Шпаргалка по "Материаловедению"

Штамповка в закрытых штампах (рис. 3.29, б) осуществляется без облоя. В этом случае необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки, т. е. отрезка заготовок должна проводиться с высокой точностью. Преимуществом штамповки в закрытых штампах является уменьшение расхода металла, т. к. нет отхода в заусенец.

Особенности конструирования  деталей, изготовляемых объемной штамповкой

Чертеж поковки разрабатывают  по чертежу детали. При получении  поковок в открытых штампах вначале  выбирается поверхность разъема  штампа, т. е. поверхность, по которой  соприкасаются нижняя и верхняя  половины штампа. Ее выбирают так, чтобы  поковка легко извлекалась из полости штампа. Глубина полостей в половинах штампа должна быть минимальной  и примерно одинаковой (рис. 3.30). Затем  назначают напуски, припуски на механическую обработку и допуски на размеры.

Для свободного извлечения поковки  из штампа назначают штамповочные уклоны (3 - 10° ). Все пересекающиеся поверхности поковки сопрягаются по радиусам (наружные радиусы 1-6 мм, внутренние - в 3-4 раза больше). Затем назначают припуск на усадку (при охлаждении объем металла уменьшается). После всего этого по чертежу поковки выполняют чертеж штампа, на котором предусматривают облойную канавку.

Чертеж поковки при  штамповке в закрытых штампах  с одной плоскостью разъема составляют так же, но плоскость разъема выбирают по наибольшей торцевой поверхности  детали.

Получение штампованных поковок

Поковки простой конфигурации штампуют в штампах с одной  полостью, т. е. одноручьевых. Поковки сложной формы с резкими изменениями сечений по длине, с изогнутой осью получить в одноручьевом штампе невозможно, поэтому применяют многоручьевые штампы с заготовительными и штамповочными ручьями (рис. 3.32) или одноручьевые заготовительные и чистовые штампы, установленные на отдельных штамповочных машинах. К заготовительным ручьям, служащим для получения фасонной заготовки, относятся: протяжной, подкатной, пережимной, формовочный, гибочный, площадка для осадки, отрубной нож. К штамповочным ручьям относятся черновой и окончательный чистовой ручей, в котором получают готовую поковку.

Технологический процесс горячей объемной штамповки:

1. Раскрой проката на  мерные заготовки.

2. Нагрев заготовок.

3. Штамповка.

4. Отделочные операции:

а) обрезка облоя, пробивка пленок;

б) термообработка - при необходимости;

в) правка - устранение короблений, искривлений и т. п.;

г) очистка от окалины (в  галтовочных барабанах, дробеструйных

камерах, травление в кислотах);

д) контроль размеров и чистоты  поверхности.

Оборудование для  объемной штамповки

Для горячей объемной штамповки  применяют молоты, кривошипные горячештамповочные прессы, горизонтально-ковочные машины, гидравлические прессы, винтовые прессы и машины для специализированных процессов штамповки.

Основным видом штамповочных молотов являются паровоздушные штамповочные молоты. Принцип действия их аналогичен ковочным паровоздушным молотам, но конструкция другая. У них стойки станины крепятся непосредственно к шаботу; имеют усиленные регулируемые направляющие для движения бабы. Масса шабота в 20-30 раз больше массы падающих частей. Эти особенности обеспечивают необходимую точность соударения штампов.

Кривошипные горячештамповочные прессы (рис. 3.33). Электродвигатель 4 передает движение клиновыми ремнями на шкив 3, сидящий на валу 5, на другом конце которого закреплено малое зубчатое колесо 6. Это колесо находится в зацеплении с большим зубчатым колесом 7, свободно вращающимся на кривошипном вале 9.

При помощи пневматической фрикционной  дисковой муфты 8 зубчатое колесо 7 может  быть сцеплено с кривошипным валом 9, чтобы привести его во вращение. Посредством шатуна 10 вращение кривошипного вала преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна 1. Для остановки  вращения кривошипного вала служит тормоз 2. Стол пресса 11 может перемещаться клином 12 и таким образом регулировать высоту штамповочного пространства. Для облегчения удаления поковки  из штампа прессы имеют выталкиватели  в столе и ползуне. Они срабатывают  при ходе ползуна вверх. Длина  хода ползуна постоянна (равна удвоенному радиусу кривошипа), поэтому в  каждом ручье штампуют за один ход  пресса (на молотах до 3-5 ударов).

