1.Виды технологических процессов
Производственный процесс состоит из ряда технологических процессов. Технологический процесс
– это часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению
состояния предмета труда (ГОСТ 3.1109 – 82).
Технологические процессы разрабатывают при проектировании новых и реконструкции
существующих заводов, а также при организации производства новых объектов на действующих
заводах. Кроме того, корректируют или разрабатывают новые технологические процессы на
действующих заводах. Это вызывается текущими конструктивными усовершенствованиями
объектов производства и необходимостью систематического использования новейших достижений
науки и техники.
При проектировании новых и реконструкции существующих заводов, разработанные
технологические процессы являются основой всего проекта. Они определяют потребные
оборудование, рабочую силу, производственные площади, технологическую оснастку
(приспособления и инструмент), материалы, энергетику, транспортные средства и др. Аналогичное
назначение у технологических процессов при постановке производства новых объектов на
действующем заводе. При разработке техпроцессов в этом случае выявляют возможность
использования имеющегося и необходимость приобретения нового технологического
оборудования и оснастки.
В соответствии с ГОСТ 14.301 – 83 технологические процессы подразделяют на: единичные и
унифицированные процессы, а унифицированные на типовые и групповые.
Единичный технологический процесс – это технологический процесс изготовления или ремонта
изделия одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства (ГОСТ
3.1109 – 82). Единичные технологические процессы разрабатывают в массовом и крупносерийном
производствах, частично в среднесерийном производстве.
Типовой технологический процесс – это технологический процесс изготовления группы изделий с
общими конструктивными и технологическими признаками (ГОСТ 3.1109 – 82).
Групповой технологический процесс – это технологический процесс изготовления группы изделий
с разными конструктивными, но общими технологическими признаками (ГОСТ 3.1109-82).
Групповой технологический процесс представляет собой процесс обработки заготовок различной
конфигурации, состоящий из комплекса групповых технологических операций, выполняемых на
специализированных рабочих местах в последовательности технологического маршрута
изготовления определённой группы изделий.
По степени детализации описание технологических процессов подразделяют на маршрутное,
операционное, маршрутно-операционное.
Маршрутное описание технологического процесса заключается в сокращенном описании всех
технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указания
переходов и технологических режимов.
Операционное описание технологического процесса характеризуется полным описанием всех
технологических операций в последовательности их выполнения с указанием переходов и
технологических режимов.
Маршрутно-операционным описанием технологического процесса называют сокращённое
описание технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения с
полным описанием отдельных операций в других технологических документах.
3.Качество поверхности изделий
Качество поверхностей деталей машин определяют геометрическими характеристиками и физикомеханическими свойствами поверхностного слоя.
Поверхность, ограничивающую деталь и отделяющую её от окружающей среды, называют
реальной поверхностью.
Точность геометрических форм характеризуется тремя видами отклонений:
1) макрогеометрическими отклонениями в пределах габаритных размеров поверхности;
2) волнистостью – отклонениями на участках протяжённостью от 1 до 10 мм;
3)микрогеометрическими отклонениями (микронеровностями),
отклонениями реальной поверхности в пределах участка в 1 мм2.
или
шероховатостью
–
Термины и определения шероховатости поверхности установлены ГОСТ 25142 – 82.
На предприятиях в чертежах используют два параметра шероховатости:
1) Ra – среднее арифметическое отклонение профиля;
2) Rz – высоту неровностей профиля по десяти точкам.
В процессе изготовления детали материал заготовки подвергают силовым, тепловым, химическим
и другим видам воздействий.
Вследствие этого материал поверхностного слоя испытывает наклёп, разупрочнение, изменяется
его структура, микротвёрдость; образуются остаточные напряжения.
Микротвёрдость поверхностного слоя определяют методом вдавливания алмазного наконечника
с ромбическим основанием на приборах для измерения микротвердости ПМТ-3 и ПМТ-5 по
наклонной полированной поверхности под углом 30′ – 2º.
Для исследования состояния поверхностного слоя широко используют рентгеновский метод, с
помощью которого определяют остаточные напряжения и наклёп.
Достижение необходимого качества поверхностей деталей машин и поддержание его на заданном
уровне в производственных условиях является задачей построения всего технологического
процесса.
В процессе эксплуатации машин качество поверхностей деталей изменяется. Такие явления, как
износ, образование и развитие микротрещин, задиры, коррозионное и эрозионное разрушения,
питтинг (питтинг – явление выкрашивания частиц с поверхности металлической детали при
циклических контактных нагрузках), ухудшают качество поверхности. Поэтому важно не только
обеспечить требуемое качество поверхностей деталей в процессе производства, но и сохранить их
постоянство на длительный срок эксплуатации машин.
4.Контроль качества обработанных поверхностей
Измерительный инструмент, применяемый при контроле плоскостей, выбирают с учетом
необходимой точности измерения, шероховатости измеряемой поверхности, типа производства
(единичное, серийное, массовое).
Для измерения линейных размеров (наружных и внутренних) применяют следующие
измерительные инструменты: измерительную линейку (жесткую), кронциркуль, нутромер,
штангенциркуль (с величиной отсчет 0,1 и 0,05 мм), штангенглубиномер, штангенрейсмас и др.
Для определения отклонения обработанных плоскостей от горизонтального или вертикального
положения служит уровень.
Неперпендикулярность плоскостей можно установить с помощью угольников.
При грубом контроле угла между двумя плоскостями применяют малку. Для точных измерений
углов используют универсальные и точные угломеры.
Контрольные плиты применяются для контроля плоскостности и прямолинейности плоскостей.
Линейки (лекальные, прямоугольные, двутавровые, мостиковые и угловые) используют для
проверки прямолинейности плоскостей на просвет или по количеству пятен на краску.
Щупы необходимы для контроля зазоров между поверхностями в пределах от 0,03 до 1 мм.
