Содержание
1. Металлургическое производство
1.1 Производство меди
2. Разработка технологическогопроцесса получения отливки методом литья в разовые литейные формы
2.1 Для детали необходимополучить заготовку методом литья в разовую песчано-глинистую форму
2.2 Разработка чертежа модельнолитейных указаний
2.3 Разработка чертежа модели,стержня и стержневого ящика
3. Разработать технологический процесс получения поковки
3.1 Исходные данные
3.2 Определение припусков иразработка чертежа поковки
3.3 Определение массы, размеров ивида исходной заготовки
3.4 Определениетехнико-экономических показателей разработанной поковки
3.5 Определить температурныйрежим ковки и тип нагревательного устройства
3.6. Выбор оборудования дляформообразования поковки
3.7. Разработка технологическойсхемы формообразования поковки
3.8. Устройство камерной печи
3.9. Основные операции ковки иприменяемые инструменты
3.10. борудование для ковки
4. Исходные данные
4.1 Технологические методыобработки поверхностей 1, 2, 3, применяемое оборудование, режущий инструмент иприспособления для закрепления заготовки
4.2 Схема обработки поверхности 1
4.3 Расчёт режимов резания дляобработки поверхности 2
4.4 Эскиз режущего инструмента,применяемого при обработке поверхности
1. Металлургическое производство1.1 Производство меди
Медь в промышленнойклассификации металлов образует совместно со свинцом, цинком и оловом группуосновных тяжелых цветных металлов. К этой же группе под названием младшие (малые)относятся также висмут, сурьма, ртуть, кадмий, кобальт и мышьяк.
История развития металлургиимеди. Медь относится к числу восьми (Cu, Au, Ag,Sn, Pb, Hg,Fe, и Sb) известных с древнейшихвремен металлов. Использованию меди способствовало то, что медь встречается всвободном состоянии в виде самородков. Масса наиболее крупного из известныхсамородков меди составляла около 800 т. Поскольку кислородные соединения медилегко восстанавливаются, а металлическая медь имеет сравнительно невысокуютемпературу плавления (1083 °С), древние мастера научились плавить медь. Вероятнеевсего это произошло в процессе добычи самородной меди на рудниках.
Научились также выплавлятьмедь из богатых, отобранных вручную окисленных руд. Вначале плавку проводили,загружая на раскаленные угли куски руды. Затем стали делать кучи, складываяпослойно дрова и руду. Позднее слон дров и руды начали помещать в ямы, подаваявоздух для горения топлива по деревянным трубкам, заложенным в борта ямы. Полученныйв яме слиток (крицу) меди по окончании плавки вынимали и проковывали.
По мере роста потребности вметалле возникла необходимость увеличить выплавку меди за счет увеличенияпроизводительности плавильных устройств. Для этого начали увеличивать объем ям,выкладывая их борта из камня, а затем и из огнеупорного кирпича. Высоту стенпостепенно увеличивали, что привело к появлению первых металлургических печей свертикальным рабочим пространством. Такие печи являлись прототипом шахтныхпечей; они получили название домниц. Домницы в отличие от ям выдавали медь иполучающийся шлак в жидком виде.
Роль меди в становлениичеловеческого общества и развитии его материальной культуры исключительновелика, недаром целые исторические эпохи развития человечества получилиназвание «медный век» и «бронзовый век».
Изделия меди и бронзы былинайдены при археологических раскопках в Египте, Малой Азии, Палестине,Мессопотамии и в Центральной Европе.
В глубокую древность уходитначало производства меди и на территории нашей страны. Искусными металлургамибыли скифы. Получило развитие производство меди в государстве Урарту натерритории современной Армении. Оно снабжало медью Ассирию, Вавилон и древнююПерсию.
Кустарное производство медибыло широко распространено в Киевской Руси и Великом Новгороде (по реке Цильме).
Первый медеплавильный заводна территории княжеской Руси был построен в 1640 г. стольником Стрешневым уПыскорского монастыря в районе г. Соликамска. Упоминается также о постройке в 1669г. медного завода в Олонецкой губернии.
