Лабораторная работа: Производство чугуна. Сущность пайки

Министерство образования Российской Федерации

Тольяттинский Государственный Университет

Кафедра «Технология машиностроения»

Лабораторная работа

по дисциплине «Технология машиностроения»

Студент: Введенский Д.И.

Группа: М-402

Преподаватель: Солдатов А.А.

г. Тольятти, 2005 г.

Содержание:

Сущность пайки и её виды

Классификация фрезерных станков

Токарно-карусельные станки

Производство чугуна

Сущность пайки и её виды

Пайка — это процесс получения неразъемного соединения металлических материалов и деталей из них расплавленным припоем. Припой — это металл или сплав, температура плавления которого гораздо меньше, чем у соединяемых изделий. В зависимости от температуры плавления различают следующие типы припоев: мягкие (легкоплавкие) — температура плавления не более 450 °С, твердые (среднеплавкие) — 450—600 °С; высокотемпературные (высокоплавкие) — свыше 600 °С. Для домашних работ, как правило, пользуются мягкими оловянно-свинцовыми припоями марки ПОС. Маркировка их означает следующее: цифра в марке припоя — содержание олова в процентах; так, в припое ПОС 90 - 90% олова, в ПОС 40 - 40%, и т.д.; следующие за обозначением марки (т. е. за буквами «ПОС») буквы означают добавку элемента, формирующего специальные свойства припоя: ПОССу4-6 — припой с добавкой сурьмы, ПОСК50 — кадмия, ПОСВ33 — висмута. Чтобы предохранить соединяемые поверхности (предварительно хорошо очищенные) от окисления, используют паяльный флюс — вещество, очищающее поверхности и припой от оксидов и загрязнений и предотвращающее образование оксидов, а также увеличивающее растекаемость расплавленного припоя. Каждый флюс эффективен только в определенном интервале температур, за пределами которого он сгорает. Припой выбирают в зависимости от свойств соединяемых металлов, припоя, требований прочности спаянного соединения и некоторых других условий.

Рис. 1. Электропаяльник

Рис. 2 Паяльные лампы:

1 - горелка; 2 - воздушный баллон; 3 - рукоятка для регулирования пламени; 4 - нагревательный лоток; 5 - насос; 6 - ручка; 7 - бачок для горючего

Паяльный инструмент. К нему относятся паяльник (рис. 1), паяльная лампа (рис. 2), паяльная горелка (рис. 3).

Рис. 3 Паяльные горелки:

а - с подогревом открытым пламенем; б - с подогревом в закрытой камере

Паяльник применяется для прогревания места спайки и расплавления припоя. Рабочая часть паяльника — медный наконечник, нагреваемый от внешних источников. При пайке мелких деталей, например, деталей радиосхем, используют наконечники в форме отвертки массой 0,1—0,2 кг; для пайки более габаритных изделий (скажем, листов металлической кровли) — тяжелые наконечники в виде молотка массой 0,5—10 кг. Нагрев паяльников осуществляется разными способами — как в пламени горелки, так и с помощью электрического тока (электропаяльники). Последние (бытового назначения) выпускаются различной мощности — от 25 до 100 Вт в зависимости от цели применения. Подогрев может происходить обычным теплом (за несколько минут) или с форсированной скоростью. В последнем случае электропаяльники называются паяльными пистолетами; они употребляются для мелких паяльных работ (пайки электропроводов, например). Перед началом паяния наконечник паяльника нужно залудить, т.е. очистить с помощью напильника либо шлифовальной шкурки, нагреть, окунуть во флюс, приложить к припою и держать, пока тот не начнет плавиться. Это надо повторить несколько раз — до тех пор, пока рабочая поверхность наконечника не покроется ровным слоем припоя.

Паяльная лампа представляет собой легкую переносную горелку (рис. 2) с направленным пламенем, работающую на спирте, бензине или керосине. Ее функции — нагревание наконечника паяльника при пайке с твердым или мягким припоем, расплавление припоя, а также нагревание металлов при гибке, правке и т.д., удаление остатков старых лаков, красок, масел с деревянных оснований, металлических деталей, штукатурки. Паяльная горелка (рис. 3) тоже представляет собой легкую переносную горелку с направленным (открытым или закрытым) пламенем. Работает она на жидком газе — пропане или бутане, который поступает из баллона или из зарядных устройств. Паяльная горелка предназначена для пайки твердым припоем (и, конечно, мягким), разогрева металлических деталей при их правке и сгибании, оплавления старой краски. При работе с паяльной горелкой необходимо использовать огнеупорную подкладку — плитки из искусственного камня, шамота, кирпича и т.д.

