Національний університет біоресурсів і природокористування

УКРАЇНА

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

Навчально-науковий технічний інститут

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГІЇ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

ТА МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

До виконання

ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З ДИСЦИПЛІНИ

“ТЕХНОЛОГІЯ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ” ДЛЯ СТУДЕНТІВ ІНЖЕНЕРНИХ СПЕЦІАЛЬНОСТЕЙ

Частина ІІ

Студента _________________________________________________

Факультету ____________________________ ___ курсу _____ групи

Викладачі ______________________________

КИЇВ 2012

Для студентів факультету Конструювання та дизайну

 

Затверджено методичною комісією ННТІ

 

Укладачі:А.С. Опальчук, Л.Л. Роговський

 

Рецензенти: Є.Г. Афтанділянц, А.В. Новицький

 

Навчальне видання

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З ДИСЦИПЛІНИ

“ТЕХНОЛОГІЯ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ” ДЛЯ СТУДЕНТІВ ІНЖЕНЕРНИХ СПЕЦІАЛЬНОСТЕЙ

 

Відповідальний за випуск завідувач кафедри технології конструкційних матеріалів та матеріалознавства К.Г. Лопатько

 

Завідувач видавничим центром НАУ А.П. Колесніков

Редактор Л.М. Левчій

 

 

Підписано до друку Формат 60/84 1/16

Ум. друк. арк. 1,9 Обл.-вид. арк. Тираж

 

Видавничий центр НУБіП України

03041, Київ, вул. Героїв Оборони, 15. Тел.: [phone], к.117

 

 

 

Частина 2

 

Гарячі методи обробки металів

 

Ливарне виробництво

 

РОБОТА №1 ВИЗНАЧЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ФОРМОВИХ матеріалів

 

МЕТА РОБОТИ: Ознайомитись з методикою та обладнанням для визначення властивостей формових матеріалів, засвоїти навички їх визначення.

 

ДОМАШНЯ ПІДГОТОВКА: Дати відповіді на п.1 - п.3.

Література: [1]; [2], [3].

 

ЗМІСТ РОБОТИ

 

1. Вказати основні властивості, склад та призначення формових матеріалів.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Призначення та склад стрижневих матеріалів.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Коротко описати методику взяття проб формової суміші, визначення її вологості та вмісту глинистих речовин. Зерновий аналіз піску.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Послідовність визначення межі міцності на стискання формової суміші, на розтяг стрижневої суміші, газопроникливості формової суміші.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Приготувати стандартні зразки для визначення властивостей
формових та стрижневих матеріалів. Зарисувати і вказати розміри циліндричного зразка і зразка-вісімки.

 

6. Визначити технологічні властивості формових, стрижневих сумішей: газопроникливість; межу міцності формувальної суміші на стиск; межу міцності стрижневої суміші на розтяг. Виконати необхідні підрахунки і результати занести до табл.1.1.

 

Табл.1.1. Результати досліджень

 

Склад суміші, г/ %

Загальна маса, г

Зв’язка

Вода, г/ %

Міцність, МПа

Час опускання ковпака, хв

Газопро- никність

пісок

глина

інші складові

назва

маса, %

на розтяг

на стиск

Формові суміші

Стрижневі суміші

ВИСНОВКИ

1. Вказати які види браку литва спричиняє низька газопроникність, мала та велика вологість, низька міцність формової суміші.

2. Оцінити придатність формової суміші для виготовлення форм певного призначення

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Основні властивості, склад та призначення формових сумішей.

2. Стрижневі суміші: склад і призначення.

3. Основні характеристики формових сумішей та методика їх визначення (вологість, вміст глинистих речовин, зерновий аналіз піску.)

4. Які стандартні зразки використовують для визначення технологічних властивостей формових та стрижневих сумішей?

5. Технологічні властивості формових та стрижневих сумішей та методики їх визначення.

 

Роботу виконав ___________________ зарахував________________

РОБОТА №2 ПРОЕКТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ ВИЛИВКА

 

МЕТА РОБОТИ: Засвоїти методику розроблення креслення виливка, моделі, розрахунків ливникової системи, складання ескізу форми.

 

ДОМАШНЯ ПІДГОТОВКА: Дати відповіді на п.1, п.2.

Література: [1], [2], [3] [6].

