Прессование и волочение металла

Размещено на http://www.allbest.ru/

37. Технологические процессы получения заготовок прессованием. Схемы прессования. Оборудование и оснастка для прессования. Характеристика процесса, достоинства и недостатки процесса. Прессуемые материалы. Область применения

Прессование - это процесс придания металлу формы путем выдавливания его из замкнутого объема (контейнера) через канал, образуемый прессовым инструментом. (Эту операцию называют также выдавливанием.)

Процесс прессования имеет много разновидностей, отличающихся наличием или отсутствием перемещения заготовки в контейнере пресса в процессе прессования, видами пресс-изделий, конструкциями и формами каналов матриц, динамичностью и методами приложения внешних сил и рядом других особенностей.

К наиболее распространенным разновидностям прессования относятся прессование с прямым истечением и прессование с обратным истечением.

Прессование с прямым истечением (рис. 3.41) применяют для получения сплошных или полых профилей.

Металл заготовки 3, заложенной в контейнер пресса 4 под воздействием сил, создаваемых движущимся в направлении стрелки пуансоном 5, затекает в канал матрицы 2, в результате получается заданное пресс-изделие 1, истекающее в процессе прессования относительно контейнера в направлении, прямо совпадающим с движением пуансона. Это послужило основанием к указанному наименованию рассматриваемой схемы прессования.

Рис. 3.41 Схема прессования с прямым истечением: 1- изделие, 2 - матрица, 3 - слиток, 4 - контейнер, 5 - пресс-штемпель

Прессование с обратным истечением применяется также при прессовании сплошных или полых профилей (рис. 3.42).

Рис. 3.42 Схема прессования с обратным истечением: 1- изделие, 2 - матрица, 3 - слиток, 4 - контейнер, 5 - пресс-штемпель (пуансон)

В конструктивном исполнении, соответствующем схеме рис. 3.42, выпрессованный металл движется в направлении, обратном направлению движения пуансона относительно контейнера. Это и послужило основанием к наименованию схемы прессования.

Важная особенность этого способа прессования - отсутствие перемещения заготовки относительно контейнера. Поэтому прессование с обратным истечением может быть названо прессованием без перемещения заготовки относительно контейнера.

Прессование чаще всего производится при высоких гомологических температурах, то есть в условиях горячей деформации. В холодном состоянии прессуют металлы со сравнительно невысокими прочностными свойствами.

Для снижения усилия деформирования и повышения равномерности деформации по сечению прессуемого профиля при прессовании применяются смазки: при холодном прессовании - мыло и минеральные масла, а при горячем - жидкое стекло и порошкообразный графит.

Прессованием получают сложные профили различного сечения длиной до 25-35 м, прутки диаметром 5-200 мм, трубы гладкие и ребристые диаметром до 400 мм и выше при толщине стенок 1,5-8 мм.

К технологическим преимуществам процесса прессования относятся: высокая пластичность прессуемого материала; возможность получения прессованием сложных профилей; быстрота и легкость переналадки прессования с одних видов и размеров профилей на другие путем замены матриц; повышенные качество и точность профилей изделий; высокая производительность (до 5 м/мин).

К технологическим недостаткам процесса прессования относятся: ограничение длины и веса заготовок; значительный расход металла из-за оставления пресс-остатков, а также увеличение технологических усилий деформирования и износа инструмента, особенно при прямом прессовании.

38. Гидропрессование металлов и сплавов. Схема гидропрессования. Оборудование и оснастка. Устройство контейнера для прессования. Передающие среды. Достоинства и недостатки, область применеия

Гидропрессование - это прессование жидкостью высокого давления, причем для создания давления на деформируемый металл может применяться как одна жидкость, подаваемая в контейнер под давлением 10-30 тыс.кг/см2, так и пресс-штемпель, воздействующий на деформируемую заготовку, и на жидкость, в которой она находится. В последнем случае процесс называют гидромеханическим прессованием. Схемы таких процессов представлены на рис. 71. Наличие смазки (рабочей жидкости), разделяющей поверхности слитка и контейнера, приводит к резкому снижению сил трения.

39. Технологические процессы получения заготовок волочением. Схемы волочения цельных и полых профилей. Основные параметры процесса. Инструмент и оборудование для волочения. Достоинства и недостатки

При волочении заготовка протягивается через соответствующее отверстие в волочильном инструменте (волоке, фильере). При этом площадь поперечного сечения исходной заготовки уменьшается, а длина увеличивается (рис. 3.32).

