Инструкция по выполнению практической работы по дисциплине Материаловедение

2. 1 Инструкция №8 Практическая работа №8 ТЕМА: Выбор материала по технологическим характеристикам ЦЕЛЬ:  Найти   наилучшее   соотношение   между   выбором   материала   детали   по   технологическим характеристикам и его потребительскими качествами. Оборудование:  Таблицы Диаграммы Чертёж детали. Задание:  Выбрать   материал   заготовки,   по   его   технологическим   характеристикам  учитывая механические, технологические и эксплуатационные свойства детали Краткие теоретические сведения. Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться различным  способам холодной и горячей обработки. Технологические свойства материалов характеризуют восприимчивость материалов  технологическим воздействиям при переработке в изделия. Знание этих свойств позволяет  рационально осуществлять процессы изготовления изделий. Основными характеристиками материалов являются: — обрабатываемость резанием; — обрабатываемость давлением; — литейные характеристики; — свариваемость; — склонность к короблению при термической обработке и другие. Обрабатываемость резанием характеризуют следующими показателями: — качеством обработки материалов — шероховатостью обработанной поверхности и точностью  размеров; — стойкостью режущего инструмента; — сопротивлением резанию — скоростью и силой резания; — видом стружкообразования.  Обрабатываемость давлением определяют в процессе технологических испытаний (проб) материалов на   пластическую   деформацию.   Методы   оценки   обрабатываемости   давлением   зависят   от   вида материалов и технологии их переработки. Обрабатываемость давлением порошковых материалов характеризует их текучесть, уплотняемость и формуемость. Методы определения характеристик порошковых материалов установлены государственными стандартами. Выбор материалов   по технологическим характеристикам       при подготовке производства Выбор   материалов   для   производства   изделия   начинается   с   анализа   номенклатуры   материалов   и подборки   имеющих   наилучшее   сочетание   эксплуатационных   характеристик.   Затем,   исходя   из технологических   свойств   отобранных   материалов,   рассматривают   варианты   технологии изготовления   изделия   с   учетом   его   массы,   размеров,   конструктивных   и   эксплуатационных особенностей.   Материалы   должны   быть   доступными   и   отвечать   требованиям   экономической эффективности. Работоспособность выполненных из них изделий должны соответствовать затратам труда, приложенного к реализации технических достоинств материалов. Проектирование изделия.  Для организационно­технологической структуры машиностроения характерна взаимосвязь  конструкций и технологии изготовления изделия с уровнем организации производства. Исходным документом для проектирования изделия и выбора материала для него является  техническое задание, в котором определяются: — этапы проведения работ; — необходимая техническая документация; — показатели качества изделия; — эксплуатационные требования; — технико­экономические требования, исходя из анализа условий  нагружения, воздействия окружающей и рабочей среды, конструктивных  особенностей,  условий надежности, ресурса выработки, технологичности и требуемой  работоспособности изделия.            На основании технического задания определяется группа материалов, эксплуатационные и технологические   свойства   которых   рассматривают   с   позиций   экономической   эффективности использования   материала.   Так   как   объем   поступающей   информации   очень   велик,   целесообразно использовать на данном этапе компьютерную технику. С ее помощью можно создать эффективно работающие программы выборки требуемого материала из массива банка данных по существующим материалам. Из основных стандартных подпрограмм, входящих в банк данных, первая — направлена на создание и пополнение его массива, а также на выбор из него необходимой марки материала с указанием   характеристик.   