Шероховатость обработанной поверхности контролируют либо непосредственным измерением
высоты микронеровностей, либо путем сравнения с образцами (эталонами) различных классов
шероховатости поверхности. В цеховых условиях применяют эталоны (цилиндрическое и торцевое
фрезерование) 4, 5, 6 и 7-го классов шероховатости поверхности. При пользовании эталонами
можно определить шероховатость обработанной поверхности с ошибкой в пределах одного класса.
В измерительной лаборатории шероховатость поверхности определяют с помощью специальных
приборов – профилометров, профилографов, двойных микроскопов и др.
Измерительный и поверочный инструмент необходимо содержать в чистоте, в особенности его
измерительные поверхности. Соприкосновение измерительных поверхностей инструмента с
деталью производить плавно.
Необходимо предохранять инструмент от нагрева (измерение производить при температуре 20 °C),
не измерять нагретые детали во время обработки. Измеряемые поверхности детали перед
измерением нужно тщательно очистить от стружки, пыли, эмульсии и т. д. Инструмент необходимо
оберегать от ударов.
5.Технологичность конструкции изделий
Технологичность конструкции изделий (ТКИ) рассматривается как совокупность свойств
конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат
при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и
условий выполнения работ (ГОСТ 14.205 – 83). Из приведенного определения следует, что ТКИ –
понятие относительное. Технологичность одного и того же изделия в зависимости от типа того
производства, где оно изготавливается, и от конкретных производственных условий может быть
различной.
Например, металлические отливки могут быть изготовлены литьем в кокиль или в песчаноглинистые формы. К отливкам, получаемым этими способами, предъявляются разные требования,
которые необходимо учитывать при конструировании деталей. В крупносерийном и массовом
производстве технологичны будут отливки, изготовленные литьем в кокиль, так как трудоемкость
и себестоимость изготовления деталей из этих отливок значительно ниже, чем из отливок,
полученных с использованием песчано-глинистых форм. В свою очередь, последние будут технологичны в мелкосерийном и единичном производстве.
Основная задача обеспечения ТКИ заключается в достижении оптимальных трудовых,
материальных и топливно-энергетических затрат на проектирование, подготовку производства,
изготовление, монтаж вне предприятия-изготовителя, технологическое обслуживание (ТЛО),
техническое обслуживание (ТО) и ремонт при обеспечении прочих заданных показателей качества
изделия в принятых условиях проведения работ.
Различают производственную, эксплуатационную и ремонтную технологичность.
Производственная ТКИ заключается в сокращении средств и времени на конструкторскую
подготовку производства, технологическую подготовку производства, процессы изготовления, в
том числе контроля и испытаний, монтаж вне предприятия-изготовителя.
Эксплуатационная ТКИ заключается в сокращении средств и времени на подготовку к
использованию по назначению, технологическое и техническое обслуживание, текущий ремонт,
утилизацию.
Ремонтная технологичность заключается в сокращении средств и времени на все виды ремонта.
К главным факторам, определяющим требования к ТКИ относятся следующие:
· вид изделия, характеризующий главные конструктивные и технологические признаки,
обусловливающие основные требования к ТКИ;
· объем выпуска и тип производства, определяющие степень технологического оснащения,
механизации и автоматизации технологических процессов и специализацию всего производства.
Обеспечение ТКИ согласно ГОСТ 14.201 – 83 является функцией подготовки производства,
предусматривающей взаимосвязанное решение конструкторских и технологических задач,
направленных на повышение производительности труда, достижение оптимальных трудовых и
материальных затрат и сокращение времени на производство, в том числе монтаж вне
предприятия-изготовителя, техническое обслуживание и ремонт изделия.
Оценка технологичности конструкции изделия может быть двух видов: качественной и
количественной.
Качественная оценка характеризует технологичность конструкции обобщенно, на основе
опыта исполнителя. Качественная оценка при сравнении вариантов констру кции в процессе
проектирования изделия
предшествует количественной и
определяет
целесообразность последней. Количественно ТКИ оценивается показателем, значение
которого характеризует степень удовлетворения требованиям к технологичности конструкций.
Количественная оценка ТКИ производится с помощью системы, включающей следующие
показатели:
· базовые (исходные) показатели технологичности, которые являются предельными нормативами
технологичности, обязательными для выполнения при разработке изделия; их указывают в
техническом задании на разработку изделия или в отраслевых стандартах;
· показатели технологичности, достигнутые при разработке изделия;
· показатели уровня технологичности конструкции разрабатываемого изделия.
Число показателей должно быть минимальным, но достаточным для оценки технологичности.
Выбор базовых показателей ТКИ является исходным этапом для отработки конструкции изделия на
технологичность. Для определения базовых показателей за основу принимают статистические
данные о ранее созданных конструкциях, имеющих общие конструкторско-технологические
признаки с проектируемой конструкцией, данные аналогов или типовых представителей.
Технологичность конструкции изделий обеспечивается следующими мероприятиями:
· отработкой конструкции на технологичность на всех стадиях разработки изделия, при
технологической подготовке производства и (в обоснованных случаях) при изготовлении
изделия;
· совершенствованием условий выполнения работ при производстве, эксплуатации и ремонте
изделий и фиксации принятых решений в технологической документации;
· количественной оценкой технологичности конструкции изделий;
· технологическим контролем конструкторской документации;
· подготовкой и внесением изменений в конструкторскую документацию по результатам
технологического контроля по ГОСТ 2.121 – 73, обеспечивающих достижение базовых значений
показателей технологичности.
Прежде всего, необходимо учитывать вид изделия, степень его новизны и сложности, его
перспективность и объем выпуска. В центре внимания разработчиков должны быть
условия изготовления, технического обслуживания и ремонта, монтажа вне предприятияизготовителя.
К ним относятся: повышение серийности изделия и его составных частей при изготовлении
(обработке, сборке, испытании) посредством стандартизации, унификации и обеспечения
конструкторского
подобия,
применения
высокопроизводительных
и
малоотходных
технологических решений, основанных на типизации процессов и других прогрессивных формах их
организации; применение высокопроизводительных стандартных средств технологического
оснащения, обеспечивающих оптимальный уровень механизации и автоматизации труда в
производстве; применение рациональных сортаментов и марок материалов, рациональных
способов получения заготовок, методов и режимов упрочнения деталей и др.
