Структура современного металлургического производства и его продукция. Способы фрезерования и типы используемых фрез

Структура современного металлургического производства и его продукция. Способы фрезерования и типы используемых фрез

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТулГУ»

Механико-технологический факультет

Кафедра «Сварка, литье и технология конструкционных материалов»

Структура современного металлургического производства и его продукция. Способы фрезерования и типы используемых фрез.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к контрольно-курсовой работе по дисциплине

Технология конструкционных материалов

Тула 2012

Содержание

Введение

.     Металлургическое производство и его структура

.1 Продукция металлургии

.2 Применение продукции металлургического производства

.3 Перспективы развития металлургии

.     Фрезерование

.1 Способы фрезерования

.2 Виды фрез

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Современную жизнь нельзя представить без таких металлов и сплавов, как чугун, сталь, алюминий, медь, титан, бронза, золото, серебро и др. Металл - фундамент современной цивилизации, основа основ технического прогресса и чем выше поднимается человечество по ступеням развития, тем больше в нем необходимость. Поэтому будущее человечества тесно связано с развитием металлургической промышленности в целом.

В данной контрольно-курсовой работе будут рассмотрены структура металлургического производства, его продукция, перспективы развития, а также способы фрезерования и типы используемых средств.

1.   Металлургическое производство и его структура

Металлургическое производство - это сложная система различных производств, базирующихся на месторождении руд, коксующихся углей, энергетических комплексах. Оно включает:

·        Шахты и карьеры;

·        Обогатительные комплексы;

·        Энергетические цеха;

·        Доменные печи;

·        Заводы;

·        Сталеплавильные цеха;

·        Прокатные цеха.

В шахтах и карьерах осуществляется добыча руд и каменных углей; горно-обогатительные комбинаты необходимы для обогащения руды и подготовки ее к выплавке; коксохимические заводы подготовку углей, их коксование и извлечение из них полезных химических веществ; энергетические цеха получают сжатый воздух, кислород, очистку металлургических газов; доменные цеха выплавку чугуна и ферросплавов; цеха, осуществляющие производства железорудных металлизованных окатышей; прокатные цеха перерабатывают слитки стали в сортовой прокат (блоки, рельсы, прутки, проволоку, лист)

1.1    Продукция металлургии

Основной продукцией черной металлургии является:

·        Чугун передельный;

·        Чугун литейный;

·        Ферросплавы;

·        Стальные слитки.

Передельный чугун используется для передела на сплав; чугун литейный для производства чугунных отливок; ферросплавы для производства легированных сплавов; стальные слитки для производства сортового проката и крупных кованных деталей машин

Основной продукцией цветной металлургии является:

·        Слитки цветных металлов;

·        Лигатуры;

·        Слитки чистых металлов;

·        Слитки особо чистых металлов;

Слитки цветных металлов используются для производства сортового проката, для изготовления отливок; лигатуры используются для производства сложных легированных сплавов; слитки чистых и особо чистых цветных металлов для приборостроения, электроники и т.д.

1.2 Применение продукции металлургического производства

Черные металлы применяются в различных областях промышленности: тяжелое машиностроение, станкостроение, судостроение, автомобилестроение, авиационная промышленность, электроника, радиотехника, промышленное и гражданское строительство. Широкое применение черных металлов обусловлено их ценными физическими и механическими свойствами, широким распространением железных руд в природа, а также сравнительно дешевым производством чугуна и стали.

Цветные металлы применяются почти во всех современных отраслях промышленности: приборостроении, электроники, машиностроении, радиотехники, робототехники и т.д. С их производством и потреблением связано развитие экономического и научного прогресса. Цветные металлы используют и в виде первичных металлов и в виде прокатов, сплавов, порошков, химических соединений, лигатур. Номенклатура продукции из цветных металлов насчитываеи сотни тысяч наименований и продолжает расширяться.