Рис. 3.32 Схема волочения трубы (а) и примеры профилей, получаемых волочением (б)

Волочением обрабатывают стали, медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы, как правило, в холодном состоянии.

Волочение широко применяется для производства: проволоки от 0,1 до 8 мм в диаметре; калиброванного металла и точного фасонного профиля; труб повышенной точности от малых диаметров (капилляров) до 200 мм в диаметре, стальных калиброванных прутков диаметром от 3 до 150 мм.

Благодаря неразъемному инструменту (фильере, волоке), волочение обеспечивает более высокую точность размеров, чем прокатка: стальная проволока диаметром 1-1,6 мм имеет допуск на диаметр 0,02 мм.

Рис. 3.32 Фильера (волока)

Для обеспечения высоких требования к износостойкости и прочности матриц волоки изготовляют из углеродистых и легированных инструментальных сталей (У8А-У12, ШХ15, Х12М и др.); вольфрамо-кобальтовых твердых сплавов (ВК2, ВК3, ВК6, ВК8); из технических сортов алмазов для волок малого (до 0,6 мм) диаметра.

Угол деформирующего конуса назначается с учетом материала и профиля: - при волочении сплошных профилей и - при деформировании труб;

Отношение диаметров малоуглеродистой стальной проволоки до и после волочения относительно невелико и находится в пределах 1,1-1,3. Однако при этом вследствие малых углов длина деформирующего конуса примерно на порядок больше разности радиусов проволоки до и после волочения. Так, например, при R=7 мм, r=6,25 мм, и =5 длина деформирующего конуса должна быть:

.

Ширина калибрующего пояска во избежание повышения температуры и сил назначается небольшой (в данном примере около 0,5- 1,0 мм). Для уменьшения трения, износа и повышения качества поверхности цилиндрическая поверхность калибрующего пояска полируется.

Машины, служащие для обработки металлов волочением, называются волочильными станами.

Волочильные станы состоят из двух основных элементов: матрицы, называемой фильерой (или волокой), и тянущего устройства.

По способу осуществления тянущего усилия волочильные станы могут быть: 1) с прямолинейным движением (цепные, рис. 3.33, реечные, винтовые) и 2) с наматыванием обрабатываемого металла (барабанные) (рис. 3.34).

Станы с прямолинейным движением применяются для волочения прутков, труб и прочих изделий, не подвергаемых сматыванию в бунты.

Рис. 3.33 Схема цепного волочильного стана: 1- заготовка, 2 - волока, 3 - клещи, 4 - волочильная каретка, 5 - крюк, 6 - цепь, 7 - ведущая звездочка, 8 - станина, 9 - электродвигатель

В цепных волочильных станах (рис. 3.33), применяемых для волочения прутков, профилей и труб длиной 8-10 м, усилие создается бесконечной шарнирной цепью 6, за звенья которой зацепляется крюк 5 волочильной каретки 4. Каретка имеет самозахватывающие клещи 3, с помощью которых материал 2 протягивается сквозь матрицу 7, прикрепленную к кронштейну 8 станины 1; каретка передвигается по направляющим станины 1. Двигаясь вместе с цепью, каретка увлекает за собой захваченный клещами пруток 2. Шарнирная цепь получает движение от электромотора с редуктором через ведущую звездочку.

Станы с наматыванием металла в бунты применяются для волочения проволоки и некоторых специальных профилей и труб небольшого диаметра. В барабанных станах (рис. 3.34) усилие волочения создается вращающим барабаном, на котором с помощью клещевого захвата закрепляется конец протягиваемой проволоки. Эти станы применяются обычно для волочения длинной проволоки диаметром 0,02-6 мм и прутков диаметром до 16 мм, наматываемых в бунты на ведущий барабан. Такие станы могут иметь один барабан для однократного волочения проволоки через одну матрицу или несколько последовательно расположенных барабанов и матриц для многократного волочения.

Рис. 3.34 Схема барабанного волочильного стана: 1,3 - барабаны, 2 - волока, 4 - редуктор

40. Технологические процессы получения заготовок свободной ковкой. Схема основных операций свободной ковки. Инструмент и оборудование свободной ковки. Преимущества и недостатки процесса. Область применения

Ковка - способ обработки металлов давлением, осуществляемый с помощью кузнечного инструмента или штампов, при котором инструмент оказывает многократное, прерывистое воздействие на нагретую заготовку, в результате чего она, деформируясь, постепенно приобретает заданные форму и размеры. Ковка является единственным способом изготовления крупных поковок (до 250 т): валов гидрогенераторов, коленчатых валов судовых двигателей, валков прокатных станов и т. д.