Конструкция детали должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к изготовлению,
эксплуатации и ремонту с помощью наиболее производительных и экономичных методов. Ее
следует отрабатывать на технологичность комплексно, учитывая зависимость технологичности от
следующих факторов
Отработка конструкции изделия на технологичность должна на основе достижения
технологической рациональности и оптимальной конструктивной и технологической преемственности конструкции изделия обеспечивать решение следующих основных задач:
· снижения трудоемкости и себестоимости изготовления изделия и его монтажа вне предприятияизготовителя;
· снижения трудоемкости, стоимости и продолжительности технического обслуживания и ремонта
изделия;
· снижения важнейших составляющих общей материалоемкости изделия – расхода металла и топливно-энергетических ресурсов при изготовлении, монтаже вне предприятия-изготовителя,
техническом обслуживании и ремонте.
Приведенные примеры являются лишь частичными рекомендациями по рациональному выбору
конструктивных решений отдельных элементов деталей машин. При окончательном выборе
конструкции детали проектировщик совместно с технологом должен учитывать особенности
различных методов обработки и конкретные возможности производства. В общем случае
конструкция детали должна обеспечивать возможность применения прогрессивных
технологических процессов ее изготовления, в том числе типовых и групповых, «безлюдных»,
энергосберегающих, малоотходных. Следует предусматривать разделение изделия на
самостоятельные сборочные единицы, допускающие независимую сборку, контроль и испытание.
Это позволит производить параллельную сборку отдельных сборочных единиц и, тем самым,
сократить производственный цикл сборки изделия.
Особое внимание следует уделять компоновке сборочных единиц из стандартных и унифицированных частей, что приводит к увеличению серийности и, как следствие, – к снижению
трудоемкости их изготовления. В компоновке сборочной единицы следует предусматривать
возможность общей сборки без промежуточной разборки и повторных сборок составных частей, а
также простоту замены составных частей с малым ресурсом.
Следует стремиться к минимальному числу поверхностей и мест соединений составных частей.
Конструкция соединения составных частей должна исключать дополнительную обработку. Выбор
метода сборки для данного объема выпуска и типа производства следует производить на основе
расчета и анализа размерных цепей.
6. Основные способы литья и их технологические характеристики.
Показатель
ЛПФ
ЛОФ
ЛВМ
ЛК
ЛПД
Сталь,
Цветные
Сталь,
Сталь,
чугун,
сплавы
чугун,
чугун,
Материал отливок
цветные
цветные
цветные
сплавы, спец,
сплавы
сплавы
сплавы
7000 - чугун,
4000 - сталь,
Максимальная масса отливок, кг
200 000
150
150
100
500 - цветной
сплав
Максимальный размер отливки, мм Неогранич. 1500
1000
2000
1200
min
3,0
2,0
0,5
3,0
5,0
Толщина стенок, мм:
max
Неогранич. 12,0
6,0
100
6,0
Класс размерной точности отливок 6 ... 14
4 ... 11т 3 ... 8
4 ... 11т
3 т ... 7
Сталь,
чугун,
цветные
сплавы
Шероховатость поверхности, мкм
320 ... 80
Минимальный
припуск
на
механическую
обработку
(на 0,3 ... 6,0
сторону), мм
Линейные уклоны, град
0,5 ... 3
Коэффициент
использования
60 ... 70
металла, %
Относительная себестоимость 1 т
1,0
отливок
Экономически
оправданная
Неогранич.
серийность, шт./год
ЦЛ
Сталь,
чугун,
цветные
сплавы
600
6000
4,0
2,0
6 ... 15
160 ... 40 80 ... 20
160 ... 40
40 ... 10
0,4 ... 2,0 0,0 ... 0,6
0,377 ... 1,0
0,2 ... 0,5 0,3 ... 1,0
1 ... 2
0,5 ... 1,2
0,5 ... 1
1 ... 6
80 ... 95 90 ... 95
75 ... 80
90 ... 95
70 ... 90
1,5 ...2,0 2,5 ...3,0
1,2 ... 1,5
1,8 ... 2,0 0,6 ... 0,7
200
...500
400 ... 800
1000
1 ... 2
1000
320 ... 80
100 ... 1000
У с л о в н ы е о б о з н а ч е н и я : Л П Ф - литье в песчаные формы; ЛОФ - литье в оболочковые
формы; ЛВМ - литье по выплавляемым моделям; ЛК - литье в кокиль; ЛПД - литье под
давлением; ЦЛ - центробежное литье.
Современные требования, предъявляемые к литым заготовкам деталей машин, характеризуются
максимальным приближением отливок по форме и размерам к готовым деталям, экономией
металла, применением прогрессивных методов литья. Однако следует иметь в виду, что
технические требования, предъявляемые к литым деталям, могут быть обеспечены одинаково
надежно различными способами литья. При выборе оптимального способа получения литых
деталей следует проводить сравнительный анализ возможных вариантов рассматриваемых
технологических процессов литья. В качестве критериев сравнительного анализа способов литья
принимают технологические возможности способов (масса и габаритные размеры отливок,
сложность и требования, предъявляемые к ним, масштаб производства и др.), возможности
способов литья в обеспечении равномерной мелкозернистой структуры, более высоких
механических свойств. Технологические возможности способов изготовления отливок приведены
в табл. 4.1.
Кроме того, для получения качественных отливок необходимо учитывать литейные свойства
сплавов. Например, если сплав обладает пониженной жидкотекучестью, то нежелательно
применять литье в
металлические формы-кокили. В этом случае целесообразно использовать литье под давлением,
литье по выплавляемым моделям и другие способы, применение которых повышает
жидкотекучесть сплавов. Если для изготовления отливок используются сплавы с высокой усадкой,
то нежелательно применять литье в кокиль и под давлением, так как возможно образование
трещин в отливках из-за низкой податливости форм и усадочных раковин из- за сложности
установки прибылей.