Преимущества:

- производительность штамповки  на прессах выше, чем на молотах;

- большая точность поковок  по высоте;

- штамповочные уклоны  меньше, т. к. есть выталкиватели;

- большие возможности  для механизации и автоматизации  процесса.

Недостатки: стоимость пресса в 3-4 раза выше стоимости молота.

Горизонтально-ковочные машины (ГКМ). Эти машины имеют штампы, состоящие из трех частей (рис. 3.34): неподвижной матрицы 3, подвижной матрицы 5 и пуансона 1. Пруток 4 с нагретым участком на конце закладывают в неподвижную матрицу 3. Положение прутка определяется упором 2. При включении машины подвижная матрица 5 прижимает пруток к неподвижной матрице, упор 2 автоматически отходит в сторону, и после этого пуансон 1 деформирует выступающую часть прутка. Металл заполняет формующую полость в матрицах и в пуансоне (если она в нем есть). После деформирования пуансон движется в

обратном направлении, матрицы разжимаются и поковку вынимают.

Получают изделия типа стержня с фланцем, кольца или  стакана.

К преимуществам штамповки на ГКМ можно отнести следующее:

1. Легкость штамповки таких  деталей, которые на другом  оборудовании рационально изготовить  нельзя (поковки типа стержня  с фланцем).

2. Т. к. штамп состоит  из трех частей, напуски на  поковках и штамповочные уклоны  малы или отсутствуют.

3. Получение поковок высокой  точности.

4. Легкость автоматизации.

5. Безударную, спокойную и  безопасную работу.

Недостатки:

1. Меньшая универсальность  по сравнению с молотами и  прессами; резко ограниченная номенклатура  поковок; относительно небольшие  размеры и масса поковок (до 150 кг).

2. Низкая стойкость штампов.

3. Необходимость очистки  нагретого прутка от окалины.

4. Высокая стоимость (поковки  примерно в 1,5 раза дороже, чем  полученные на КГШП).

Гидравлические  штамповочные прессы. Устройство этих прессов принципиально не отличается от ковочных. Усилие современных гидравлических прессов достигает 750 МН, т. е. они относятся к наиболее мощному штамповочному оборудованию.

На гидравлических прессах  штампуют поковки типа дисков, коленчатых валов, различного рода рычагов, кронштейнов; толстостенных сферических днищ, стаканов, крупногабаритных панелей  и рам из легких сплавов в самолетостроении. Исходной заготовкой является прокат и полуфабрикат ковки.

46. Классификация  способов сварки. Типы сварных  соединений .

Современная промышленность располагает несколькими десятками  видов и разновидностей способов сварки металлов, для изучения, оценки и определения рациональных областей применения которых целесообразно классифицировать их, разделив на две основные группы: 1) сварка давлением (пластическая); 2) сварка плавлением.

В первой группе весьма важную, доминирующую роль играет давление, прилагаемое  к месту сварки, создающее пластическую деформацию и возбуждающее силы сцепления. Нагрев металла при этом играет хотя и важную, но всё же подчинённую  роль; в ряде случаев сварка может  быть осуществлена и без применения нагрева.

Во второй группе процесс  сварки основан на расплавлении металла  местным нагревом. Давление к месту  сварки не прилагается, а если иногда и применяется, то играет второстепенную роль.

Группу способов сварки давлением можно, в свою очередь, разделить на три подгруппы, в зависимости от степени нагрева места сварки. Первая — холодная сварка давлением, при которой металл в зоне сварки остаётся всё время холодным, например сварка при нормальной комнатной температуре. Вторая — сварка давлением без оплавления, при которой металл не доводится до расплавления, а лишь подогревается до температуры так называемого сварочного жара, при этом несколько снижаются механическая прочность, упругие свойства и повышается пластичность. Процесс сварки давлением при этой температуре протекает успешно и даёт хорошие результаты. Понятие сварочный жар выработано практикой и является довольно неопределённым. Вообще говоря, любой металл или любая пара разнородных металлов при подходящих условиях (достаточном удельном давлении и пр.) могут быть сварены и при комнатной температуре без всякого подогрева.

Переходя от принципиальной возможности сварки к достаточно удобным процессам сварки давлением, пригодным для промышленного  использования, следует отметить, что  подогрев металла значительно облегчает  процесс сварки давлением и в  большинстве случаев является практически  необходимым. При этом, чем выше температура  подогрева, тем лучше протекает  процесс сварки, однако повышение  температуры ограничивается различными дополнительными соображениями.