Ковка может быть свободной или в подкладных штампах, ручной или машинной, осуществляемой на паровоздушных молотах или на ковочных гидравлических прессах.

Основные операции ковки: осадка, высадка, протяжка, прошивка, отрубка, гибка и др.

Осадкой называют такую технологическую операцию обработки давлением, при которой уменьшается высота исходной заготовки при одновременном увеличении площади ее поперечного сечения (рис. 3.45).

Рис. 3.45 Операция осадки цилиндрического образца: а) без трения на торцах (идеальный случай), б) при наличии трения на торцах (реальный случай)

Для устойчивости при осадке цилиндрических заготовок высота заготовки должна быть не более двух с половиной ее диаметров:

Высадка является разновидностью осадки. При этом металл осаживают лишь на части длины заготовки (рис. 3.46, а)

Прошивка - операция получения полостей за счет вытеснения металла (рис. 3.46, б)

Рис. 3.46 Схема операций высадки (а) и двусторонней прошивки (б)

Инструментом для прошивки служат прошивни.

Рис. 3.47 Штамповка в подкладных штампах

Ковку обычно применяют в мелкосерийном или единичном производствах, а также для изготовления крупных поковок.

Ковку выполняют на ковочных молотах и прессах.

Ковочный молот - машина для обработки металлических заготовок ударами падающих частей.

По роду привода молоты бывают паровоздушные (рис. 3.49, а), пневматические (рис. 3.49, б), механические (рис. 3.50), гидравлические (рис. 3.51) [6].

Паровоздушные молоты (рис. 3.49, а) приводятся в действие паром или сжатым воздухом давлением 0,7-0,9 МПа. Перемещение бабы 1 относительно направляющих 2 происходит при движении поршня 3 под действием сжатого пара или воздуха. При подаче пара (или воздуха) в верхнюю полость цилиндра 4 падающие части перемещаются вниз и наносят удар по заготовке, уложенной на нижний боек 5. При подаче пара (или сжатого воздуха) в нижнюю полость цилиндра падающие части поднимаются в верхнее положение.

Пневматический молот (рис. 3.49, б) имеет два цилиндра: рабочий 1 и компрессорный 2. Поршень 3 компрессорного цилиндра перемещается шатуном 4 от кривошипа 5. При этом воздух поочередно сжимается до 0,2-0,3 МПа в верхней или нижней полостях цилиндра и при нажатии на педаль или рукоятку, открывающие золотники 6 и 7, поступает в рабочий цилиндр 1. Здесь он действует на поршень 8. Поршень вместе с массивным штоком 9 одновременно является бабой молота, в которой крепится верхний боек 10. При перемещении падающих частей вниз верхний боек ударяет по заготовке, уложенной на неподвижный нижний боек 11.

Рис. 3.49 Принципиальные схемы паровоздушного (а) и пневматического (б) молота

Основание ковочного молота (шабот) имеет массу, значительно (примерно в 8-15 раз) превышающую массу падающих частей. Шаботы штамповочных молотов еще массивнее - в 20-30 раз больше массы падающих частей. Это обеспечивает высокий КПД удара: и высокую точность соударения частей штампа. Кроме того, для этой же цели они имеют усиленные регулируемые направляющие для движения бабы.

По способу работы различают молоты простого и двойного действия. В первых падающая часть (баба) падает свободно, под действием собственного веса, а во вторых - дополнительно разгоняется. Необходимый молот выбирают на основании расчета или по справочным таблицам.

Действие гидравлического пресса основано на законе гидростатического давления Паскаля, который в 1698 г. указал, что «сосуд, наполненный водой, является новой машиной для увеличения сил в желаемой степени», рис. 3.53.

.

Рис. 3.53 Схема к закону Паскаля

Усилие современных гидравлических штамповочных прессов (рис. 3.54) достигает 750 МН.

Рис. 3.54 Принципиальная схема гидравлического пресса

Недостатки ковки:

1. низкая производительность;

2. низкий коэффициент использования металла. Отношение веса детали к весу поковки в среднем в нашей стране 0,65-0,6;

3. требуется высокая квалификация кузнеца.

Инструменты ковки: бойки, обжимки, раскатки, пережимки, патроны.