При выборе способа литья необходимо учитывать технологичность конструкции литой детали
применительно к рассматриваемым способам. Так, сложные по конфигурации отливки получают
литьем под давлением, по выплавляемым моделям или в песчаных формах. Литьем в кокиль
получают отливки с простой наружной конфигурацией, а центробежным литьем изготовляют, как
правило, отливки типа тел вращения. Наиболее тонкостенные отливки получают литьем по
выплавляемым моделям и литьем под давлением, при литье в кокиль стенки отливки должны быть
значительно толще, чем при литье в песчаные формы, и т.д.
Если при литье в песчаные формы габаритные размеры и масса отливок практически не
ограничены, то специальные способы литья применяют для получения мелких и средних по массе
отливок. Кроме того, следует выбирать такой способ литья, который обеспечивал бы получение
отливок с заданной точностью и заданным параметром шероховатости поверхности. Малая
шероховатость поверхности отливок позволяет сохранить литейную корку, которая, как правило,
имеет повышенные твердость и износостойкость; снизить себестоимость готовых деталей за счет
экономии металла и снижения трудоемкости при механической обработке.
Важными технико-экономическими критериями выбора рационального способа изготовления
отливок являются экономия используемых материалов и минимальная себестоимость
формообразования
7.Литейные свойства сплавов
В производстве отливок важную роль играют литейные свойства сплавов, обеспечивающие
хорошее заполнение литейной формы и получение отливок без дефектов — раковин, трещин и др.
К основным литейным свойствам сплавов относятся: жидкотекучесть, заполняемость, усадка и
ликвация.
Жидкотекучесть — это способность металлов и сплавов течь по каналам формы и заполнять ее.
Заполнение литейных форм является сложным гидродинамическим и физико-химическим
процессом. Главным фактором, определяющим уровень жидкотекучести, являются свойства сплава
в жидком состоянии: теплофизические свойства, особенности кристаллизации, вязкость,
окисляемость.
Влияние литейной формы связано главным образом с ее теплофизическими свойствами, со
смачиваемостью жидким металлом, с условиями физико-химического взаимодействия «металл —
форма».
На жидкотекучесть влияют условия плавки и заливки, перегрев металла, насыщение металла
посторонними включениями, условия подвода металла к форме.
Например, чем выше температура заливки сплава, тем больше его жидкотекучесть.
Жидкотекучесть чугуна увеличивается с увеличением содержания в нем фосфора, кремния и
углерода. Сера и марганец понижают жидкотекучесть.
Количественные значения жидкотекучести определяют по длине заполнения канала литейной
формы с определенной площадью поперечного сечения. Наибольшее распространение получили
технологические спиральные пробы. В специальную литейную форму, имеющую спиралевидный
канал, заливают испытуемый расплав. Форму изготовляют по модели стандартной пробы на
жидкотекучесть. Чем более длинный участок спирали заполнит заливаемый в нее металл, тем выше
его жидкотекучесть. Для удобства вычисления длины залитой спирали на ее верхней поверхности
через каждые 50 мм расположены точки. Таким образом, жидкотекучесть металла определяется
длиной залитой спирали, выраженной в миллиметрах или точках.
При теоретическом анализе характеристики жидкотекучести основным является определение
условий остановки движущегося потока. Высказано несколько точек зрения на механизм остановки
потока: выделение 20% твердой фазы, образование на конце потока прочной твердой корочки, рост
в канале литейной формы дендритов (древовидных кристаллов), препятствующих движению
потока, накопление твердых кристаллов на конце потока.
Течение металла в литейной форме сопровождается кристаллизацией. Поэтому движущийся поток
рассматривают как гетерогенную жидкость. Из гидравлики известно, что движение таких
жидкостей начинается только после того, как касательное напряжение становится больше
определенного значения σ0, называемого предельным напряжением сдвига.
При поступлении металла в канал литейной формы на стенках канала образуется твердая корочка
из-за высокой интенсивности охлаждения металла в начальные моменты. С течением времени, по
мере прогревания формы, интенсивность теплоотвода уменьшается. Но перенос теплоты к корочке
за счет поступления новых порций металла остается постоянным, и она начинает оплавляться.
Уменьшению размеров корочки способствует также смывание части кристаллов движущимся
потоком. Накопление обломков кристаллов на конце потока приводит к постепенному нарастанию
сил внутреннего трения. Условия течения металла заметно ухудшаются. Наконец в определенный
момент количество накопившихся обломков становится настолько большим, а сопротивление
внутреннему трению настолько значительным, что поток останавливается. Схема остановки потока
металла показана на рис. 1.1.
Заполняемость характеризует способность металлов и сплавов воспроизводить контур отливок в
особо тонких сечениях, где в значительной степени проявляется действие капиллярных сил.
Заполнение тонких сечений отливок — это процесс взаимодействия металла и формы. Иногда этот
процесс называют формовоспроизведением или формозаполнением.
Заполняемость обусловлена рядом факторов:
1) поверхностным натяжением сплава и смачиваемостью формы;
2) вязкостью сплава, связанной с его теплофизическими свойствами;
3) температурным интервалом кристаллизации;
4) формой и размерами первичных кристаллов;
5) склонностью сплава к пленообразованию;
6) теплофизическими свойствами формы;
7) способом заливки металла;
8 ) конструктивными особенностями литниковой системы;
9) наличием газов в форме и условиями ее вентиляции.
Эффективным средством, улучшающим заполнение тонких элементов отливок, является
центробежная заливка.
Усадка — это уменьшение объема сплава, залитого в форму, при его охлаждении. Уменьшение
объема сплава при охлаждении до температуры затвердевания и при затвердевании называется
объемной усадкой. Уменьшение линейных размеров отливки по сравнению с размерами модели
называется линейной усадкой.
Значение усадки сплава в литейной форме зависит от его химического состава, конфигурации
отливаемого изделия, температуры заливки в форму, скорости охлаждения в форме и других
факторов. Среднее значение линейной усадки серого чугуна около 1%, стали — 2%, медных сплавов
— 1,5%.