Классификация фрезерных станков

В станках шестой (фрезерной) группы (по классификации ЭНИМС) инструмент имеет вращательное движение резания, а движения подачи чаще всего получает заготовка, закрепленная на столе или барабане станка. Станки имеют много разновидностей: вертикальные и горизонтальные консольные, непрерывные, копировальные, бесконсольные вертикальные, широкоуниверсальные, продольные и др. Обычные фрезерные станки предназначены для работы насадными, торцовыми, концевыми и другими фрезами при обработке плоскостей, пазов, канавок и т. п.

В основу классификации станков фрезерной группы положены следующие признаки: положение оси шпинделя, выполняемая работа, конструктивные особенности стола, траверсы, наличие программного управления и некоторые другие. Различают:

1. Вертикально-фрезерные консольные станки; предназначены для выполнения широкого круга фрезерных работ, выполняемых торцовыми, концевыми и другими фрезами, которые крепятся в цанговых патронах и на оправках, оставляющих свободными цилиндрическую и торцовую по-, верхности фрезы. Отличительной приметой этих станков является вертикальное расположение шпинделя и наличие консоли — выступающей корпусной детали, поддерживающей стол с заготовкой и осуществляющей их подъем и спуск. Станки позволяют использовать режущие свойства быстрорежущего и твердосплавного инструмента. Заготовки устанавливаются на прямоугольные столы размером от 200 х 800 до 630 х 1600 мм или круглый накладной стол диаметром 320 мм и более.

На ряде этих станков возможно как встречное, так и попутное фрезерование, что обеспечивается специальным механизмом, поддерживающим постоянный натяг между винтом и гайкой механизма продольной подачи. Подача может выключаться от упоров и вручную. Ряд станков имеет преселективные устройства для включения новой подачи или новой частоты вращения шпинделя, автоматизированные циклы обработки заготовок в серийном производстве, поворот шпинделя в пределах ± 45° относительно горизонтальной оси и т. п. Станки этого вида удобны для перевода на числовое программное управление. Некоторые станки имеют повышенную быстроходность, что позволяет производительно обрабатывать заготовки из легких сплавов.

Рассматриваемые станки относятся к первому типу фрезерных станков, что находит отражение в обозначении модели: 6Н11, 6А12Р, 6С12Ц и т. д.

2. Станки непрерывного фрезерования бывают карусельно-фрезерные, у которых стол с заготовками (карусель) поворачивается относительно вертикальной оси, и барабанно-фрезерные, с горизонтальной осью поворота барабана (стола) также при круговой подаче. Станки применяют в условиях серийного и массового производства, причем часто загрузка-выгрузка заготовок на карусель или барабан осуществляется на ходу, без. их остановки. Отдельные станки имеют больше одного шпинделя. Коробка скоростей таких станков зачастую включает сменные колеса, которые подбираются для обработки конкретной заготовки. Есть станки и с обычной коробкой скоростей.

Эти станки относятся ко второму типу фрезерных станков, например, модели 621М, 6М23, 6А23 и др.

3. Копировально-фрезерные станки выполняются универсальными и специализированными, для обработки конкретной детали (шинных пресс-форм, профиля плоских шаблонов, лонжеронов, лопаток турбин и т. п.). Универсальные копировальные станки позволяют делать гравировку или изготовлять штампы, матрицы, пресс-формы и другие детали с рельефными поверхностями и контурами. Собственно копирование осуществляется по разметке с ручным управлением, по плоскому шаблону, по объемной модели (из гипса, дерева, металла), по программе, записанной на магнитной пленке, или по копиру. Станки этого типа работают специальными или обычными стандартными фрезами.

К четвертому типу станков относятся модели 6Л463, 6А426, 6М42К, 6441Пр и др.