41. Технологические процессы получения заготовок горячей объёмной штамповкой (ГОШ). Сущность процесса, основные способы ГОШ, преимущества, недостатки, область применения. Продукция ГОШ

прессование заготовка волочение ковка

Горячая объемная штамповка - это вид обработки металлов давлением, при котором формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента - штампа. При штамповке течение металла ограничивается поверхностями полостей или выступов в отдельных частях штампа. В конечный момент штамповки металл занимает всю замкнутую полость штампа (ручей) в соответствии с конфигурацией поковки. Благодаря этому горячей объемной штамповкой можно получать поковки сложной конфигурации с минимальными напусками (или без них) и с меньшими допусками, чем при ковке (рис. 3.48).

По наличию или отсутствию заусенца различают штампы открытые и закрытые (рис. 3.48). В зависимости от температуры нагрева заготовок - для холодного и горячего штампования, по виду операций - формовочные, высадочные, прошивные и так далее, по применяемому оборудованию - молотовые и прессовые. Основные детали штампа - пуансон и матрица.

Рис. 3.48 Схема штамповки в открытых и закрытых штампах

Штампы молотовые и для кривошипных горячештамповочных прессов состоят из верхней и нижней частей, на соприкасающихся частях которых имеются ручьи для последовательного формообразования изделия. Изготавливают штампы из углеродистых и легированных, главным образом, хромом, штамповых сталей.

Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В зазор вытекает заусенец (облой). По мере уменьшения зазора металл, находящийся в этом зазоре между частями штампа, интенсивно охлаждается, увеличивается предел текучести металла и возрастает сопротивление перемещению заусенца. Благодаря этому заполняется вся полость штампа, и только излишки металла вытесняются в заусенец. Заусенец впоследствии обрезается в специальных (обрезных) штампах.

При штамповке в закрытых штампах зазор между подвижной и неподвижной частями штампа достаточен для относительного перемещения частей штампа, но не для образования заусенца. Поэтому во избежание незаполнения углов полости штампа или увеличения высоты поковки необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки металла и поковки.

К штамповке в закрытых штампах можно отнести и штамповку выдавливанием.

Горячая объемная штамповка применяется в крупносерийном или массовом производствах. Она позволяет получать поковки сложной конфигурации с минимальными напусками и меньшими допусками. Производительность штамповки значительно выше, чем ковки.

В то же время штамп - дорогостоящий инструмент, предназначенный для изготовления только одной конкретной поковки.

Усилия при штамповке больше, чем для ковки одинаковых поковок. Поэтому вес поковок, изготавливаемых объемной штамповкой, редко превышает 20-30 кг.

Производительность штамповки значительно выше, чем ковки.

Преимущества:

1. высокая производительность;

2. более высокая точность;

3. высокое качество поверхности заготовки;

4. возможно получение заготовки сложной формы;

5. более высокий коэффициент использования металла по сравнению со свободной ковкой.

Недостатки:

1. невозможность получения заготовок большой массы и размеров;

2. высокая стоимость технологической оснастки.

42. Инструмент и оборудование для ГОШ. Конструкция штампов, виды и назначение ручьев. Конструкция и характеристики оборудования для ГОШ

Паровоздушные молоты (рис. 3.49, а) приводятся в действие паром или сжатым воздухом давлением 0,7-0,9 МПа. Перемещение бабы 1 относительно направляющих 2 происходит при движении поршня 3 под действием сжатого пара или воздуха. При подаче пара (или воздуха) в верхнюю полость цилиндра 4 падающие части перемещаются вниз и наносят удар по заготовке, уложенной на нижний боек 5. При подаче пара (или сжатого воздуха) в нижнюю полость цилиндра падающие части поднимаются в верхнее положение.

Рис. 3.49 Принципиальные схемы паровоздушного (а) и пневматического (б) молота

По способу работы различают молоты простого и двойного действия. В первых падающая часть (баба) падает свободно, под действием собственного веса, а во вторых - дополнительно разгоняется. Скорости бабы высокоскоростных молотов достигают до 25 м/с вместо 3-6 м/с у обычных молотов. Паровоздушные штамповочные молоты строят с массой падающих частей 500-30000 кг. Максимальный вес штампованных поковок 1000 кг.

У бесшаботных паровоздушных молотов шабот заменен нижней подвижной бабой, соединенной с верхней бабой механической или гидравлической связью.

Кривошипные штамповочные прессы имеют постоянный ход, равный удвоенному радиусу кривошипа (рис. 3.50). Штамповка на кривошипных прессах характеризуется высокой производительностью и точностью по высоте заготовок.