Усадка — отрицательное явление, потому что при ней изменяются объем и размеры изготовляемых
отливок, она является причиной образования в отливках усадочных раковин, пористости,
внутренних напряжений, вызывающих появление коробления и трещин.
Ликвация — неоднородность химического состава сплава в различных частях сечения отливки,
возникающая при его кристаллизации. Наиболее заметна ликвация в массивных сечениях отливки.
8.Литье в землю
Чтобы отлить даже простое изделие, например, втулку из чугуна, нужно проделать очень сложную
работу, выполнить множество операций. Сначала в модельном цехе изготовляют модель втулки.
Ее обычно делают из дерева или металла, она разъемная и состоит из двух половинок. Затем в
землеприготовительном отделении литейного цеха подготавливают из земли и различных добавок
формовочную смесь. Но у втулки есть внутреннее отверстие — значит, необходимо приготовить
еще одну смесь — для стержней. Назначение стержней — заполнить те места в форме, которые в
детали, в данном случае во втулке, соответствуют отверстиям.
Итак, смесь для формы готова. Формовщик делает земляную форму втулки. Он берет одну
половину модели и кладет ее на металлическую плиту — подмодельную доску. На эту же плиту он
ставит металлический ящик без дна —опоку— так, чтобы внутри него оказалась половина модели.
После этого опоку плотно набивают формовочной землей, а затем переворачивают, чтобы
половинка модели оказалась разъемом вверх. На эту опоку формовщик ставит еще одну. В стенках
опок снаружи сделаны петли. В них вставляются металлические штыри, и таким образом две опока
скрепляются друг с другом.
В верхнюю опоку кладется вторая половинка модели так, чтобы она точно попала на первую.
Формовщик вставляет в верхнюю половину опоки два деревянных конусных брусочка. Если
брусочки извлечь, в форме останутся два отверстия. В одно можно заливать металл, а другое служит
для выхода воздуха и газов. Теперь и эту опоку тоже можно заполнить смесью и хорошо уплотнить.
Плотность земли всюду должна быть одинаковой.
Теперь из земли надо вынуть деревянную модель. Для этого верхнюю опоку осторожно снимают с
нижней и вынимают обе половинки модели; в земле остаются четкие отпечатки двух половинок
втулки. Их и уже приготовленный стержень покрывают особой краской— противопригарной. Затем
в полость формы вставляют стержень и прорезают в земле канал, соединяющий отверстия для
заливки с полостью формы, литниковый ход. Нижнюю половину опоки снова накрывают верхней
и на нее накладывают груз. Все готово: в земляной массе получилась форма совершенно такая же,
как втулка; после того как форма немного подсохнет, в нее можно заливать металл.
Подводят ковш, и жидкий металл заливают в отверстие формы. Отливка готова. Нужно только
подождать, пока она остынет, и тогда ее можно вынуть — выбить из формы.
Однако на полученной отливке остаются наросты от литникового хода и отвода для газа — выпора.
Их легко отделить одним-двумя ударами молотка. После этого остается только очистить отливку от
приставшей формовочной земли.
Литейщикам приходится иметь дело с большими массами песка и других сыпучих материалов. Так,
для получения одной тонны отливок требуется около 5 м3 формовочной смеси и 0,5—0,7 м3
стержневой. Это в 40 раз больше объема, нужного для отливки металла. Легко представить, как
тяжел был труд литейщиков, когда подвоз земли, приготовление смеси, перенос опок с места на
место производились вручную или на тачках. В современных литейных цехах все операции,
включая транспортные, механизированы и автоматизированы.
Вы входите в современный литейный цех. Вас встречает шум мерно отбивающих такт формовочных
машин. Для перемещения опок и их заливки служат заливочные конвейеры — цепь тележек,
движущихся с небольшой скоростью по рельсам. Сборщики сталкивают формы на тележки и их на
ходу заливают металлом. За время, пока форма по конвейеру достигнет выбивного участка, она
успеет остыть. Кран снимает форму с конвейера. Пустые опоки возвращаются к формовщикам.
Дальше отливки разными способами очищают от приставшей земли. Наиболее совершенный из
них — гидравлический (очистка водой).
9.Литье в оболочковых формах
Сущность литья в оболочковые формы заключается в изготовлении отливок путем заливки
расплавленного металла в разовую тонкостенную разъемную литейную форму, изготовленную из
песчано-смоляной смеси с термореактивным связующим по металлической нагреваемой
модельной оснастке, с последующим затвердеванием залитого расплава, охлаждением отливки в
форме и выбивкой ее из формы. Отличительными особенностями способа являются малая
интенсивность теплообмена между отливкой и формой; использование песчано-смоляной смеси с
высокой подвижностью для получения четкого отпечатка модели; использование
термореактивных смол в качестве связующих для получения тонкостенных форм с высокой
прочностью и повышенной размерной точностью полости формы; использование мелкозернистого
огнеупорного материала (кварцевого песка) для получения поверхностного слоя отливок с малой
шероховатостью. Оболочковые формы (разъемные, тонкостенные) изготовляют следующим
образом: металлическую модельную плиту 1, нагретую до температуры 200 ... 250 °С, закрепляют
на опрокидывающем бункере 2 (рис. 4.28, а) с формовочной смесью З и поворачивают его на 180°
(рис. 4.28, б). Формовочная смесь, состоящая из мелкозернистого кварцевого леска (93 ... % %) и
термоактивной смолы ПК-104 (4 ... 7 °/о), насыпается на модельную плиту и выдерживается 10 .. 30
с. От теплоты модели ной мины термоактивная смола в пограничном слое переходит в жидкое
состояние, склеивает песчинки с образованием песчано-смоляной оболочки 4 толщиной 5 ... 20 мм
в зависимости от времени выдержки. Бункер возвращается в исходное положение, излишки
формовочной смеси ссыпаются на дно бункера, а модельная мига с полутвердой оболочкой 4
снимается с бункера и нагревается в печи при температуре 300 ... 350 °С в течение 1 ... 1,5 мин, при
этом термоактивная смола переходит в твердое необратимое состояние. Твердая оболочка
снимается с модели специальными толкателями 5 (рис. 4.28, г). Аналогично изготовляют и вторую
полуформу. Готовые оболочковые полуформы склеивают быстротверпеющим клеем на
специальных прессах, предварительно установив в них литейные стержни, или скрепляют скобами.
