книги / Материаловедение. Технология металлов и сварки

высота заготовки; Нк – конечная высота детали. Изготавливают зубчатые колеса, диски и т.д.

Высадка используется для получения поковки с утолщением на концах или в середине. На рис. 9.1, б, г: 1, 2 – верхний и нижний бойки; 3 – приспособления; 4 – готовая деталь. Получают поковки под болты, фланцы, детали с буртами (заклепки).

Прошивка предназначена для оформления полостей в поковке. На рис. 9.1, в: 1, 2 – бойки; 3 – прошивень (инструмент для прошивки); 4 – деталь.

Протяжка – увеличение длины заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения (см. рис. 9.1, д). Получают поковки с удлиненной осью: валы, рычаги, шатуны и т.д.

Рубка (см. рис. 9.1, е) – операция отделения одной части заготовки от другой. Она производится топором (1) на плоском бойке (2).

9.3. Горячая и холодная штамповка

Штамповка – способ изготовления изделий давлением с помощью специального инструмента – штампа, рабочая полость которого определяет конфигурацию конечного изделия. Существует горячая и холодная объемная штамповка.

Горячая объемная штамповка (ГОШ) производится за счет принудительного перераспределения металла нагретой заготовки в штампе.

Штампы работают в тяжелых условиях, подвергаются ударам, воздействиям высоких температур, усиленному износу. Для их изготовления используют специальные дорогостоящие хромистые стали.

Различают 2 способа ГОШ: в закрытых и открытых штампах

(рис. 9.2).

Штамповка в открытых штампах. Получают штамповки с облоем-заусенцем. В зазор h3 вытекает часть металла, что обеспечивает полное заполнение штампа. Недостаток – потеря металла на заусенец, дополнительная обработка, энергозатраты.

61

аб

Рис. 9.2. Штамповка в открытых (а) и закрытых (б) штампах

Штамповка в закрытых штампах происходит без образова-

ния заусенца ввиду деформирования металла в закрытом объеме. Этот способ получения поковок применяют при равенстве объемов заготовки и полости штампа.

ГОШ производят на паровоздушных молотах, аналогичных ковочным, но более усиленным и большей массой падающих частей.

Поковки простой конфигурации штампуют в штампах из заготовок постоянного профиля с одной полостью (одноручьевых). Сложные поковки с резким изменением сечений штампуют в многоручьевых штампах, имеющих заготовительные и штамповочные ручьи.

Холодная объемная штамповка (ХОШ) – это процесс фор-

мообразования заготовок или готовых изделий в штампах при комнатной температуре. Детали, изготовленные ХОШ, отличаются высокими механическими свойствами.

Основными видами холодной штамповки являются: прямое выдавливание, обратное выдавливание, холодная высадка.

Прямое выдавливание (рис. 9.3, а) характеризуется течением металла из матрицы 2 под воздействием и в направлении движения пуансона 1. Изготавливают клапаны, фланцы, детали с буртами

ит.д. При обратном выдавливании (рис. 9.3, б) металл течет на-

встречу движению пуансона в кольцевой зазор между пуансоном

иматрицей. Изготавливают экраны радиоламп, контакты, тюбики из алюминия, меди, их сплавов и т.д.

62

а

б

в

Рис. 9.3. Виды холодной штамповки: а – прямое выдавливание; б – обратное выдавливание; в – холодная высадка

Холодная высадка (рис. 9.3, в) – это осадка в штампе части заготовки или образование в ней местных утолщений необходимой формы. Изготавливают крепеж, кулачки, электроконтакты, гвозди, заклепки и т.д.

9.4. Холодная листовая штамповка

Процессы листовой штамповки заключаются в выполнении

разделительных и формообразующих операций. Посредством этих операций исходным заготовкам из листа, полосы, ленты или трубы придают форму и размер детали.

К разделительным операциям относятся вырубка, пробивка, резка (рис. 9.4). Они сопровождаются разрушением материала по определенным плоскостям.

а

б

в

Рис. 9.4. Разделительные операции при ХЛШ: а – вырубка; б – пробивка; в – резка

63

К формообразующим операциям относятся (рис. 9.5): гибка, отбортовка, обжим, вытяжка, рельефная формовка. Они выполняются благодаря пластическим свойствам металла. Пуансон может изготавливаться из металла, резины, пластмассы.