 

1. Теоретичні відомості

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

 

 

2. Технологічний процес виготовлення виливка

 

3. Послідовність виконання роботи

1. Нарисувати схему ливникової системи, позначити її елементи та навести їх типи.

2. Відповідно до завдання дати ескіз деталі, вказавши матеріал і кількість.

3. Призначити припуски на механічне оброблення деталі (дод. 9, 10, 11), кути ливарних нахилів і поверхонь виливка. Нарисувати ескіз виливка з розмірами і нахилами.

4. Нарисувати ескіз моделі для виготовлення виливка. Розміри дати з урахуванням лінійної усадки сплаву (дод. 13) і розмірів стрижневих знаків (дод. 14, 15).

5. Визначити масу виливка і масу розплаву. Об’єми геометричних тіл визначити за формулами з в дод. 16.

6. Визначити сумарну площу перерізу живильників, площі шлаковловлювача, стояка, живильника і нижнього перерізу випору.

7. Розрахувати середній ефективний напор і тривалість заливання ливарної форми розплавом.

8. Визначити об’єм і співвідношення довжини, ширини і висоти ливникової чаші.

9. Виконати схему зібраної форми в розрізі.

 

 

Креслення деталі

 

Модель деталі

 

Ливникова форма в розрізі

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. З яких сплавів одержують литво?

2. Які деталі сільськогосподарських машин виготовляють литтям?

3. Назвіть елементи ливникової системи.

4. Що входить до складу ливарного модельного комплекту?

5. Як впливає на якість литва збільшення або зменшення площ поперечного розрізу каналів ливникової системи?

 

Роботу виконав ___________________ зарахував________________

РОБОТА №3 проектуваННЯ ТЕХНОЛОГIЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ сталевої ПОКОВКИ

 

МЕТА РОБОТИ: Засвоїти методику проектування технологічного процесу виготовлення поковок.

 

ДОМАШНЯ ПІДГОТОВКА: За довідниками ознайомитися з методикою розроблення технологічного процесу кування та штампування. Підготувати п.1.

Література: [1], [2], [6] [7].

 

 

Теоретичні відомості

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ЗМІСТ РОБОТИ

1. Опишіть послідовність розроблення технологічного процесу при виготовленні поковки.

2. Відповідно до завдання навести ескіз деталі та її матеріал.

3. Призначити припуски на механічне оброблення (дод.16) і дати ескіз поковки з розмірами.

4. Визначити масу поковки і заготовки для неї. Визначити розміри заготовки.

5. Призначити послідовність операцій і переходів при виготовленні поковки.

6. Вибрати масу частин молота, що падають, модель молота та інструмент.

7. Призначити інтервал температур нагрівання і кування заготовки.

8. Призначити тривалість нагрівання при температурі кування.

9. Скласти технологічну карту операцій виготовлення поковки у вигляді табл.3.1.

 

Креслення деталі (а), і поковки (б) з урахуванням припусків і допусків.

 

Послідовність виконання роботи

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Розрахунок маси і розмірів заготовок

 

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Визначення режиму нагрівання заготовок і температурного інтервалу вільного кування.

 

 

 

 

 

Табл.. 1.3. Температурний інтервал кування деталі

 

Марка сталі	Температура початку кування, ^0С	Температура кінця кування, ^0С	Температура перепалювання, ^0С

 

Визначення послідовності операцій і переходів вільного кування або штампування (табл..4.4 із лаб. практикуму)

 

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Дайте визначення термінам: поковка, припуск, напуск.

2. Назвіть різновиди оброблення металів та сплавiв тиском.

3. Вчому полягає відмінність ручного і машинного вільного кування від інших процесів оброблення тиском?

4. Від чого залежить тривалість нагрівання заготовки в полуменевій печі?

5. Які дефекти бувають у поковках?

6. Які втрати металу при виконанні вільного кування?

7. Заякими параметрами вибирається маса падаючих частин пневматичного молота?

8. Які явища називаються ”перегрів” і ”перепал” сталі?

 

Роботу виконав ___________________ зарахував________________

ЗМІСТ РОБОТИ

 

1. Cуть пружної та пластичної деформації сталі.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________

 

2. Наклеп металу та його використання в техніці.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Явище рекристалізації металiв та сплавiв, його суть та вибір температури рекристалізації.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Заміряти вихiдну товщину і твердість зразків з маловуглецевої сталi, прокатати до рiзної товщини. Замiряти штангенциркулем товщину зразкiв пiсля прокатування. Дані занести до табл. 4.1. та визначити ступінь деформації.