Кроме оболочковых форм, этим способом изготовляют оболочковые стержни, используя
нагреваемые стержневые ящики. Оболочковые формы и стержни изготовляют на одно- и
многопозиционных автоматических машинах и автоматических линиях. Заливка форм
производится в вертикальном или горизонтальном положении. При заливке в вертикальном
положении литейные формы 6 помещают в опоки- контейнеры 7 и засыпают кварцевым песком
или металлической дробью 8 (рис. 4.28, д) для предохранения от преждевременного разрушения
оболочки при заливке расплава.
Выбивку отливок осуществляют на специальных выбивных или вибрационных установках. При
очистке отливок удаляют заусенцы, зачищают на шлифовальных кругах места подвода питателей и
затем их подвергают дробеструйной обработке.
Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую геометрическую точность отливок, так как
формовочная смесь, обладая высокой подвижностью, дает возможность получать четкий отпечаток
модели. Точность отпечатка не нарушается потому, что оболочка снимается с модели без расталкивания. Повышенная точность формы позволяет в 2 раза снизить припуски на механическую
обработку отливок. Применяя мелкозернистый кварцевый песок для форм, можно снизить
шероховатость поверхности отливок. Высокая прочность оболочек позволяет изготовлять формы
тонкостенными, что значительно сокращает расход формовочных материалов.
В оболочковых формах изготовляют отливки с толщиной стенки 3 ... 15 мм и массой 0,25 ... 100 кг
для автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин из чугуна, углеродистых сталей, сплавов
цветных металлов.
10.Литье по выплавляемым моделям
Сущность литья по выплавляемым моделям сводится к изготовлению отливок заливкой
расплавленного металла в разовую тонкостенную неразъемную литейную форму, изготовленную
из жидкоподвижной огнеупорной суспензии по моделям разового использования с последующим
затвердеванием залитого металла, охлаждением отливки в форме и извлечением ее из формы.
Отличительными особенностями литья по выплавляемым моделям являются низкие
теплопроводность и плотность материалов формы, и высокая начальная температура формы
значительно снижает скорость отвода теплоты от залитого металла, что способствует улучшению
заполняемости полости формы; малая интенсивность охлаждения расплава приводит к снижению
скорости затвердевания отливок, укрупнению кристаллического строения, появлению в массивных
узлах и в толстых стенках (толщиной 6 ... 8 мм) усадочных раковин и пористости; повышенная
температура формы способствует развитию на поверхности контакта отливка - форма физикохимических процессов, приводящих к изменению структуры поверхностного слоя отливки,
появлению различных дефектов на ее поверхности.
Технологический процесс изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям состоит из
следующих основных операций: изготовления моделей и сборки модельных блоков; покрытия
моделей огнеупорной оболочкой; выплавления модельного состава; подготовки литейных форм к
заливке; заливки расплавленного металла в литейную форму, затвердевания и охлаждении
отливок; выбивки отливок и их отделения от литниковой системы; очистки отливок и т.д.
Этим способом отливки получают путем заливки расплавленного металла в формы, изготовленные
по выплавляемым моделям многократным погружением в керамическую суспензию с
последующими обсыпкой и отверждением.
Разовые выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах из модельных составов, состоящих из
двух или более легкоплавких компонентов: парафина, стеарина, жирных кислот, церезина и др.
Модельный состав в пастообразном состоянии запрессовывают в пресс-формы 1 (рис. 4.29, а).
После затвердевания модельного состава пресс-форма раскрывается и модель 2 (рис. 4.29, б)
выталкивается в ванну с холодной водой. Затем модели собирают в модельные блоки 3 (рис. 4.29,
в) с общей литниковой системой. В один блок объединяют2 ... 100 моделей.
Для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям используется жидкая формовочная
смесь - керамическая суспензия, которая состоит из огнеупорных материалов и связующего.
В качестве огнеупорных материалов используются пылевидный кварц, тонкоизмельченный шамот,
электрокорунд (AI2O3) и другие материалы. Для обсыпки слоя суспензии используется кварцевый
песок.
В качестве связующего материала используется гидролизованный раствор этилсиликата.
Этилсиликат (C2H504Si) представляет смесь эфиров кремниевых кислот, содержащих 28 ... 45 %
кремнезема (SiCh). Для придания вяжущих свойств этилсиликат подвергают гидролизу, сущность
которого состоит в замещении этоксильных груп (-ОС2Н5) гидроксильными (-ОН). При гидролизе
используются органические растворители (технический ацетон, этиловый спирт и др.) и катализатор
-соляная кислота. Образовавшиеся в результате реакции молекулы поликремние- вых кислот «SiCh
• (п + 1) Н20 повышают вязкость раствора и способствуют образованию силикозоля. При прокалке
золь переходит в гель. Гель теряет влагу, и содержащийся в нем оксид кремния (Si02) соединяет
зерна огнеупора, при этом суспензия отвердевает.
Огнеупорную суспензию приготовляют в специальных мешалках, в бак которых загружают,
например, пылевидный кварц (65 ... 75 % от массы суспензии) и гидролизованный раствор
этилсиликата (35 ... 25 %) и тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков. Для приготовления суспензии используются и другие способы.
Формы по выплавляемым моделям изготовляют погружением модельного блока 3 в керамическую
суспензию 5, налитую в емкость 4 (рис. 4.29, г), с последующей обсыпкой кварцевым песком 7 в
специальной установке б (рис. 4.29, д). Затем модельные блоки сушат 2 ... 2,5 ч на воздухе или 20
... 40 мин в среде аммиака. На модельный блок наносят четыре - шесть слоев огнеупорного
покрытия с последующей сушкой каждого слоя.