а

б

в

г

Рис. 9.5. Формообразующие операции: а – гибка (1 – пуансон; 2 – деталь);

б– вытяжка, отбортовка (1 – пуансон; 2 – зажим; 3 – деталь; 4 – матрица);

в– обжим; г – рельефная формовка

9.5. Прокатка, ее сущность и назначение

Прокатка – вид обработки давлением, при котором заготовка обжимается двумя вращающимися валками прокатного стана (рис. 9.6). Объем металла, заключенный между дугами захвата АВ и А′ В′ боковыми гранями, называется очагом деформации, а угол α, соответствующий дуге АВ, – углом захвата.

Относительное уменьшение толщины заготовки в процессе прокатки называется относительным обжатием или степенью деформации (%) и определяется как ε

= H0 – Hк / H0 · 100 %; где H0 и Hк –

начальная и конечная толщины заготовки.

Рис. 9.6. Схема прокатки Машины для обработки ме- таллов давлением в валках называ-

ются прокатными станами. Основным агрегатом стана является рабочая клеть с валками и подшипниками. Валки бывают гладкими

64

и калиброванными (ручьевыми). Рабочая часть валка называется

бочкой.

Сортамент проката делится на профили общего назначения (круглый, полосовой, квадратный, угловой, швеллеры и др.) и специального назначения профили различных областей техники – тракторостроения, судостроения, транспортного машиностроения. К специальным профилям относятся также рельсы, вагонные колеса, шары, гнутый профиль.

Листовая сталь – тонколистовая (толщина меньше 4 мм) и толстостенная.

Трубы стальные – бесшовные и сварные.

Заготовками для проката являются блюмы (болванки сечением от 150×150 до 450×450 мм) и слябы (толстые плиты, толщиной до

350 мм).

9.6. Сущность и назначение прессования

Прессование заключается в выдавливании металла из замкнутого объема через отверстие в матрице. Этот процесс применяется для металлов с низкой пластичностью.

а

б

в

Рис. 9.7. Виды прессования: а – прямое прессование; б – прессование труб; в – обратное прессование

Различают следующие виды прессования (рис. 9.7).

Прямое прессование (см. рис. 9.7, а) – направление выхода металла (1) совпадает с направлением движения пуансона (2), при этом металл течет через проходное отверстие матрицы (3).

65

Прессование труб (см. рис. 9.7, б) – прямое прессование совмещается с прошивкой. Заготовка сжимается пуансоном (1), снабженным иглой (2), которая одновременно с деформированием прошивает заготовку и выпрессовывает металл в виде трубы (3).

Обратное прессование (см. рис. 9.7, в) – металл 1 течет в на-

правлении, обратном перемещению пуансона 2.

Недостатки: отходы металла составляют до 40 % от массы заготовки, происходит большой износ дорогостоящего инструмента.

9.7. Сущность процесса волочения

Волочение заключается в протягивании прокатанных или прессованных заготовок через отверстие в матрице (волоке), поперечное сечение которого меньше поперечного сечения заготовки. Степень обжатия за один проход для сталей составляет 10–19 %, для цветных металлов до 36 % и определяется как q = S0 – Sк / S0 · 100 %, где S0 и Sк – площади сечения заготовки до и после волочения. Чтобы не было обрывов, усилие при волочении не превышает 0,6 предела прочности материала заготовки.

аб

Рис. 9.8. Волочение прутков (а) и труб (б)

При волочении заготовку протягивают через постепенно суживающееся отверстие в инструменте – волоке (1). К концу прутка прикладывается усилие волочения (F). Пруток подвергается деформации обжатию и вытяжке, вследствие чего он принимает форму и размеры отверстия.

66

Волочением изготавливают проволоку, прутки, трубы. Благодаря наклепу повышается твердость и прочность.

Контрольные вопросы

1.В чем заключается сущность обработки металлов давлением?

2.Назовите основные факторы, влияющие на обработку металлов давлением.

3.В чем заключается сущность свободной ковки? Перечислите основные операции свободной ковки.

4.Что такое штамповка?

5.В чем сущность горячей объемной штамповки?

6.В чем сущность холодной объемной штамповки?

7.В чем сущность листовой штамповки?

8.В чем сущность прокатки?

9.Как определяется относительное обжатие между валками?