Рис. 3.50 Кинематическая схема кривошипного горяче-штамповочного пресса

Заготовка извлекается из штампа при обратном ходе его верхней части с помощью выталкивателей. Благодаря этому удобно штамповать в закрытых штампах выдавливанием и прошивкой.

Горизонтально-ковочные машины (ГКМ) имеют штампы, состоящие из трех частей (рис. 3.51): неподвижной матрицы 3, подвижной матрицы 5 и пуансона 1, размыкающихся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Пруток 4 с нагретым участком, обращенным к пуансону, закладывают в неподвижную матрицу 3. Положение прутка определяется упором 2. При включении ГКМ подвижная матрица 5 прижимает пруток к неподвижной матрице, упор 2 отводится в сторону, а пуансон 1 ударяет на выступающую часть прутка, деформируя ее.

Рис. 3.51 Схема штамповки ступенчатого вала с фланцем на ГКМ: 1- пуансон, 2 - упор, 3 - неподвижная матрица, 4 - пруток (заготовка), 5 - подвижная матрица

ГКМ обычно строят с усилием до 30 МН. Основными операциями, выполняемыми на ГКМ, являются высадка, прошивка и пробивка.

Штамповку на ГКМ можно выполнять за несколько проходов в отдельных ручьях, оси которых расположены горизонтально одна над другой. Каждый переход выполняется за один рабочий ход машины.

Действие гидравлического пресса основано на законе гидростатического давления Паскаля, который в 1698 г. указал, что «сосуд, наполненный водой, является новой машиной для увеличения сил в желаемой степени», рис. 3.53.

. (3.124)

Рис. 3.53 Схема к закону Паскаля

Усилие современных гидравлических штамповочных прессов (рис. 3.54) достигает 750 МН.

Рис. 3.54 Принципиальная схема гидравлического пресса

44. Технологический процесс получения заготовок листовой штамповкой (сущность, материалы, используемые при листовой штамповке, схемы основных операций листовой штамповки). Инструмент и оборудование для листовой штамповки. Достоинства и недостатки

Листовой штамповкой получают разнообразные плоские и пространственные детали: от секундной стрелки часов до деталей облицовки автомобилей, самолетов, ракет. Листовую штамповку применяют в автомобильной, авиационной, электротехнической промышленности, тракторостроении, приборостроении и др.

Листовая штамповка снижает объем обработки резанием, обеспечивает высокие точность размеров и производительность (до 30-40 тыс. деталей в смену с одной машины)

В качестве заготовок используют лист, полосу или ленту. Толщина заготовок обычно не превышает 10 мм.

Как правило, при листовой штамповке пластическую деформацию, обеспечивающую необходимые форму и размеры, получает лишь часть заготовки. Толщина стенок штампованных деталей незначительно отличается от толщины заготовок. Операции, в которых лишь изменяются форма и размеры заготовки без разрушения ее в процессе деформирования, называются формоизменяющими. Операции, включающие разрушение материала заготовки, называются разделительными.

К числу формоизменяющих операций листовой штамповки относятся: гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, раздача и др.

Гибка (рис. 3.63.) применяется для изменения кривизны заготовки практически без изменения ее линейных размеров. В результате такого деформирования часть заготовки поворачивается относительно другой на определенный угол.

Рис. 3.63 Операции листовой штамповки

Пластическая деформация при гибке сосредотачивается на узком участке, контактирующем с пуансоном. При гибке не допускается разрушение материала, образование трещин, складок. Наиболее слабым местом является зона деформаций растяжения в наружном слое детали на участке закругления пуансона (рис. 3.63). При уменьшении отношения радиуса закругления r к толщине заготовки s деформация возрастает. Поэтому для предотвращения появления трещин, складок или разрушения заготовки ограничивают минимальные размеры радиуса закругления пуансона:

.

Даже при значительных пластических деформациях в обычных условиях гибки в штампах прямоугольная сетка линий, нанесенная на боковой поверхности заготовки, принимает веерообразную форму, причем поперечные линии остаются почти прямыми.

Вытяжка заключается в протягивании заготовки через отверстие матрицы, причем плоская заготовка превращается в полое изделие, а пространственная заготовка получает уменьшение поперечных размеров (рис. 3.65). Она может осуществляться без утонения стенки или с утонением стенки.