1.3 Перспективы развития металлургии

Главное направление развития черной металлургии в перспективе - улучшение качества выпуска более эффективных видов продукции. Этого можно достичь благодаря: опережающему росту сырьевой базы, повышению содержания железа, марганца и хрома в концентратах, освоению технологии обогащения окисленных железных кварцитов, изменению пропорций между способами выплавки стали в пользу кислородно-конвертерного и электростатического переделов при абсолютно сокращении мартеновского способа, экономичных и специальных видов труб, применению прогрессивных технологий, развитием порошковой металлургии, специальных переплавов, внепечной обработки стали, непрерывной разливки стали, более полному использованию лома и металлосодержащих отходов, сосредоточении добычи металлургического сырья на самых крупных и выгодных по условиям эксплуатации месторождениях при широком развертывании открытого способа добычи руды.

Главное направление развития цветной металлургии в перспективе - создание бактериальной металлургии. С помощью микробов стало возможно получать различные металлы без термической обработки руды. Уже реализованы такие процессы, как выщелачивание меди из сульфидных материалов, извлечение марганца выщелачиванием из кислых карбонатных руд. Микробиологические процессы имеют большое значение при переработке труднообогащаемых руд, содержащих золото, а также удалении из коксующихся углей такой вредной примеси, как сера. В результате развития бактериальной металлургии будет уменьшаться количество пирометаллургических предприятий, себестоимость ископаемых, расходов на очистку атмосферы и сточных вод, площади земли, занимаемые шахтами, обогатительными фабриками и т.д.

2.   Фрезерование

Фрезерование (фрезерная обработка) - обработка материалов резанием с помощью фрезы. Фреза совершает вращательное, а заготовка - преимущественно поступательное движение. В процессе фрезерования участвуют два объекта - фреза и заготовка. Заготовка - это будущая деталь. На фрезерных станках обрабатывают горизонтальные, вертикальные, наклонные плоскости, фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля.

Особенность процесса фрезерования - прерывистость резания кажды зубом профиля. Зуб фрезы находится в контакте с заготовкой и выполняет работу резания только на некоторой части оборота, а затем продолжает движение, не касаясь заготовки, до следующего резания.

При фрезеровании точность и качество обработки зависят:

·              от режимов фрезерования (глубины резания, подачи), диаметра фрезы и типа зубьев

·              класса точности фрезерного станка

·              точности изготовления, установки, настройки фрезы

·              погрешностей установки заготовки

·              упругих и тепловых деформаций технологической системы.

2.1    Способы фрезерования

Фрезерование металла может быть:

·        Торцевым;

·        Периферийным;

·        Фасонным.

Торцевое фрезерование предполагает воздействие на материал как в направлении оси вращения фрезы, так и в плоскости вращения. В основном торцевая фрезерная обработка предназначена для обработки больших поверхностей заготовок.

Периферийное фрезерование металла представляет собой резание материала режущими кромками по окружности фрезы. Такой способ подачи режущего инструмента позволяет выбирать сложные пазы, а также осуществлять силовое фрезерование.

Для формирования фасонных профилей на металлической заготовке применяется фасонное фрезерование. Обработка производится с помощью специальных фасонных фрез, контур сечения которых повторяет требуемый профиль. металлургическое производство фрезерование резание

При фрезеровании цилиндрическими и дисковыми фрезами различают:

·        Встречное фрезерование (фрезерование против подачи)

·        Попутное фрезерование (фрезерование по подаче).

При встречном фрезеровании процесс резания происходит спокойнее, так как толщина среза нарастает плавно, следовательно, нагрузка на станок возрастает постепенно. При попутном фрезеровании в момент входа зуба в контакт с обрабатываемой заготовкой сказывается удар, так как именно в этот момент будет максимальная толщина среза. Поэтому попутное фрезерование можно производить на станках, обладающих достаточной жесткостью и виброустойчивостью, и главным образом при отсутствии зазора в сопряжении ходовой винт- маточная гайка продольной подачи стола. Кроме того, при попутном фрезеровании заготовка прижимается к столу, а стол - к направляющим, что обеспечивает лучшее качество поверхности. При попутном фрезеровании значение угла наклона главной режущей кромки будет положительным, при встречном - отрицательным (независимо от направления подъема винтовой канавки).