Большое развитие меднаяпромышленность России получила в начале XVIII в. Поинициативе Петра Первого, который всячески поощрял развитие горного дела, в тевремена на Урале было построено 29 медеплавильных заводов. Частнымпредпринимателям (Демидовы, Строгановы) для постройки горнопромышленныхпредприятий выдавали денежные средства, выделяли огромные участки земли. Нарядус частными строились также и казенные заводы. Многие из них по тому времениимели передовую технику, в частности широко использовали водяной привод. Россиязаняла в XVIII в. первое место в мире по производствумеди. Поставляемая во многие страны медь отличалась высоким качеством.
В XIXв. и начале XX в. Россия постепенно утратила своеведущее положение по производству меди. Многие рудники и предприятия былиотданы в концессии иностранным фирмам. Даже мизерные потребности в медиотсталой царской России удовлетворялись примерно на 70%. Во время первоймировой, а затем гражданской войн медная промышленность пришла в полный упадок.Рудники были затоплены, заводы остановлены и частично разрушены.
Высокими темпами развиваетсяв последние годы медная промышленность в ряде капиталистических и развивающихсястран. Добыча и переработка медных руд осуществляется фактически на всехконтинентах земного шара.
После окончания второймировой войны стала очень бурно развиваться медная промышленность Японии и ФРГ,несмотря на то, что эти страны практически не имеют собственных запасов сырья. Япония,производившая до войны всего 80 тыс. т меди, увеличила выпуск рафинированноймеди более чем до 1 млн. т и заняла второе место в капиталистическом мире. Необходимостьувеличения собственного производства меди в этой стране диктуется общимизадачами развития промышленности и является ярким подтверждением роли меди всовременном техническом прогрессе.
Физико-химические свойствамеди и области её применения. В Периодической системе элементов Д.И. Менделеевамедь расположена в I группе. Как элемент I группы медь при высоких температурах преимущественноодновалентна, однако ее наиболее распространенным в природе и более устойчивымпри низких температурах является двухвалентное состояние.
Ниже приведены важнейшиефизико-химические свойства меди:
Порядковыйномер 29
Атомная масса 63,546
Конфигурацияэлектронной оболочки 3d№є4s№
Потенциал ионизации, эВ:
Первый 7,72
Второй 20,29
Третий 36,83
Ионныйрадиус, м 10ˉ№є0,80
Температураплавления, єC 1083
Температуракипения, єC 2310
Плотность, кг/мі:
При 20 єC 8940
В жидкомсостоянии 7960
Скрытаятеплота плавления, кДж/кг 213,7
Давлениепара, Па (1080єC) 0,113
Удельнаятеплоёмкость при 20 єC, кДж/ (кг град) 0,3808
Теплопроводностьпри 20 єC, Дж/ (см · с · град) 3,846
Удельноеэлектрическое сопротивление при 18 єC,
Ом · м · 10ˉ№є 1,78
Нормальныйпотенциал, В +0,34
Электрохимическийэквивалент, г/ (А · ч) 1,186
Медь является мягким, вязкими ковким металлом красного цвета, легко прокатывающимся в тонкие листы. Поэлектропроводности она уступает только серебру.
В химическом отношении медь — малоактивный металл, хотя и соединяется непосредственно с кислородом, серой,галогенами и некоторыми другими элементами.
При обычной температуре сухойвоздух и влага в отдельности не действуют на медь, но во влажном воздухе,содержащем СО2, медь покрывается защитной зеленой пленкой основногокарбоната [CuСОз • Cu (ОН) 2], являющегося ядовитым веществом.
В ряду напряжений медьрасполагается правее водорода — её нормальный потенциал равен +0,34 В. Поэтомув растворах таких кислот, как соляная и серная, в отсутствие окислителя медь нерастворяется. Однако в присутствии окислителя и в кислотах, одновременноявляющихся окислителями (например, азотная или горячая концентрированная серная),медь растворяется легко.
В присутствии кислорода и принагревании медь хорошо растворяется в аммиаке, образуя устойчивые комплексныесоединения
Cu (NH3) C03 и Сu2(МН3) 4СОз.
При температурах красногокаления медь окисляется с образованием оксида СuО, который при 1000-1100°Сполностью диссоциирует по реакции: 4СuО= 2Cu2O + О2.