5. Заміряти твердість деформованих зразків на твердомірі Роквелла (шкала В). Данi занести в табл. 4.1.

Табл. 4.1. Результати дослідів

 

Ч.ч.	Товщина зразка, мм	Ступінь деформації, %	Твердість зразка, HRB/HB
до дефор-мації, h1	після дефор-мації, h2

 

6. Побудувати графiк змiни твердостi зразкiв залежно вiд ступеня деформацiї (рис.4.1.).

7. Виготовити мікрошліфи зразків Замалювати мікроструктуру і пояснити вплив деформації на форму й розміри зерна сталі.

 

 

 

ε = % ε = % ε = % ε = %

 

HRB

 

 

 

 

 

 

0 20 40 60 ε, %

 

Рис.4.1. Змiна твердостi сталi залежно вiд ступеня деформацiї

 

8. Провести нагрівання деформованої сталі при температурах: 250, 400, 500, 600 та 700 °С витримавши в печі 10 хвилин. Охолоджувати зразки на повітрі.Замiряти твердiсть зразкiв і занести в табл.4.2.

 

Табл. 4.2.Результати досліджень

№ досліду	Ступінь деформації	Твердість зразків після нагрівання і витримки при температурі
250 °С	400 °С	500 °С	600 °С	700 °С

 

9. Побудувати графiк змiни твердостi деформованої сталi пiсля рiзних температур нагрiвання (рис.4.2).

 

НRВ

 

 

 

 

 

 

200 300 400 500 600 Т, °С

Рис.4.2. Вплив температури нагрiвання на твердість

деформованої сталi

 

10. Виготовити мікрошліфи зразків сталей після термооброблення. Зарисувати їх мікроструктуру.

 

T=250 °C T=400 °C T=600 °C T=700 °C

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Пружна й пластична деформація. Їх суть.

2. Наклеп металу.

3. Явище рекристалізації. Як визначається температура рекристалізації?

4. Як впливає ступінь деформації на механічні властивості сталі?

Роботу виконав ___________________ зарахував________________

ЗМІСТ РОБОТИ

 

1. Описати джерела струму для електродугового зварювання.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Вимоги до джерел живлення, які забезпечують стабільне горіння зварювальної дуги.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Заміряти струм короткого замикання І_к.з і напругу холостого ходу U_х.х. (за вольтметром із шкалою 100В). Дані занести до табл.5.1.

4. Змінювати довжину зварювальної дуги (відстань від торця електрода до поверхні зварюваної деталі) від найменшої до розриву дуги, замірюючи при цьому силу струму і напругу отримані значення занести до табл.5.1.

5. Виставити дроселем трансформатора різні значення сили зварювального струму. Виконати при цьому зварювання з однаковою довжиною електричної дуги. Заєреструвати значення зварювального струму і напруги U. Дані занести до табл.5.1.

Табл. 5.1. Результати досліджень

Марка трансформатора	Діаметр електрода
Напруга холос-того ходу, В	Струм короткого замикання, А	Дані для побудови	Коефіцієнт добротності,Д
зовнішньої характеристики джерела струму	статичної характеристики дуги
№	Ір, А	Uр, В	Lд, мм	№	U	І

6. Визначити робочий струм І_р і напругу U_р при постійній довжині дуги і записати їх середні значення:

7. Заміряти і напругу холостого ходу U_х.х. за вольтметром із шкалою 100В, а для отримання проміжних точок зовнішньої характеристики джерела струму (U=f(I) 1) необхідно змінювати режими зварювання. Дані занести до табл.5.1.

8. Побудувати графік залежності напруги U_р від сили струму І_р, тобто зовнішню характеристику зварювального трансформатора (рис.5.1).

9. Побудувати статичну характеристику електричної дуги на тому ж рис.5.1, тобто графік залежності U від I.

10. Підрахувати коефіцієнт добротності Д за даними трьох різних дослідів і дані занести до табл.5.1.

