232отливки, так и во время эксплуатации. Однако в этом случае отливки сложнее и дороже в изготовлении.Для снижения усадочных термических напряжений и вероятности трещинообразования следует обеспечить свободную усадкуотливки и избегать термических узлов. Они возникают в тех местах, где пересекаются тепловые потоки, идущие от поверхностиотливки в форму (рис. 22.3, а). Для улучшения теплоотвода в этойчасти отливки изменяют конструкцию термического узла (рис.22.3, б) или устанавливают усадочные ребра, которые охлаждаются быстрее и упрочняют эту зону (рис.

22.4).абРис. 22.3. Конструкция термического узла:а – нетехнологичная; б – технологичнаяС целью предотвращения образования газовых раковин в отливке необходимо обеспечить возможность плавного заполненияформы металлом таким образом, чтобы воздух и газы выходилииз нее полностью и свободно. Для этого необходимо при конструировании детали предусмотреть соответствующее количествоокон и полостей, соединяющихсядруг с другом.Детали большой протяженностиследует проектировать с равномерными по толщине стенками, приэтом конструкция должна быть повозможности симметричной и достаточно жесткой.

Следует избегатьпротяженных плоских поверхностей,придавая им изогнутую форму Рис. 22.4. Пример конструкции(рис. 22.5).усадочного ребра233абРис. 22.5. Предотвращение образования усадочных раковин:а – нетехнологично; б – технологичноВопросы для самоконтроля1. Назовите область рационального применения литейныхсплавов. Приведите примеры влияния условий эксплуатации деталей на выбор марки материала.2. Назовите технологические особенности получения отливокиз чугуна.

Сравните литейные свойства серого чугуна СЧ10 и высокопрочного чугуна ВЧ100.3. Сформулируйте технологические особенности получениястальных отливок. Какие дефекты наиболее часто возникают в отливках из высокоуглеродистых сталей?4. Какие способы литья применяют для получения отливок изцветных металлов и сплавов? Назовите технологические особенности изготовления отливок из меди и ее сплавов.5. Оцените литейные свойства алюминиевых расплавов. Какиеспособы литья применяют для изготовления заготовок с толщинойстенки 0,5...

1 мм?6. Какие проблемы возникают при литье заготовок из магниевых сплавов? Назовите область применения деталей из магниевыхсплавов.7. Сформулируйте основные требования, предъявляемые ктехнологичной конструкции отливки. Приведите примеры технологичных конструкций.8. Укажите общие правила конструирования деталей с литоймакроструктурой. Какие конструктивные и технологические мероприятия применяют для уменьшения массы отливки?234Лекция № 23. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СВАРНЫХ ЗАГОТОВОКВ этой лекции приведены данные по классификации видовсварки и о технологических особенностях изготовления сварных ипаяных заготовок. Рассмотрены механизмы образования сварногосоединения, причины возникновения напряжений и деформацийпри сварке, а также типы дефектов в сварных соединениях и методы их контроля.23.1.

Технологические особенности изготовлениясварных и паяных заготовокВ тех случаях, когда производство цельных заготовок связано сбольшими технологическими трудностями, целесообразно изготавливать их сварными. Сварные изделия состоят из отдельныхзаготовок, изготавливаемых с применением рассмотренных в предыдущих лекциях методов.Упрощение изготовления сварных конструкций по сравнениюс отливками и поковками ведет к сокращению сроков освоенияпроизводства, снижению трудоемкости и себестоимости изготовления заготовок. В связи с уменьшением толщины стенок и упрощением конструкции изделий применение сварных заготовок взамен литых дает экономию металла до 30…60 %. Кроме того,удельные капитальные вложения на 1 т сварных заготовок примерно в 3 раза меньше, чем на 1 т стального литья.Сварные конструкции классифицируются:– по методу получения исхо дных заготовок (листосварные,штампосварные и др.);– по целевому назначению (а виационные, автомобильные и др.);– по толщине свариваемых э лементов (тонкостенные или толстостенные);– по применяемым материал ам (стальные, алюминиевые, титановые и др.).В зависимости от характерных особенностей работы конструкций выделяют следующие типы сварных изделий: балки, ко235лонны, оболочковые и корпусные конструкции, станины, валы,колеса и т.

п.Элементы сварных заготовок изготавливают из различных материалов при толщине от десятых долей миллиметра до 1000 мм иболее. Практически все сварные изделия в процессе их изготовления подвергают термической обработке перед окончательной механической обработкой резанием для снятия остаточных напряжений.

В зависимости от используемой энергии для образованиясварного соединения все виды сварки разделяют на три класса:термический, термомеханический и механический.К термическому классу относят виды сварки, осуществляемыеплавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая и др.).К термомеханическому классу относят виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления (контактная, кузнечная, диффузионная, газопрессовая и др.).К механическому классу относят виды сварки, осуществляемыес использованием механической энергии (трением, взрывом, холодная, ультразвуковая и др.).Дуговая сварка (ручная, полуавтоматическая и автоматическая)является наиболее распространенным технологическим процессомсварки. Ручную сварку применяют для получения швов небольшого размера.

За один проход без предварительной разделки кромокручной сваркой соединяют заготовки толщиной 4…8 мм. Автоматическую сварку можно выполнять одним или несколькими электродами под слоем флюса, в среде защитных газов (аргона, гелия,углекислого газа). При сварке под флюсом толщина свариваемыхэлементов может достигать 20 мм без разделки кромок, а производительность сварки возрастает в 6–8 раз по сравнению с ручной.Производительность полуавтоматической сварки в углекисломгазе примерно в 2–4 раза выше, чем ручной.Электрошлаковая сварка при производстве толстостенных (s >> 50 мм) сварных конструкций в тяжелом машиностроении обеспечивает высокую экономическую эффективность за счет снижения потребления электроэнергии в 1,5–2 раза и флюса – в 20–40раз по сравнению с автоматической дуговой сваркой под флюсом.Кроме того, при этом виде сварки не требуется предварительнаяразделка кромок.Электронно-лучевая сварка позволяет получить сварные соединения без существенных деформаций и с низким уровнем сварочныхнапряжений.

Кроме того, проведение процесса в вакууме обеспечи236вает получение зеркально чистой поверхности шва и дегазацию расплавленного металла. Этим видом сварки получают изделия из тугоплавких химически активных металлов и их сплавов, а также из алюминиевых сплавов и высоколегированных сталей.Контактная сварка характеризуется кратковременным нагревом места соединения без оплавления или с оплавлением и последующей осадкой разогретых заготовок.