4. Продольно-фрезерные станки, одностоечные и двухстоечные, с одним или несколькими шпинделями позволяют фрезеровать вертикальные, горизонтальные и наклонные плоскости, пазы и т. п. на самых длинных и крупных заготовках (массой до 30 т) или группы заготовок одновременно в условиях серийного производства с применением быстрорежущих и твердосплавных цилиндрических, торцовых, концевых, дисковых, угловых и фасонных фрез. Некоторые станки позволяют вести встречное и попутное фрезерование, а также фрезерование по полуавтоматическому циклу: подвод фрезы — фрезерование — останов — разгрузка — возврат фрезы в исходное положение — загрузка и т. д. Оптимальные режимы фрезерования устанавливаются путем бесступенчатого регулирования частоты вращения шпинделя и величины подачи. Значительные припуски обрабатываемых заготовок приводят к образованию стружки, которая отводится вибротранспортером. Одной из главных характеристик станков этого видаявляется площадь стола; у серийных станков она определяется габаритами от 400 х 1250 мм (мод. 6304 одностоечная) до 2500 х 8000 мм (мод. 6625 двухстоечная).

Шестой тип станков включает модели 6604, 6605, 6606, 6Г608 и другие двухстоечные станки (одностоечные стайки относят к третьему типу).

5. Широкоуниверсальные фрезерные станки могут работать с горизонтальным, наклонным или вертикальным расположением одного или двух шпинделей при обработке средних по величине деталей различной формы цилиндрическими, дисковыми, торцовыми фрезами и набором фрез. Эти станки оснащаются большим набором принадлежностей: угловыми и круглыми столами, тисками, делительными головками и столами, быстроходными головками и т. п.. Стол станка имеет размеры от 200 х 500 мм (мод. 675) до 400 х 1600 мм (мод. 6М83Ш). Станки находят применение в условиях единичного и серийного производства.

К седьмому типу станков относятся модели 675, 675П, 676П и др.

6. Горизонтально-фрезерные консольные станки отличаются наличием консоли и горизонтальным расположением шпинделя при обработке цилиндрическими, угловыми и фасонными фрезами плоских и фасонных поверхностей заготовок из различных материалов. Могут также использоваться торцовые и концевые фрезы. Универсальные станки этого вида отличаются тем, что их стол может поворачиваться относительно вертикальной оси ±45°, что позволяет вести обработку винтовых канавок на цилиндрических поверхностях с использованием делительной головки. Столы этих станков имеют размер от 160 х 630 мм (мод. 6Н80Г) до 400 х х 1600 мм (мод. 6М83) и имеют продольные Т-образные пазы для установки различных приспособлений. Ширина этих пазов обычно 14—28 мм. Этот размер следует учитывать при подборе или конструировании приспособления.

К восьмому типу относятся модели 6Н804Г, 6Н81Г, 6М83Г и др.

7. Разные станки фрезерной группы включают металлорежущее оборудование, предназначенное для обработки конкретных заготовок или видов поверхностей: резьбофрезерные, шпоночно-фрезерные, шлицефрезерные, а также станки для обработки шлицев корончатых гаек, канавок спиральных и центровочных сверл, канавок шпоночных и дисковых фрез, плоскостей слитков и т. д.

Токарно-карусельные станки

Карусельные станки предназначены для обработки тяжёлых заготовок большого диаметра и малой длины. На этих станках можно производить все виды токарных работ, включая обтачивание наружных и внутренних поверхностей, сверление, зенкерование и развёртывание отверстий, расположенных по оси вращения детали, нарезание резьбы метчиками. Эти станки могут быть снабжены дополнительными приспособлениями для фрезерования и шлифования.

Производство чугуна

1. Исходные материалы.

Железные руды. Главный исходный материал для производства чугуна в доменных печах – железные руды. К ним относят горные породы, содержащие железо в таком количестве, при котором выплавка становится экономически выгодной.

Железная руда состоит из рудного вещества и пустой породы. Рудным веществом чаще всего являются окислы, силикаты и карбонаты железа. А пустая порода обычно состоит из кварцита или песчаника с примесью глинистых веществ и реже – из доломита или известняка.

В зависимости от рудного вещества железные руды бывают богатыми, которых используют непосредственно, и бедными, которых подвергают обогащению.

В доменном производстве применяют разные железные руды.