Формоизменение при вытяжке оценивают отношением диаметра заготовки типа диска, фланца к диаметру полученной детали типа цилиндра (рис. 3.63) - коэффициентом вытяжки:

При отбортовке часть заготовки, граничащая с предварительно пробитым отверстием, вдавливается в матрицу, при этом размеры отверстия увеличиваются и этот участок заготовки приобретает цилиндрическую форму (рис. 3.63). Допустимое без разрушения увеличение диаметра отверстия при отбортовке составляет:

и зависит от механических свойств материала заготовки и от ее относительной толщины

При обжиме полая тонкостенная цилиндрическая заготовка заталкивается в отверстие матрицы, причем заготовка в очаге деформации получает уменьшение поперечных размеров (рис.3.63).

При раздаче пуансон внедряется в полую тонкостенную цилиндрическую заготовку, и ее поперечные размеры в очаге деформации увеличиваются (рис. 3.63).

Инструмент листовой штамповки.

В качестве инструмента используют штампы простого и совмещенного действия. В штампах совмещенного действия выполняется сразу несколько операций.

Оборудование для листвой штамповки.

1. гидравлические прессы;

2. кривошипные прессы:

-простого

-двойного

-тройного действия

Холодная листовая штамповка - заключается в получении деталей из листового материала в штампах путем придания ему определенной формы. Обычно штамповку проводят, в холодном состоянии, поэтому ее и называют холодной листовой штамповкой.

Штампованные детали из металлического листа буквально наводнили окружающий нас предметный мир: ложки, кастрюли и бидоны, детали кухонной плиты и корпус радиатора отопления. Из листового материала изготовляется около 60% автомобильных и 40% тракторных деталей самых разнообразных форм и размеров: кузов автомобиля, рама, крылья, диски колес и т.п. В транспортном, сельскохозяйственном машиностроении, авиационной, радио- и электротехнической промышленности, при производстве товаров народного потребления все шире применяются детали, полученные холодной листовой штамповкой (рис 79).

Холодной листовой штамповкой изготовляют детали из листового ленточного и полосового проката, полученного холодной прокаткой, при этом не происходит существенного изменения толщины заготовки. Поскольку листовая штамповка в преобладающем большинстве случаев выполняется в холодном состоянии, то обеспечивается высокая точность размеров и форм деталей, хорошее качество поверхности. Полученные холодной штамповкой детали, как правило, применяются при сборке машин без дополнительной обработки, а сами машины для холодной штамповки имеют очень высокую производительность.

45. Высокоскоростные способы листовой штамповки. Схемы штамповки взрывом, электрогидравлические и электромагнитной штамповки. Достоинства и недостатки, область применения способов

В настоящее время применяются различные способы штамповки:

Электровзрывная

Электрогидравлическая

Электромагнитная

Высокоскоростная штамповка на бесшумных молотах.

1. Электровзрывная штамповка.

Взрыв>электрогидравлический эффект>деформация заготовки.

Преимущества способа.

Таким способом можно получать крупногабаритные изделия( крыло самолета). В качестве материала матрицы могут быть использованы: прочный бетон, иногда даже металлические опилки

Недостатки:

должны быть очень жесткие условия соблюдения технической безопасности;

бассейны делают вдали от города;

строгие меры хранения взрывчатых веществ.

Штамповка взрывом

При штамповке взрывом в качестве источника энергии применяют взрывчатые вещества: тротил, гексоген, аммонит. Матрицу с заготовкой располагают в бассейне, заполненном водой (рис. 86).

При взрыве заряда воздушный газовый шар под высоким давлением возбуждает в воде ударную волну, давление которой через слой воды передается на поверхность заготовки. В результате взрыва ударная волна в жидкости деформирует заготовку, придавая ей нужную форму. Используют также энергию взрыва сжатых газов (как в двигателях внутреннего сгорания) и электрического разряда.

Взрывной штамповкой изготавливают многие самолетные и ракетные детали: обшивка сверхзвуковых самолетов и ракет, пустотелых лопаток; ступицы вентилятора и др.

2. Электрогидравлическая штамповка.

Аналогично вместо взрывчатого вещества устанавливается тонкая спираль из алюминиевой проволоки, к которой подается мощный импульс электрического тока, при этом спираль распыляется, создавая электрогидравлический эффект. Этим способом деформируют не только листовые материалы, но могут проводить объемное деформирование.

3. Электромагнитная штамповка

По магнитному проводу подают мощный импульс тока, следовательно, создается радиальная сила, обжимающая трубу.

Магнитно-импульсная штамповка основана на использовании сил электромеханического взаимодействия между вихревыми токами, наведенными в стенке обрабатываемой детали при пересечений силовыми линиями магнитного поля и самим импульсным полем, в результате чего возникают импульсные механические силы, деформирующие заготовку (рис. 87).