 

U,в

40 80 120 160 200 І, А

Рис.5.1. Залежнiсть напруги вiд сили струму

 

ВИСНОВКИ

За даними дослідів зробити висновок про відповідність джерела струму.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що називається зовнішньою характеристикою джерела струму? Який вона має вигляд для живлення електрозварювальної дуги?

2. Які параметри за силою струму й напругою повинно мати джерело живлення?

3. Послідовність зняття вольтамперметної характеристики, джерела струму і статичної характеристики дуги.

4. Що таке коефіцієнт добротності?

 

Роботу виконав ___________________ зарахував________________

ЗМІСТ РОБОТИ

 

Табл. 6.1. Залежність діаметра електроду від товщини звалювальної заготовки

 

Товщина деталі S, мм	1…2	3…5	4…10	12…24	30…60
Діаметр електрода d, мм	2…3	3…4	4…5	5...6	6…7

 

3. Визначити необхідну силу зварювального струму за формулою:

де К - коефіцієнт щільності струму,А/мм.

 

При зварюванні постійним струмом:

К=40...50 А/мм - для сталевих електродів;

К=5…8 А/мм - для вугільних;

К=18...20 А/мм - для графітових.

При зварюванні змінним струмом сила струму дорівнює:

4. Визначити напругу дуги:

де L _д - довжина дуги, .

 

5. Зважити зразки до зварювання і заміряти довжину електрода до зварювання.

6. Встановити на трансформаторі необхідну силу струму, заміряти напругу холостого ходу і струм короткого замикання. Виконати зварювання, записати силу робочого струму і напругу при різних значеннях довжини дуги (відстань від деталі до електрода).

7. Під час зварювання визначити за допомогою секундоміра час зварювання t _сек (горіння дуги) і загальний час роботи джерела живлення (від моменту подачі зразків на зварювання до моменту одержання зварених зразків).

8. Зважити зварені зразки, оббивши перед цим шлак, і визначити масу наплавленого металу.

9. Заміряти довжину електроду після зварювання і визначити довжину розплавленої частини електроду.

10. Відрізати частину металевого стрижня електрода, зважити і визначити масу погонного сантиметра.

11. Визначити витрати електричної енергії:

12. Визначити коефіцієнт наплавлення:

13. Визначити коефіцієнт розплавлення:

14. Визначити коефіцієнт втрат:

15. Результати дослідів і розрахунків занести до табл.6.2.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Табл.. 6.2. Результати досліджень

 

Маса елек-трода, г	Маса наплавленого металу, г	Довжина електрода, мм	Маса електроду довжиною 1 см, г	Маса розплавленого. металу, г	Зварювальн. струм, А	Час горіння дуги, t, с	Коефіцієнти, %
до зварювання	після зварювання	до зварювання	після зварювання	наплавлення	розплавлення	втрат

ВИСНОВКИ

Охарактеризуйте вибраний режим зварювання за коефіцієнтами наплавлення і втрат.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Послідовність призначення режиму зварювання.

2. Чим перевіряється правильність вибору режиму зварювання?

3. Від чого залежить діаметр електрода та сила зварювального струму?

 

Роботу виконав ___________________ зарахував________________

 

ЗМІСТ РОБОТИ

1. Описати, замалювавши дефекти зварних швів.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

2. Контроль механічних властивостей зварних швів.

а) Випробування на розтяг. Одержавши зразки (суцільні і зварні) для визначення міцності на розтяг, провести вимірювання їх розмірів.

 

 

Рис.7.1. Зварний зразок.

 

Провести розрив зразків на розривній машині і визначити границю їх міцності:

 

 

МПа МПа

 

Вивчити характер поверхні руйнування у зоні зварного шва і описати виявлені дефекти.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Результати досліджень занести в протокол випробувань зварних швів (табл.. 7.1).

 

Табл.. 7.1. Результати досліджень.

 

Матеріал зразка	Площа перерізу зразка, мм^2	Зусилля руйнування Р	Міцність σ МПа	Дефекти

 

б) Випробування на згин.

Використовуючи пристрій для згину провести випробування зразків на згин і виміряти кут згину зразків.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________

 

 

Рис. 7.2. Схема пристрою на згин

 

За результатами випробувань зробити відповідні висновки заповнивши протокол випробувань (табл.. 7.2.).

 

Табл.. 7.2. Протокол результатів випробування зразків на згин.