Красный железняк (гематит) содержит железо в виде безводной окиси железа. Она имеет разную окраску( от темно-красной до темно-серой). Руда содержит много железа(45-65 %) и мало вредных примесей. Восстановим ость железа из руды хорошая.

Бурый железняк содержит железо в виде водных окислов. В нем содержится 25- 50% железа. Окраска меняется от желтой до буро-желтой. Пустая порода железняка глинистая иногда кремнисто-глиноземистая.

Магнитный железняк содержит 40-70% железа в виде закиси-окиси железа.

Руда обладает хорошо выраженными магнитными свойствами, имеет темно-серый или черный с различными оттенками цвет. Пустая порода руды кремнеземистая с примесями других окислов. Железо из магнитного железняка восстанавливается труднее, чем из других руд.

Шпатовый железняк (сидерит) содержит железо в виде углекислой соли. В этом железняке содержится 30-37 % железа. Сидерит имеет желтовато-белый и грязно-серый цвет. Он легко окисляется и переходит в бурый железняк. Из всех железных руд он обладает наиболее высокой восстановимостью.

Марганцевые руды содержат 25-45% марганца в виде различных окислов марганца. Их добавляют в шихту для повышения в чугуне количества марганца.

2. Производство чугуна в доменной печи.

Выплавка чугуна производится в огромных доменных печах, выложенных из огнеупорных кирпичей достигающих 30 м высоты при внутреннем диаметре около 12 м.

Разрез доменной печи схематически изображен на рисунке.

Верхняя ее половина носит название шахты и заканчивается наверху отверстием – калашником, которая закрываетсяподвижной колонкой – кколашниковым затвором. Самая широкая часть печи называется распаром, а нижняя часть – горном. Через специальные отверстия в горне(фурмы) в печать вдувается горячий воздух или кислород.

Доменную печь загружают сначала коксом, а затем послойно агломератом и коксом. Агломерат – это определенным образом подготовленная руда, спеченная с флюсом. Горение и необходимая для выплавки чугуна температура поддерживаются вдуванием в горн подогретого воздуха или кислорода. Последний поступает в кольцевую трубу, расположенную вокруг нижней части печи, а из нее по изогнутым трубкам через фурмы в горн. В горне кокс сгорает, образуя СО2, который, поднимаясь вверх и проходя сквозь слои наколенного кокса, взаимодействует с ним и образует СО. Образовавшийся оксид углерода и восстонавливает большую часть руды, переходя снова в СО2.

Процесс восстановления руды происходит главным образом в верхней части шахты. Его можно выразить суммарным уравнением:

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Пустую породу в руде образуют, главным образом диоксид кремния SiO2.

Это – тугоплавкое вещество. Для превращения тугоплавких примесей в более легкоплавкие соединения к руде добавляются флюс . Обычно в качестве флюса используют CaCo3. При взаимодействии его с SiO2 образуется CaSiO2, легко отделяющийся в виде шлака.

При восстановлении руды железо получается в твердом состоянии. Постепенно оно опускается в более горячую часть печи – распар - и растворяет в себе углерод; образуется чугун. Последний плавится и стекает в нижнюю часть горна, а жидкие шлаки собираются на поверхности чугуна, предохраняя его от окисления. Чугун и шлаки выпускают по мере накопления через особые отверстия, забитые в остальное время глиной.

Выходящие из отверстия печи газы содержат до 25% СО. Их сжигают в особых аппаратах-кауперах, предназначенных для предварительного нагревания вдуваемого в печь воздуха. Доменная печь работает непрерывно. По мере того как верхние слои руды и кокса опускаются, в печь добавляют новые их порции. Смесь руды и кокса доставляется подъемниками на верхнюю площадку печи и загружается в чугунную воронку, закрытую снизу колошниковым затвором. При опускании затвора смесь попадает в печь. Работа печи продолжается в течение нескольких лет, пока печь не потребует капитального ремонта.

Процесс выплавки может быть ускорен путем применения в доменных печах кислорода. При вдувании в доменную печь обогащенного кислородом воздуха предварительный подогрев его становится излишним, а значит, отпадает необходимость в громоздких и сложных кауперах и весь процесс упрощается. Вместе с тем производительность печи повышается и уменьшается расход топлива. Такая доменная печь дает в 1,5 раза больше железа и требует кокса на ¼ меньше чем обычная.