Оба оксида меди легковосстанавливаются при температуре около 450 °С и малой концентрациивосстановителя.
С серой медь можетобразовывать два сульфида: сернистую (CuS) иполусернистую (Cu2S)медь. Сернистая медь устойчива лишь при температурах ниже 507 °С. При болеевысоких температурах она разлагается на полусернистую медь и элементарную серу:
4CuS=Cu2S + S2.
Таким образом, притемпературах пирометаллургических процессов из оксидов и сульфидов фактическимогут существовать только Си2О и Cu2S, в которых медь одновалентна.
Медь и ее сульфид являютсяхорошими коллекторами (растворителями) золота и серебра, что делает возможнымвысокое попутное извлечение благородных металлов при производстве меди.
Кроме благородных металлов,медь способна сплавляться со многими другими металлами, образуя многочисленныесплавы.
Ниже приводитсяприблизительный состав некоторых сплавовна основе меди,%*: бронза (обычная) — 90Си, 10 Sn; латунь (обычная) — 70 Сu, 30 Zn; мельхиор — 68 Сu, 30 Ni, I Mn, I Fe; нейзильбер- 65 Сu,20 Zn, 15 Ni; константан- 59 Сu, 40 Ni, I Mn. Для изготовления украшенийпригоден золотистый сплав, содержащий,%: 85 Сu, 12 Zn,2 Sn.
Перечисленные вышехарактерные свойства меди обусловливают многочисленные области ее применения. Основнымипотребителями меди и ее соединений являются:
1) электротехника и электроника(провода, кабели, обмотки электродвигателей, токопроводящие шины, деталирадиоэлектронных приборов, печатные схемы и др.);
2) машиностроение (теплообменники,опреснительные установки и др.);
3) транспорт (детали и узлыжелезнодорожных вагонов, автомобилей, самолетов, морских и речных судов,тракторов и др.);
4) магнитогидродинамическиегенераторы;
5) ракетная техника;
6) строительные материалы (кровельныелисты, детали декоративных архитектурных украшений);
7) химическая промышленность(производство солей, красок, катализаторов, ядохимикатов и др.);
8) изделия и приборы бытовогоназначения;
9) сельское хозяйство (для защитырастений от болезней и вредителей, например медный купорос CuSO4• 5Н2О).
Для промышленно развитыхстран потребление меди характеризуется следующими примерными цифрами,% отобщего потребления:
Электротехника и электроника 45- 50
Транспорт 5- 10
Машиностроение 10- 15
Строительные материалы 8- 10
Химическая промышленность 3- 6
Прочие потребители До10
Медные руды. Кларк меди, т.е.ее содержание в земной коре, равен 0,01%. Однако, несмотря на низкое содержаниев земной коре, она образует многочисленные месторождения руд — естественныескопления рудных медных минералов. Характерным для меди является наличие вприроде руд всех четырех рассмотренных выше типов.
Известно более 250 медныхминералов. Большинство из них встречаются сравнительно редко, некоторыепредставляют собой драгоценные камни. К наиболее распространенным меднымминералам, имеющим промышленное значение при получении меди, относятся преждевсего соединения меди с серой и кислородом. Наибольшее количество меди в земнойкоре (около 80%) входит в состав сернистых соединений. Ниже приведены важнейшиесульфидные минералы меди:
Минерал Сu%
Ковеллин CuS 66,5
Халькозин Cu2S 79,9
Халькопирит CuFeS2 34,6
Борнит Cu5FeS4 63,3
Кубанит CuFe2S3 23,5
Талнахит CuFeS2 36- 34,6
Кроме того, довольнораспространены медно-мышьяковистые (энаргит Cu3AsS4) и медно-сурьмянистые (тетраэдрит Сu3SbS3)минералы.
Сульфидные медные минералыимеют как гидротермальное, так и магматическое происхождение. При высокихтемпературах и давлениях вода, выделяющаяся при застывании магмы, наряду ссульфидами меди растворяет сульфиды, селениды и теллуриды многих другихметаллов и прежде всего железа, цинка, свинца, мышьяка и сурьмы. В растворесодержатся также благородные металлы, висмут и редкие металлы. При охлаждениитермальных вод из них выкристаллизовывается целый комплекс ценных минералов: халькопиритCuFeS2, сфалерит ZnS,галенит PbS.