Кратковременность приложения нагрузки и высокие скорости деформирования обеспечивают возможность изготовления инструмента (матрицы-оправки или пуансона-оправки) из конструкционных сталей, что резко снижает стоимость оснастки.

4. Высокоскоростная штамповка

При перемещении бабы молота вниз за счет жесткой схемы связи, подвижный молот поднимается вверх и соударение происходит в пространстве. Никакого сотрясения на почве нет. Такие молоты используются в передвижных судо-ремонтных мастерских.

46. Роль и место сварочного производства в машиностроении. Роль русских инженеров и ученых в развитии сварочного производства. Классификация способов сварки

Сваркой называют образование неразъемного соединения заготовок или деталей машин путем их местного сплавления, совместного деформирования, сдавливания, в результате чего возникают прочные связи между атомами (молекулами) соединяемых тел.

Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.

Существует свыше 60 различных способов сварки, отличающихся друг от друга способами нагрева заготовок, источниками энергии, наличием или отсутствием расплавления материала свариваемых заготовок, применением присадочных материалов или плавящихся электродов, совместного пластического деформирования, диффузии и т. д.

Классифицируют различные способы сварки по большому числу признаков.

С учетом природы физических процессов, обеспечивающих получение неразъемных соединений, различные способы сварки принято подразделять на 3 основные группы: термические (или способы сварки плавлением), термомеханические, сочетающие применение нагрева заготовок с механическим воздействием (давлением), механические.

Термомеханическая сварка основана на сближении свариваемых поверхностей до образования межатомных связей путем схватывания (адгезии) или путем диффузии. Для возникновения адгезионных связей необходимы высокие давления, повышенные гомологические температуры, а также отсутствие оксидных пленок, наличие чистых поверхностей контактирующих металлов (материалов). Поскольку для такого сближения контактируемых поверхностей и создания высоких давлений необходимы большие удельные силы, в месте адгезионного соединения поверхностей свариваемых заготовок обычно происходит пластическая деформация.

Для легкоплавких пластичных металлов (алюминия, меди, кадмия, свинца, золота, серебра, цинка) благоприятные для схватывания условия могут достигаться при пластической деформации уже при комнатной температуре окружающей среды. Поэтому сварку деталей из этих материалов зачастую выполняют без предварительного нагрева заготовок. Такой способ получения неразъемных соединений местной пластической деформацией без предварительного нагрева заготовок называют холодной сваркой (рис. 4.1) или механической сваркой.

Рис. 4.1 Схема холодной сварки: 1 - свариваемые заготовки, 2 - зачищенные поверхности свариваемых заготовок, 3 - поверхности пуансонов, 4 - пуансоны, 5 - выступы пуансонов

Высокопрочные и тугоплавкие металлы, в том числе и стали, требуют для создания благоприятных для схватывания условий предварительного подогрева заготовок непосредственно перед их пластическим деформированием (осаживанием). Такие способы получения неразъемных соединений относят к термомеханической сварке.

При сварке взрывом благоприятные для схватывания свариваемых поверхностей условия создаются с помощью энергии направленного взрыва.

Продолжительность сварки взрывом не превышает нескольких микросекунд. Под влиянием больших скоростей деформации происходит значительное повышение предела текучести материала заготовок в деформированной области. Поэтому прочность соединений, полученных сваркой взрывом, оказывается выше прочности соединяемых материалов.

Диффузионная сварка также относится к классу термомеханических способов сварки, но она основана на принципиально другом физическом явлении: диффузии. Диффузия представляет собой взаимное проникновение вещества свариваемых заготовок, обусловленное тепловым движением ионов, атомов, молекул и различной концентрацией химических элементов. Перенос вещества посредством диффузии происходит в направлении убывания концентрации диффундирующих элементов. Поэтому диффузионной сваркой хорошо свариваются отличающиеся по химическому составу металлы и сплавы. Диффузионную сварку выполняют в вакууме или в атмосфере защитных газов.

Отсутствие припоев, электродов, флюсов позволяет получить качественное и чистое соединение без изменения физико-механических свойств. Диффузионная сварка связана с использованием сложной и дорогой аппаратуры и применяется в космической и авиационной промышленности, для сварки ответственных деталей вакуумных приборов, инструментов и др.

Основные способы термомеханической сварки: электрическая контактная, трением, ультразвуковая.

Электрическая контактная сварка осуществляется с помощью нагрева свариваемых заготовок в месте контакта и пластической деформации контактируемых поверхностей, в ходе которой формируется сварное соединение.