Вторая   подпрограмма   позволяет   осуществлять   выборку   материалов   с параметрами, наиболее близкими к требуемым. Технологическая подготовка производства. На этом этапе определяются технология изготовления изделий и парк оборудования, необходимый для переработки материалов в изделие. Заканчивается этот этап подготовки производства разработкой технологических карт — документов, в которых зафиксирован процесс обработки детали и указаны: — последовательность технологических операций; — используемые материалы; — производственное оборудование и технологическая оснастка; — технологические режимы и время, необходимое для изготовления изделия; — квалификация работников, и др. Стоимость и эксплуатационные свойства изделий. Проверку выбранных конструкторско­технологических решений проводят путем технико­ экономического анализа, при котором оценивают соответствие затрат на производство изделия  уровню его эксплуатационных свойств. Таким образом, уже на ранней стадии проектирования  изделия необходимо учитывать не только его технические возможности, но и целесообразность  производства. Свойства изделий формируются под влиянием технической потребности в них и условий  производства. Основными свойствами изделия являются: — технический принцип, конструктивная форма, эксплуатационные параметры; — технологичность, трудоемкость и другие параметры, зависящие от условий производства; — ремонтопригодность, условия смазывания и другие эксплуатационные характеристики. Эти свойства реализуются через материалы: — основные, используемые в производстве; — полуфабрикаты и комплектующие изделия, поставляемые по кооперации; — технологические материалы; — специальные материалы для ремонта изделий и др. Стоимость изделия определяется количеством труда, затраченного на производство: — труда, овеществленного в исходных материалах; — живого труда, под которым понимают целесообразную затрату умственной и физической энергии  человека в процессе производства; — труда, вложенного в проектирование и исследование изделия, его эксплуатацию и поддержание в  исправном состоянии. Прокат  —   один   из   наиболее   распространенных   видов   ОМД.   При   продольной   прокатке   металл деформируется   между   двумя   валками,   вращающимися   навстречу   друг   другу.   Этим   способом производится почти 90 % прокатной продукции, в том числе весь листовой и профильный прокат. Крупный профиль и толстый лист производят методом горячей продольной прокатки. Тонкий лист, ленту, мелкий профиль точных размеров — методом холодной прокатки. Горячая прокатка более производительна   и   экономически   выгодна,   холодная   прокатка   обеспечивает   значительно   более высокую точность и часто является чистовым этапом производства листов, труб и профилей. При  поперечной  и  поперечно­винтовой  (косой)   прокатке валки  вращаются  в одну  сторону.  При косой   прокатке   металл   получает   не   только   поперечную,   но   и   продольную   деформацию   за   счет перекоса валков. В обоих случаях заготовка вращается вследствие вращения валков. Косая прокатка позволяет изготавливать бесшовные горячекатанные трубы, а поперечная — спецпрофили. Классификация   прокатных   станов   может   быть   проведена   по   назначению   продукции:   обжимные (блюминги  — производство сортовой заготовки; слябинги  — производство листовой  заготовки), заготовочные,   крупносортные,   среднесортные,   мелкосортные,   проволочные,   рельсобалочные, универсальные балочные, толстолистовые, широкополосные, листовые, тонколистовые, ленточные, трубопрокатные, бандаже­ и колесопрокатные, а также специального назначения. Прокатные станы бывают реверсивными (возможность изменения направления прокатки) и нереверсивными. Сортаментом станов называется совокупность получаемых изделий по форме, сечению и размерам. Все прокатные изделия подразделяют на: сорт, лист, трубы, профили, специальные виды прокатов. Прокатку   сорта   и   профиля   осуществляют   в   калиброванных   (ручьевых)   валках,   листы   и   полосы прокатывают в валках с гладкой поверхностью. Литье — это способ изготовления заготовки или изделия заполнением полости заданной  конфигурации жидким металлом с последующим его затвердеванием. Заготовку или изделие,  получаемое методом литья, называют отливкой. Литейное производство — основная заготовительная база всех направлений машиностроения. Во  многих случаях литье — единственно возможный способ получения заготовок сложной формы.  Литые заготовки являются наиболее дешевыми, а зачастую имеют минимальный припуск на  механическую обработку. Способы изготовления отливок делятся на две группы: —литье в обычные песчаные формы; — специальные способы литья. В свою очередь способы литья в песчаные формы могут быть ручными и машинными  (механизированными и автоматизированными). К специальным методам литья относятся: литье в  кокиль (металлические формы свободной заливкой); литье по выплавляемым, растворяемым,  выжигаемым моделям; центробежное литье; литье под давлением; литье в оболочковые формы и  другие способы литья. Технология изготовления отливок в песчаных формах. Назначение литейной формы состоит в обеспечении необходимой конфигурации и размеров отливки; заданной точности и качества поверхности отливки. Для   изготовления   песчаной   формы   необходимо   иметь   модельный   комплект   и   другую   литейную оснастку. Модельный комплект включает в себя всю оснастку для получения полости формы. Он состоит   из   модели,   стержневого   ящика,   моделей   элементов   литниковой   системы.   