Основными компонентами пустойпороды являются пирит FeS2 и кварц. Соотношениемежду ценными минералами может меняться в широких пределах. Совместнаякристаллизация минералов, особенно если она протекала сравнительно быстро,часто приводит к очень тонкому их прорастанию, что крайне затрудняет разделениеценных минералов при обогащении. Поскольку температура кристаллизации различныхминералов неодинакова, состав руды меняется по глубине месторождения. Меняютсятакже стехиометрический состав однотипных минералов и содержание в них примесей.
Магматические месторождения,содержащие медь, образуются при кристаллизации ультраосновных пород. В этихместорождениях важнейшими спутниками меди являются никель, кобальт, платиновыеметаллы. Железо кристаллизуется в виде пирротина Fe(1-x) S, никель в основном в виде пентландита (Fe, Ni) S, ночастично он может входить изоморфно и в состав пирротинов. Таким образом, и вмагматических месторождениях медь встречается в комплексе со многими другимиценными элементами.
В природных условияхпервичные сульфидные минералы могут подвергаться воздействию атмосферныхагентов (кислорода, СO2, воды) и претерпевать изменения (выветриваться).Очень часто ковеллин и халькозин являются продуктом превращения первичныхминералов. Более глубокое превращение приводит к образованию кислородныхсоединений меди. Ниже приведены основные минералы меди окисленных руд:
Минерал Сu%
Малахит СuСO3• Сu(ОН) 2 57,4
Азурит 2СuСО3 • Сu(ОН) 2 55,1
Куприт Сu2О 88,8
Тенорит (мелаконит) СuО 79,9
Халькантит CuSO4• 5Н2О 25,5
Хризоколла CuSiO3• 2Н2О 36,2
Диоптаз CuSiOs• Н2О 40,3
Вследствие низкого содержаниямеди и комплексного характера медных руд в большинстве случаев ихнепосредственная металлургическая переработка невыгодна, поэтому ихпредварительно подвергают, как правило, селективному флотационному обогащению.
При обогащении медных рудосновным продуктом являются медные концентраты, содержащие до 55% меди (чаще от10 до 30%). Извлечение меди в концентраты при флотации колеблется от 80 до 95%.Кроме медных, при обогащении руд часто получают пиритные концентраты иконцентраты ряда других цветных металлов (цинковый, молибденовый и т.д.). Отходамиобогащения являются отвальные хвосты.
Флотационные концентратыпредставляют собой тонкие порошки с частицами крупностью менее 74 мкм ивлажностью 8-10%.
В металлургии меди рольпредварительного обогащения очень велика. От содержания ценного компонента вперерабатываемом сырье зависят производительность металлургических агрегатов,расход топлива, электроэнергии и вспомогательных материалов, трудовые затраты,потери извлекаемых компонентов и в конечном итоге себестоимость готовойпродукции.
Предварительное обогащениерудного сырья, значительно более дешевое, чем непосредственная металлургическаяпереработка, обеспечивает:
1) снижение затрат напоследующие металлургические операции и себестоимости конечного продукта впервую очередь за счет сокращения объема перерабатываемых материалов;
2) возможность переработкибедных руд, непригодных для прямой металлургической переработки, т.е. расширениезапасов природного сырья;
3) в ряде случаев повышение комплексностииспользования исходного сырья за счет выделения ценных компонентов в отдельныеконцентраты, пригодные для дальнейшей самостоятельной металлургическойпереработки.
Медные руды и получаемые приих обогащении концентраты имеют одинаковый минералогический состав и отличаютсялишь количественными соотношениями между различными минералами.
Следовательно, физико-химическиеосновы их металлургической переработки будут совершенно одинаковы.
Способы получения меди изрудного сырья. Переработку медного сырья можно проводить с использованием какпиро-, так и гидрометаллургических процессов. В промышленной практикеметаллурги имеют дело фактически с комбинированными технологическими схемами,включающими обе разновидности металлургических методов, как правило, спреобладанием одной из них, что и определяет в конечном итоге наименованиетехнологии.