Модели из форм удаляют выплавлением в горячей воде. Для этого их погружают на несколько
минут в бак 8, наполненный водой 9, которая устройством 10 нагревается до температуры 80 ... 90
°С (рис. 4.29, ё). При выдержке модельный состав расплавляется, всплывает на поверхность ванны,
откуда периодически удаляется для нового использования. После извлечения из ванны оболочки
промывают водой и сушат в шкафах в течение
1,5... 2 ч при температуре 200 °С. Затем оболочки 12 ставят вертикально в жаростойкой опоке 13 и
вокруг засыпают сухой кварцевый песок 14 и уплотняют его, после чего форму направляют в
электрическую печь 11 (рис. 4,29, ж), в которой ее прокаливают не менее 2 ч при температуре 900
... 950 °С. При прокалке частички связующего спекаются с частичками огнеупорного материала,
влага испаряется, остатки модельного состава выгорают. Формы сразу же после прокалки, горячими, заливают расплавленным металлом 16 из ковша 15 (рис. 4.29, з).
После охлаждения отливки форму разрушают. Отливки на обрезных прессах или другими
способами отделяют от литников и для окончательной очистки направляют на химическую очистку
в 45 %-ный водный раствор едкого натра, нагретый до температуры 150 °С. После травления
отливки промывают проточной водой, сушат, подвергают термической обработке и контролю.
Керамическая суспензия позволяет точно воспроизвести контуры модели, а образование
неразъемной литейной формы с малой шероховатостью поверхности способствует получению
отливок с высокой точностью геометрических размеров и малой шероховатостью поверхности, что
значительно снижает объем механической обработки отливок. Припуск на механическую
обработку составляет 0,2 ... 0,7 мм. Заливка расплавленного металла в горячие формы позволяет
получать сложные по конфигурации отливки с толщиной стенки 1 ... 3 мм и массой от нескольких
граммов до нескольких десятков килограммов из жаропрочных труднообрабатываемых сплавов
(турбинные лопатки), коррозионно-стойких сталей (колеса для насосов), углеродистых сталей в
массовом производстве (в автостроении, приборостроении и других отраслях машиностроения).
Технологический процесс изготовления отливок по выплавляемым моделям механизирован и
автоматизирован. В массовом производстве используют автоматические установки для
изготовления моделей, приготовления суспензии, нанесения ее на блоки моделей и обсыпки их
кварцевым песком, для прокаливания и заливки форм и т.д., объединенные транспортными устройствами в автоматические линии.
11.Литье в полупостоянные формы
Полупостоянные формы, изготовляемые из высокоогнеупорных формовочных смесей и
выдерживающие несколько десятков заливок подвергаясь после каждой заливки лишь небольшим
исправлениям.
Полупостоянные формы находят применение при производств простых по очертанию отливок из
чугуна, например изложниц. Толщина слоя этой смеси, наносимой на специальную опоку,
принимается в пределах от 80 до 200 мм в зависимости от толщины отливки. Сушка новых сырых
форм производится или в воздушной сред в течение 18 - 24 час.
Полупостоянные формы, изготовляемые из высокоогнеупорных формовочных смесей и
выдерживающие несколько десятков заливок подвергаясь после каждой заливки лишь небольшим
исправлениям.
Полупостоянные формы применяют в сочетании с разовыми песчаными стержнями для деталей
несложной внешней конфигурации.
Полупостоянные формы получают из гипса.
Полупостоянные формы, изготовляемые из высокоогнеупорных формовочных смесей и
выдерживающие несколько десятков заливок, подвергаясь после каждой заливки лишь
небольшим исправлениям.
Полупостоянные формы, изготовляемые из высокоогнеупорных формовочных смесей и
выдерживающие несколько десятков заливок, подвергаются после каждой заливки лишь
небольшим исправлениям.
Полупостоянные формы изготовляются из высокоогнеупорной смеси, состоящей в основном из
шамота, глины и кварцевого песка. Такие формы выдерживают от 30 до 50 заливок с небольшим
промежуточным ремонтом после каждой заливки.
Полупостоянные формы применяются для отливки изложниц для стальных слитков.
При литье в полупостоянные формы из высокоогнеупорных материалов стойкость формы 10 - 700
отливок.
При литье в полупостоянные формы, изготовляемые из высокоогнеупорных формовочных смесей,
стойкость форм 10 - 700 отливок.
Сталь и чугун преимущественно льют в землю, а также в полупостоянные формы и металлические
изложницы. Формы бывают цельные и разъемные.
В
современном
литейном
производстве,
кроме
земляных
форм,
применяют
также, полупостоянные формы из огнеупорных масс и металлические формы.
К прогрессивной технологии литейного производства относятся специальные методы литья:
способы получения точных отливок в разовые формы; литье в полупостоянные формы; литье в
металлические формы.
Разовые формы изготовляют из песчано-глинистых формовочных смесей, смесей с жидким
стеклом и с другими связующими. Полупостоянные формы изготовляют из графита, шамота и
других смесей.
Полупостоянные формы применяют для деталей несложной внешней формы; внутренние
поверхности оформляются разовыми песчаными стержнями.
12.Литье в кокиль
Сущность кокильного литья заключается в изготовлении отливок заливкой расплавленного металла
в многократно используемые металлические литейные формы-кокили с последующим
затвердеванием залитого металла, охлаждением отливки и извлечением ее из полости формы.
Отличительные особенности литья в кокиль состоят в том, что формирование отливки происходит
в условиях интенсивного теплового взаимодействия с литейной формой, т.е. залитый металл и
затвердевающая отливка охлаждаются в кокиле с большей скоростью, чем в песчаной форме;
кокиль практически не податлив и более интенсивно препятствует усадке отливки, что затрудняет
извлечение ее из кокиля, а также может приводить к короблению и трещинам в отливках; кокиль
газонепроницаем, а газотворная способность его минимальна и определяется в основном
составами теплозащитных покрытий, наносимых на рабочую поверхность кокиля; физикохимическое взаимодействие отливки и кокиля минимально, что способствует повышению качества
поверхностного слоя отливки.
Кокили - металлические формы - изготовляют литьем, механической обработкой и другими
методами из серого чугуна (СЧ 15, СЧ 20 и др.), стали (20, 15Л, 20Л и др.) и других материалов.