Электрическую контактную сварку классифицируют по типу сварного соединения и по роду тока. По типу сварного соединения электрическая контактная сварка может быть стыковой (рис. 4.4.), точечной или шовной. По роду тока различают электрическую контактную сварку переменным током, импульсами постоянного тока, аккумулированной энергией.

Рис. 4.4 Схема контактной сварки (а) и физического контакта свариваемых деталей

В зависимости от температуры нагревания стыка различают электрическую контактную стыковую сварку сопротивлением или оплавлением.

К термическому классу относятся способы сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая и др.).

Различают способы сварки неплавящимся (вольфрамовым или угольным) или плавящимся (металлическим) электродом, расплавлением только основного металла либо с применением присадочного металла или металла плавящегося электрода, дугой, горящей между электродом и заготовкой, между двумя неплавящимися электродами (косвенной дугой), трехфазной дугой, горящей между двумя электродами и заготовкой.

В зависимости от источников получения тепловой энергии термическую сварку подразделяют на дуговую, электрошлаковую, плазменную, газовую.

В зависимости от степени защиты различают сварку незащищенной дугой, сварку под флюсом, в атмосфере защитных газов, в вакууме.

Практически все основные виды дуговой сварки: плавящимся и неплавящимся электродом, вручную, полуавтоматическую и автоматическую, незащищенной дугой и в среде защитного газа предложил и осуществил Н.Н. Бернардос в 1880-1890 гг. [8].

Им же в 1887 г. изобретены основные способы контактной (термомеханической) электросварки - точечной и шовной, при которых кратковременный нагрев места соединения без оплавления или с оплавлением сочетается с осадкой свариваемых заготовок.

В конце 1880-х гг. Н.Г. Славянов осуществил и широко внедрил сварку плавящимся металлическим электродом, разработал основы металлургии сварочного процесса и, в частности, предложил вести сварку под шлаковой защитой, под флюсом.

47. Физические основы сварки. Понятие о свариваемости металлов и сплавов

Основные физические процессы, лежащие в основе различных способов сварки, заключаются:

- в местном расплавлении материала свариваемых заготовок (деталей) и последующем сплавлении, кристаллизации расплавленного металла с образованием общих для соединяемых заготовок кристаллических решеток;

- в создании условий, благоприятных для адгезии (схватывания) поверхностей свариваемых заготовок путем очищения контактируемых поверхностей от оксидов, загрязнений, нагрева и совместного пластического деформирования;

- в создании условий, благоприятных для взаимной диффузии атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов, находящихся в твердом состоянии;

- в объединении частей молекулярных цепей при сварке пластмасс.

Свариваемость - технологическое свойство металла (или сочетания металлов) образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее конструктивным и эксплуатационным требованиям.

Хорошей свариваемостью обладают низкоуглеродистые и низколегированные стали.

Углеродистые стали с содержанием углерода более 0,3 % (например, сталь 45) и легированные стали (30ХГСА, 40ХНМА и др.) при типовых режимах сварки закаливаются в зоне термического влияния. Для устранения этого явления разрабатывают специальные технологические мероприятия, обеспечивающие более благоприятный температурный режим.

При сварке аустенитных высоколегированных коррозионно-стойких сталей, содержащих более 12% Cr 8 % Ni, возможно обеднение приграничных участков зерен хромом, следствием чего может быть возникновение межкристаллитной коррозии. Более медленное охлаждение менее теплопроводных аустенитных сталей может привести к крупнозернистости, к образованию горячих трещин. Для устранения этих недостатков в сварочные материалы вводят необходимые легирующие элементы, способствующие измельчению зерен.

При сварке чугуна металл шва получает структуру белого чугуна, а зона термического влияния закаливается. Для устранения этих недостатков свариваемые заготовки перед сваркой предварительно подогревают.

При сварке меди и ее сплавов в связи с их высокой теплопроводностью применяют предварительный подогрев заготовок, повышенные мощности тепловых источников.

Проблемы, возникающие при сварке алюминия и его сплавов, связаны с образованием тонкой прочной и тугоплавкой (С) поверхностной пленки оксида , а также склонностью к образованию горячих трещин и газовой пористости. Проблемы насыщения расплавленного металла газами (кислородом, водородом, азотом) актуальны при сварке титана, циркония, молибдена, ниобия и их сплавов. Для устранения этих недостатков сварку ведут в атмосфере защитных газов.

Размещено на Allbest.ru

...