За рубежом в настоящее времяпирометаллургическим способом производится около 85% от общего выпуска меди.
Таким образом, переработкумедного рудного сырья в основном производят пирометаллургическими процессами.
К числу пирометаллургическихпроцессов, применяемых при производстве меди, относятся окислительный обжиг,различные виды плавок (на штейн, восстановительные, рафинировочные),конвертирование штейнов и в ряде случаев возгоночные процессы. Типичнымигидрометаллургическими процессами являются выщелачивание, очистка растворов отпримесей, осаждение металлов из растворов (цементация, электролиз и др.), атакже электролитическое рафинирование меди.
С учетом разновидностейперерабатываемых медных руд в настоящее время в промышленности используют трипринципиальные пирометаллургические схемы.
Пирометаллургическуюпереработку сульфидных медных руд и концентратов можно вести двумя путями. Первыйпуть предусматривает полное окисление всей серы перерабатываемого сырья спомощью предварительного окислительного обжига (обжиг «намертво») приодновременном переводе меди и железа в оксидную форму:
4FeS2+11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2; (1)
2Cu2S+ 3O2 = 2Cu2O + 2SO2. (2)
Продукт обжига (огарок) далееподвергают селективному восстановлению при полном расплавлении материала — восстановительнойплавке. При этом медь восстанавливается до металлического состояния, а железо — в основном до вюстита. Оксиды железа совместно с пустой породой руды и оксидамифлюсов образуют шлак, который удаляют в отвал. Процесс восстановленияописывается следующими основными реакциями:
Сu2О + СО = 2Сu — СО2,(3)
Fe203+ СО = 2FeO + С02, (4)
FeO+CO=Fe+CO2.(5)
Такой прием получения медикажется наиболее простым и естественным. Именно поэтому он, по существу, былединственным способом переработки медных руд в XVIII и XIX вв. Однако целый ряд существенных недостатковвосстановительной плавки заставил отказаться от ее применения. В настоящеевремя процесс, близкий к восстановительной плавке, используется лишь дляпереработки вторичного медного сырья.
Важнейшими недостатками этогометода являются:
1. При плавке получаетсяочень грязная (черная) медь, содержащая до 20% железа и других примесей. Это, какизвестно из теории пирометаллургических процессов, объясняется облегченнымиусловиями восстановления железа в присутствии расплавленной меди. Рафинированиечерной меди от большого количества примесей является очень сложным и дорогим исвязано, кроме того, с большими потерями меди.
2. Шлаки, находящиеся вравновесии с металлической медью, получаются очень богатыми, что снижаетизвлечение меди в товарную продукцию.
3. Плавка осуществляется с большимрасходом (до 20% от массы шихты) дефицитного и дорогого кокса.
Второй путь, характерный длясовременной пирометаллургии меди, предусматривает на промежуточной стадиитехнологии плавку на штейн (сплав, главным образом, сульфидов меди и железа) споследующей его переработкой на черновую медь. Пустая порода при этом переходитв шлак. Плавку на штейн можно вести в окислительной, нейтральной или восстановительнойатмосфере. В I условиях окислительной плавки можно получатьштейны любого заданного состава. В этом случае преимущественно будут окислятьсясульфиды железа с последующим ошлакованием его оксида кремнеземом по реакции
2FeS + ЗО2 + SiO2 = 2FeO • SiO2+ 2SO2. (6)
При плавке на штейн внейтральной или восстановительной атмосфере регулировать степеньдесульфуризации невозможно и содержание меди в штейнах будет незначительноотличаться от ее содержания в исходной шихте. По этой причине для полученияболее богатых по содержанию меди штейнов при переработке бедных концентратовиногда целесообразно предварительно удалить часть серы путем окислительногообжига, осуществляемого без расплавления материала при 800-900 °С.
Дальнейшую переработкуштейнов с целью получения из них металлургической меди осуществляют путем ихокисления в жидком состоянии.