Обычно металл нагревают  до так называемых сварочных температур, т. е. температур, лежащих лишь немного  ниже температуры плавления металла. Дальнейшее повышение температуры  не допускается, так как начавшееся плавление металла может нарушить нормальный процесс сварки, ухудшить структуру металла и т. п. Иногда температура нагрева ограничивается невозможностью дальнейшего её повышения  при нагреве в разных горнах, печах  и т. п.

Во многих случаях оказывается  целесообразным усилить подогрев металла  в зоне сварки до оплавления. При  этом расплавленный металл в процессе осадки может полностью выдавливаться  наружу из зоны сварки, и в соприкосновение  войдут и будут свариваться слои металла, нагретые лишь до перехода в пластическое состояние. В этом случае при последующем металлографическом исследовании в сварном соединении литого металла не обнаруживается. Иногда расплавленный металл удаляется из зоны сварки осадкой не полностью или совсем не удаляется, например при точечной контактной электросварке. В этом случае при металлографическом исследовании сварного соединения обнаруживается литой металл.

Если при подогреве  металл доводится до оплавления, то сварочный процесс называется сваркой  давлением с оплавлением.Группа способов сварки плавлением, в свою очередь, может быть разделена на две подгруппы: 1) сварка плавлением, характеризующаяся расплавлением основного металла и 2) пайка, основная особенность которой заключается в отсутствии плавления основного металла. Соединение осуществляется за счёт расплавления легкоплавкого присадочного металла, имеющего температуру плавления ниже температуры плавления основного металла. Этот легкоплавкий металл называется припоем, а сам процесс — пайкой, которую можно считать разновидностью сварки плавлением. Однако провести резкую границу между собственно сваркой плавлением и пайкой, в особенности для цветных металлов, не всегда возможно.

На основании приведённых  определений можно дать краткую  характеристику процессам сварки давлением  и сварки плавлением и отметить их некоторые особенности.

Процесс сварки давлением с нагревом слагается из двух операций:

-нагрева соединяемых частей  в зоне сварки соответствующим  источником тепла до необходимой  температуры,  чтобы на поверхностях соединения была достигнута температура сварочного жара;

-осадки, состоящей в том,  что к соединяемым частям прилагается  давление,  вызывающее  значительную   пластическую  деформацию нагретого металла, течение которого вдоль поверхности раздела возбуждает силы сцепления и производит сращивание соединяемых частей в одно целое. Выдавливаемый нагретый металл при этом образует утолщение в зоне сварки.

Выполнение сварки давлением  без оплавления не требует особенно высоких температур, поэтому свариваемые  изделия могут нагреваться разнообразными источниками тепла. Металл в зоне сварки не расплавляется, поэтому его  химический состав и структура остаются практически неизменными или  меняются сравнительно мало, вследствие чего в сварном соединении более  или менее сохраняются первоначальные механические свойства основного металла. В благоприятных случаях сварка давлением может дать совершенно однородный металл в зоне сварного соединения и место сварки не может  быть обнаружено металлографическим исследованием; металл зоны сварки не отличается от основного  металла по химическому составу, структуре и механическим свойствам.

Соединяемые поверхности  должны быть тщательно очищены перед  сваркой, так как отсутствие плавления  металла затрудняет удаление загрязнений  из зоны сварки, в результате чего в  процессе осадки часть загрязнений  остаётся в сварном соединении и  снижает его механические свойства. Иногда целесообразно применять  флюсы, переводящие тугоплавкие  окислы на поверхности свариваемых  металлов в легкоплавкие шлаки, легче  удаляемые в жидком виде из зоны сварки в процессе осадки.

Процесс сварки плавлением осуществляется следующим образом. Соединяемые части собираются в нужном положении, к месту соединения подводится достаточной мощности источник тепла с высокой температурой, расплавляющий металл обеих соединяемых частей. Расплавленный металл свариваемых деталей самопроизвольно, без внешних механических воздействий, сливается в общую сварочную ванну. По удалении источника тепла сварочная ванна, охлаждаясь, быстро затвердевает, а наплавленный металл прочно соединяет обе детали в одно целое. Расплавленный металл сварочной ванны весьма интенсивно отдаёт тепло в массу изделия вследствие высокой теплопроводности металлов, поэтому для образования сварочной ванны необходимых размеров требуется источник тепла не только достаточной мощности, но и весьма высокой температуры. Опыт показывает, что для сварки плавлением таких металлов, как сталь, медь, чугун средних толщин, источник тепла должен иметь температуру не менее 3000°; при меньших температурах сварка если и возможна, то даёт посредственные результаты и экономически  невыгодна  вследствие  низкой производительности.