При необходимости   модельный   комплект   должен   включать   шаблоны   для   контроля   размеров   и конфигурации   формы. Модель служит для получения отпечатка в форме, стержневой ящик — для изготовления стержня, который устанавливается в форму с целью создания полости в отливке. Литниковая система нужна для подвода жидкого металла из литейного заливочного ковша, в который расплавленный металл поступает из плавильного агрегата, к полости формы. Уплотнение   формовочной   смеси   в   верхних   и   нижних   полуформах   выполняют   в   опоках, представляющих   собой   открытые   с   двух   сторон   металлические   ящики.   После   изготовления полуформ низа, верха и стержней производят операции сборки форм и их заливки жидким металлом. После заливки  металла,  его затвердевания и охлаждения  до требуемой температуры производят выбивку форм (извлечение отливки из формы). Выбитая   из   формы   отливка   подвергается   обрубке   (отделению   литниковой   системы,   прибылей, заусенцев   и   т.д.)   и   очистке,   затем,   если   необходимо   —   термообработке.   Перед   сдачей   в механический цех все отливки проходят необходимый контроль. При этом часть отливок может быть отправлена на устранение дефектов (заварку, пропитку специальными составами и др.). 1. Литейные свойства — характеризуют способность материала к получению из него качественных отливок. Жидкотекучесть –   характеризует   способность   расплавленного   металла   заполнять   литейную форму. Усадка   (линейная   и   объемная)–   характеризует   способность   материала   изменять   свои линейные   размеры   и   объем   в   процессе   затвердевания   и   охлаждения.   Для   предупреждения линейной   усадки   при   создании   моделей   используют   нестандартные   метры. Ликвация – неоднородность химического состава по объему. 2. Способность материала к обработке давлением — это способность материала изменять размеры и   форму   под   влиянием   внешних   нагрузок   не   разрушаясь.Она   контролируется   в   результате технологических   испытаний,   проводимых   в   условиях,   максимально   приближенных   к производственным. Листовой материал испытывают на перегиб и вытяжку сферической лунки. Проволоку испытывают на перегиб, скручивание, на навивание. Трубы испытывают на раздачу, сплющивание   до   определенной   высоты   и   изгиб.Критерием   годности   материала   является отсутствие дефектов после испытания. 3. Свариваемость —   это   способность   материала   образовывать   неразъемные   соединения требуемого качества. Оценивается по качеству сварного шва. 4. Способность   к   обработке   резанием  —   характеризует   способность   материала   поддаваться обработке различным режущим инструментом. Оценивается по стойкости инструмента и по качеству поверхностного слоя. Эксплуатационные   свойства характеризуют   способность   материала   работать   в   конкретных условиях. Износостойкость –   способность   материала   сопротивляться   поверхностному   разрушению   под действием внешнего трения. Коррозионная   стойкость   –   способность   материала   сопротивляться   действию   агрессивных кислотных, щелочных сред.        Жаростойкость –  это  способность  материала   сопротивляться   окислению  в  газовой   среде   при высокой температуре.      Жаропрочность – это способность материала сохранять свои свойства при высоких температурах.        Хладостойкость – способность материала сохранять пластические свойства при отрицательных температурах. Антифрикционность – способность материала прирабатываться к другому материалу. Эти свойства определяются специальными испытаниями в зависимости от условий работы детали.  При выборе материала для создания конструкции необходимо полностью учитывать механические, технологические и эксплуатационные свойства. Порядок выполнения работы: 1. Изучить методические указания и приложения, делая необходимые записи. 2. По   указанию   преподавателя   произвести     выбор   материала   заготовки   по   технологическим характеристикам. 3. Результаты представить в виде отчета. Отчет должен содержать схемы, формулы, таблицы, графики, подробные выводы.    Литература: 1. Бернштейн М.Л., Займовский В. А. Структура и механические свойства металлов.–М.,1980. 2. Механические свойства металлов: учебное пособие/ М. Л. Берштейн, В. А. Займовский. – М., 1979. – 495 с. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов – М., 1983. – 352