При этом вследствие большегосродства железа к кислороду сначала окисляется сульфид железа по реакции (6). Послеокисления всего железа и удаления получившегося шлака окисляют сульфид меди посуммарной реакции:
Cu2S + O2 = 2Cu + S02. (7)
Технология, включающая плавкуна штейн, позволяет получать более чистый металл, содержащий 97,5-99,5% Сu. Такуюмедь называют черновой. Рафинирование черновой меди по сравнению с чернойзначительно упрощается и удешевляется.
В последние годы вметаллургии сульфидного сырья все большее развитие получают автогенные процессы,осуществляемые за счет тепла от окисления сульфидов при использованииподогретого дутья и дутья, обогащенного кислородом. В этих процессах,являющихся окислительными плавками, в одной операции совмещаются процессыобжига и плавки на штейн.
Современная пирометаллургиямеди, несмотря на принципиальную общность используемых различными предприятиямитехнологических схем, предусматривает несколько вариантов (1-IV)ее практического осуществления (рис).
Как следует из рис.,технология получения черновой меди характеризуется многостадийностью (заисключением варианта IV, предусматривающегонепосредственную плавку концентратов на черновую медь).
В каждой из последовательнопроводимых технологических операций постепенно повышают концентрацию меди восновном металлсодержащем продукте за счет отделения пустой породы исопутствующих элементов, главным образом железа и серы. На практике удалениежелеза и серы осуществляют за счет их окисления в три (обжиг, плавка,конвертирование), в две (плавка, конвертирование) или в одну стадию.
Наиболее распространенная донастоящего времени технология предусматривает (см. рис) обязательноеиспользование следующих металлургических процессов: плавка на штейн,конвертирование медного штейна, огневое и электролитическое рафинирование меди.В ряде случаев перед плавкой на штейн проводят предварительный окислительныйобжиг сульфидного сырья.
Плавку на штейн медных руд иконцентратов — основной технологический процесс — можно проводить практическилюбым видом рудных плавок. В современной металлургии меди для ее осуществленияиспользуют отражательные, руднотермические (электрические) и шахтные печи, атакже автогенные процессы нескольких разновидностей.
Что же касается месторождениймеди на Украине, то их можно назвать очень бедными, по сколько залежей меди натерритории нашей страны практически нету. Вот только незначительная частьместорождений медных руд расположена на Волыне и Подолье. Причём слойпроникновения этих залежей колеблется в приделах 0,2 — 0,5 м. Поэтому сырьеваябаза меди мала.
/>
2. Разработка технологического процесса полученияотливки методом литья в разовые литейные формы2.1 Для детали необходимо получить заготовкуметодом литья в разовую песчано-глинистую форму
В данном примере дляизготовления стойки используется чугун марки СЧ 21 (серый чугун с пределомпрочности σ/> = 210 МПа),класс точности получаемой отливки 9т, номер ряда припуска 8, производство — серийное.
/>
/>
2.2 Разработка чертежа модельно литейных указаний
Обрабатываемые поверхности повозможности размещают вертикально или в нижней части отливки. Для моей деталипредпочтительно вертикальное положение отливки с размещением в нижней частиформы.
Припуски на механическуюобработку — слои металла, удаляемые в процессе механической обработки отливки сеё обрабатываемых поверхностей для обеспечения заданной геометрической точностии качества поверхности. Значения припусков на механическую обработку назначаютв зависимости от класса точности номинальных размеров отливки и номера рядаприпусков в соответствии с ГОСТ 26645-85. По номинальным размерамобрабатываемых элементов и классу точности отливки назначаю допуски.
Допуски размеров отливки,образованные одной полуформой, устанавливают на 1-2 класса точнее заданного. Поэтомув расчётах я использую класс точности 8
По назначенному допуску иномеру ряда припуска устанавливаю значение припуска.
Отверстия небольшого диаметраусложняют технологический процесс получения отливки. На такие элементы припускине назначают, а полностью получают механической обработкой. На чертеже на этиэлементы назначают напуски. По полученным значениям припусков и номинальныхразмеров детали определяют размеры отливки по формуле:
L/>=L/>±Z
где L/> – номинальныйразмер отливки, мм;
L/> – номинальныйразмер детали, мм;
Z — припуск на механическую обработку, мм.
Припуск на механическуюобработку и размеры отливок.