Высокоскоростное фрезерование - высокотехнологичный метод обработки позволяющий получать наименьшее сечение среза металла при использовании высоких скоростей съема. Суть данной технологии заключается в использовании определенного диапазона скоростей режущего инструмента, что ведет к существенному снижению сопротивления материала при его обработке. Скоростное фрезерование преимущественно реализуется при помощи пяти осевого станка. Такая конфигурация позволяет обеспечить доступ к любой стороне детали, а также дает возможность устанавливать плоские элементы по нормали к шпинделю, что позволяет использовать концевые или торцевые фрезы для обработки отверстий или плоскостей.

Особенностью данной технологии является то, что тепло выделяемое при обработке практически полностью сосредоточено в стружке, и не находится длительное время в зоне обработки, из-за чего фреза и деталь практически не подвержены термическому воздействию. Данная особенность позволяет использовать высокоскоростное фрезерование для обработки закаленных конструкционных сталей, не боясь при этом их термического отпуска. Также появляется возможность обрабатывать дюралюминиевые сплавы, без их термического разупрочнения. Технология высокоскоростного фрезерования является одной из наиболее современных и эффективных альтернатив классическим методам фрезерования, значительно отличающейся качеством и скоростью обработки.

2.2    Виды фрез

Главный фактор, который необходимо учитывать при разработке фрезы - это особое распределение физических сил в момент соприкосновения зубьев фрезы с поверхностью заготовки. Вход зуба фрезы в заготовку сопровождается ударом - соответственно нагрузка на фрезу непрерывно меняется, притом очень резко. Это может вызвать выкрашивание или поломку лезвия фрезы. Кроме того, при входе в кратковременный контакт с нагретым металлом заготовки зуб фрезы сильно разогревается, а выходя из контакта - охлаждается на воздухе, подвергаясь температурным деформациям. Также зубья фрез подвержены воздействию изгибательного момента. Все это приводит к быстрому износу режущего лезвия фрезы.

Главные параметры фрезы, которые необходимо учитывать:

·        Направление зубьев фрезы;

·        Конструкцию зубьев;

·        Материал зубьев;

·        Количество и размер зубьев ;

·        Конструкцию фрез;

·        Способ установки на шпинделе станка.

По направлению зубьев фрезы могут быть прямозубые фрезы, косозубые фрезы, фрезы с винтовыми зубьями (рис. 1)

Рис. 1. Виды фрез по направлению зубьев фрезы:

а - прямозубые; б - косозубые; в - фрезы с винтовыми зубьями.

По количеству и размеру зубьев фрезу могут быть:

·        Для чернового фрезерования - фрезы с большим окружным шагом и малым количеством крупных зубьев;

·        Для чистового фрезерования и фрезерования хрупких материалов - фрезы с малым окружным шагом и большим количеством мелких зубьев).

По конструкции фрезы могут быть:

·        Цельные;

·        Составные(с припаянными режущими элементами);

·        Сборные (с механическим креплением неперетачиваемых сменных многогранных пластин)

По способу установки на шпинделе станка:

·        Насадные фрезы(с отверстием);

·        Концевые фрезы (с хвостовиком)

Фрезы подразделяются на следующие виды:

·        фрезы цилиндрические;

·        фрезы торцевые;

·        фрезы концевые;

·        фрезы дисковые;

·        фрезы отрезные и пазовые;

·        фрезы концевые специальные;

·        фрезы угловые;

·        фрезы фасонные.

Рассмотрим различные виды фрез подробнее.

Цилиндрические фрезы применяются для фрезерования открытых поверхностей. Зубья расположены на цилиндрической основе и обычно наклонены к оси под углом 30-40 градусов.

Цилиндрические фрезы широко используются в наборах фрез для комплексной обработки многоступенчатой поверхности, а также при обработке органического стекла, слоистых пластмасс и стеклопластиков. (рис. 2)

Рис. 2. Цилиндрическая фреза

При помощи торцевых фрез (рис.3) выполняется обработка открытых поверхностей на вертикально-, продольно-, карусельно-фрезерных станках. Ось фрезы располагается перпендикулярно обрабатываемой поверхности. Режущие зубья находятся на цилиндрической и торцевой поверхностях фрезы, что позволяет обрабатывать 2 взаимно перпендикулярные плоскости.