10.Назовите основные агрегаты прокатного стана.

11.Перечислите сортамент проката.

12.Что является заготовками для проката?

13.В чем заключается сущность и назначение прессования?

14.В чем заключается сущность процесса волочения?

67

Глава 10 ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

10.1. Сущность и классификация способов сварки

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения в результате взаимодействия атомно-молекулярных связей между соединяемыми элементами.

Процесс сварки состоит из трех условных этапов: формирование физического контакта, образование химических или металлических связей; создание прочного сварного соединения. Указанным процессам способствует нагрев свариваемых поверхностей до расплавленного или пластического состояний и приложение механического усилия сжатия.

Сварные соединения можно получать двумя принципиально разными путями: сваркой плавлением и сваркой давлением. При сварке плавлением атомно-молекулярные связи между элементами создают, оплавляя примыкающие кромки и присадочный материал так, чтобы образовалась общая сварная ванна. Эта ванна затвердевает при охлаждении и соединяет элементы в единое целое.

При сварке давлением обязательным является нагрев, с последующей пластической деформацией зоны сварки путем усилия сжатия.

В некоторых случаях сварка давлением осуществляется без нагрева. Так сваривают медь и алюминий.

Зону основного металла, прилегающую к сварному шву, в которой происходят структурные изменения, называют зоной терми-

ческого влияния.

Сочетание сварного шва, зоны термического влияния и основного металла называют сварным соединением.

10.2. Сварка плавлением

Электрическая ручная дуговая сварка. К свариваемым заго-

товкам (3) и электроду (1) подводится постоянный или переменный ток от специального источника (рис. 10.1). В результате образуется

68

сварочная дуга (2), стабильный электрический разряд. Образование дуги происходит за счет короткого замыкания электрода на деталь.

Максимальная температура дуги достигается в осевой ее части и составляет 6000 °C.

Для питания сварочной дуги применяются источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и постоянного тока (генераторы или выпрямители), которые обеспечивают большую стабильность дуги.

Рис. 10.1. Схема ручной дуговой сварки

Дуговую сварку можно выполнять плавящимся и неплавящимся электродами. В качестве неплавящегося электрода применяют металлический стержень того же состава, что и свариваемый материал. В качестве неплавящегося электрода применяют вольфрамовый стержень с применением или без применения присадочного материала (4).

В качестве электродов применяют металлическую проволоку, на поверхность которой наносится специальный состав, так называемые покрытые электроды. Назначение покрытий – защита зоны сварки от воздействия воздуха, легирование металла сварного шва, стабилизация горения дуги, удаление вредных примесей из зоны сварки.

Недостатки: малая производительность и необходимость высокой квалификации сварщика.

Автоматическая дуговая сварка под флюсом. Обеспечивает производительность в 10–15 раз большую, чем при ручной сварке. Зажигание дуги, подача электрода в дугу и перемещение его вдоль направления сварки и поддержание параметров сварки осуществляется автоматически.

69

К свариваемому изделию 5 подается сварная проволока 1 с помощью роликов 2 и отдельно флюс 4 (рис. 10.2). В состав флюса входят шлакообразующие компоненты (SiO2, MnO, CaF2, CaO), раскислители и легирующие элементы. Сварочная дуга 6 горит подслоем флюса между концом сварной проволоки 1 и изделием. Расплавленная часть флюса 7 покрывает сварочную ванну тонким слоем шлака 10, предохраняя шов 8 от взаимодействия с воздухом.

Рис. 10.2. Схема автоматической дуговой сварки под флюсом

После остывания металла и шлака, последний в виде корки 10 легко отделяется от наплавленного металла 9. Неиспользованная часть флюсаубирается с изделия в бункер 3 специальнымустройством.

	Газовая сварка. Металл свариваемых
	элементов 1 расплавляется высокотемпера-
	турным газовым пламенем 4 (рис. 10.3).
	Зазор между элементами заполняется ме-
	таллом кромок и присадочного материала
	2. Газовая горелка 3 служит для сжигания
	горючих газов в атмосфере кислорода. Та-
Рис. 10.3. Схема	кими газами являются водород, природный
	газ, но чаще всего это ацетилен (С2H2).
газовой сварки	Максимальная температура ацетиленового
	пламени составляет 3200 °C.
70