Рис. 3. Торцевая фреза

Геометрические параметры режущего зуба торцевой фрезы аналогичны параметрам токарного резца. Зуб имеет три режущие кромки: главную, переходную и вспомогательную.

В зоне контакта работает большое число зубьев, за счет чего снижаются вибрации и соответственно повышается качество обработки. Поэтому применение торцевых фрез для обработки открытых поверхностей более предпочтительно по сравнению с цилиндрическими.

Концевые фрезы (рис.4) являются инструментами с широкими технологическими возможностями. Их используют для обработки глубоких пазов, уступов, взаимно перпендикулярных плоскостей, для выполнения контурной обработки наружных и внутренних поверхностей сложного профиля. Концевые фрезы также являются основными инструментами, применяемыми на станках с ЧПУ.

Рис. 4. Концевая фреза

Дисковые фрезы (рис.5) применяются для прорезки пазов, канавок, разрезки металла.

Рис. 5. Дисковые фрезы

По конструкции дисковые фрезы бывают:

·        Цельные;

·        Сборные;

·        Пазовые (односторонние);

·        Двухсторонние;

·        Трехсторонние;

·        Регулируемые.

Угловые фрезы (рис. 6) являются разновидностью дисковых фрез. Их используют для прорезки канавок с угловым профилем. Чаще всего угловые фрезы применяются в инструментальной промышленности для прорезки стружечных канавок у фрез, разверток, зенкеров и др.

Рис. 6. Угловая фреза

Существует 4 разновидностей угловых фрез:

·        Угловые фрезы односторонние (левые / правые);

·        Двухугловые фрезы (симметричные / несимметричные);

Изготавливаются угловые фрезы цельными из быстрорежущей стали. В массовом производстве возможно создание составных односторонних угловых фрез с припаянными пластинами из твердого сплава.

Фасонные фрезы (рис. 7) применяются для обработки поверхностей и канавок сложного фасонного профиля. В отличие от фрез общего назначения фасонные фрезы являются специальными и проектируются с учетом габаритных размеров и профиля фрезеруемой поверхности.

Рис. 7. Фасонные фрезы

Фасонные фрезы широко применяются в металлообработке, т.к. обеспечивают высокую производительность и позволяют рабочим низкой квалификации обрабатывать поверхности сложного профиля. [5]

Таким образом, высокий уровень металлургического производства основан на глубоких теоретических исследованиях, крупных открытиях, сделанных в разных странах мира, и богатом практическом опыте.

Развитие металлургии идет по пути дальнейшего совершенствования, механизации и автоматизации процесса производства, внедрении новых прогрессивных методов, обеспечивающих улучшение технико-экономических показателей качества готовой продукции.

Обработка деталей фрезерованием также совершенствуется за счет внедрения новых фрезерных станков, применением делительных, долбежных, накладных универсальных головок и других приспособлений.

Список используемой литературы

1. Дальский, А.М. Технология конструкционных материалов: учебник для машиностроит. вузов /А.М. Дальский [и др.]; под общ. ред. А.М. Дальского. - 6-е изд., испр.и доп. - М.: Машиностроение, 2005. - 592с.: ил.

2.       Черкес З.А. Машиностроительные материалы на основе железа. Металлургия чугуна и стали: учебное пособие для вузов - 2е изд., исправленное, дополненное - Тула: Изд-во ТулГУ, 2010-196с.

.        Черкес З.А. Машиностроительные материалы на основе цветных металлов. Производство цветных металлов: учебное пособие для вузов - 2е изд., исправленное, дополненное - Тула: Изд-во ТулГУ, 2010 - 135с

4.       modern-machines.com/rezanie/frezerovanie/39-frezerovanie.html

.        twektor.ru/info_cutter.html