Стержни и различные вставки изготовляют из легированных сталей (30ХГС, 35ХГСА и др.), так как
эти элементы кокиля работают в условиях воздействия высоких температур и механических
нагрузок.
Технологический процесс изготовления отливки в кокиль показан на рис. 4.30. Рабочую
поверхность кокиля с вертикальной плоскостью разъема, состоящую из поддона 1, двух
симметричных полу форм 2 и 3 и металлического стержня 4, предварительно нагревают до
температуры 100 ... 150 °С, покрывают из пульверизатора 5 слоем защитного покрытия (рис. 4.30,
а).
С помощью манипулятора устанавливают песчаный стержень б (рис. 4.30, б), которым выполняют
в отливке 7 расширяющуюся полость. Половины кокиля 2 и 3 соединяют, скрепляют и проводят
заливку расплава (рис. 4.30, в). После затвердевания отливки 7 (рис. 4.30, г) и охлаждения ее до
температуры выбивки кокиль раскрывают (рис. 4.30, д) и протягивают вниз металлический
стержень 4. Отливка 7 манипулятором удаляется из кокиля (рис. 4.30, е).
Отливки простой конфигурации изготовляют в неразъемных кокилях (рис.
1,5
а). Несложные отливки с небольшими выступами и впадинами на наружных поверхностях
изготовляют в кокилях с вертикальным разъемом (рис. 4.31, б). При изготовлении крупных, но
простых по конфигурации отливок используются кокили с горизонтальными разъемами (рис.
в). Кокили с комбинированным разъемом применяют при изготовлении сложных отливок.
Разновидностью кокильного литья является литье в облицованные кокили. Литье в облицованные
кокили (рис. 4.32) состоит в том, что модельную плиту 6 с моделью 5 нагревают электрическими
или газовыми нагревателями 7 до температуры 200 ... 220 °С. На модельную плиту устанавливают
нагретый до температуры 200 ... 220 °С кокиль 3. В зазор между кокилем 3 и моделью 5 из
пескодувной головки 1 через сопла 2 вдувается формовочная смесь с термоактивным связующим
(рис. 4.32, а). Оболочка 4 толщиной 3 ... 5 мм формируется и упрочняется за счет теплоты кокиля и
модели. После отверждения оболочки на кокиле модель извлекают (рис. 4.32, б). Аналогично изготовляют и вторую половину кокиля. После изготовления полуформ кокиль собирают, а затем из
ковша 8 заливают расплавленным металлом (рис. 4.32, в).
Все операции технологического процесса литья в кокиль механизированы и автоматизированы.
Используют однопозиционные и многопозиционные автоматические кокильные машины и
автоматические кокильные линии изготовления отливок. Кокильное литье применяют в массовом
и серийном производствах для изготовления отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов
с толщиной стенок 3 ... 100 мм, массой от нескольких десятков граммов до нескольких сотен
килограммов.
При литье в кокиль сокращается расход формовочной и стержневой смесей. Затвердевание
отливок происходит в условиях интенсивного отвода теплоты из залитого металла, что
обеспечивает более высокие плотность металла и механические свойства, чем у отливок,
полученных в песчаные формы. Кокильные отливки имеют высокую геометрическую точность
размеров и малую шероховатость поверхности, что снижает припуски на механическую обработку
вдвое по сравнению с литьем в песчаные формы. Этот способ литья высокопроизводителен.
Недостатки кокильного литья: высокая трудоемкость изготовления кокилей, их ограниченная
стойкость, трудность изготовления сложных по конфигурации отливок.
13. Литье намораживанием.
В настоящее время для получения цилиндрической чугунной отливки используют 3 основных
метода: литьё в песчано-глинистые формы, центробежное литьё и литьё в кокиль. Однако эти
методы наряду со своими доступностью и преимуществами имеют ряд недостатков, главным из
которых являются наличие двух фронтов кристаллизации, что приводит к неизбежному
образованию усадочных дефектов в отливках. Использование формовочных смесей не исключает
газовую пористость и попадание шлаковых включений в тело отливки.
Необходимость производства широко востребованных тонкостенных литых деталей с высокими
механическими свойствами и без распространенных литейных дефектов (усадочная пористость,
химическая неоднородность, окисные и шлаковые включения и т.п.) вызвала развитие различных
способов литья намораживанием. Характерной чертой этих способов литья является то, что объем
затвердевшего металла меньше объема металла, залитого в форму, и процесс формирования
отливки происходит под действием однонаправленного теплоотвода в условиях свободного
питания фронта кристаллизации жидким металлом в течение всего времени затвердевания. При
этом газовые пузыри, неметаллические и шлаковые включения оттесняются фронтом
кристаллизации и не попадают в тело отливки.
Особый интерес представляет новый метод непрерывно-циклического литья направленным
затвердеванием без стержня.
Его сущность заключается в следующем. Жидкий металл через металлопровод подают в стальной
водоохлаждаемый кристаллизатор, состоящий из стационарной и подвижной частей, до его
заполнения на высоту, равную высоте получаемой отливки. Затем подачу металла прекращают и
делают выдержку для намораживания заготовки необходимой толщины. Затвердевшую корку,
представляющую собой тело отливки, извлекают вверх из стационарного кристаллизатора и
расплава. Одновременно с началом извлечения заготовки расплав, находящийся в осевой ее части,
попадает на освобождающиеся участки рабочей втулки кристаллизатора и начинается
намораживание следующей отливки. В это же время в кристаллизатор через металлопровод
подают новую порцию расплава, объемом, равным объему извлеченной отливки, возвращают
подвижную часть кристаллизатора в исходное положение и вновь заполняют его до нужного
уровня.
Таким образом, через заданный промежуток времени из кристаллизатора извлекают отливки,
равные его высоте, и с тем же периодом заливают новые порции металла. Формирование литой
заготовки происходит во время выдержки затвердевающей корки в кристаллизаторе, а сам процесс
литья осуществляется в непрерывно-циклическом режиме. Процесс совмещенной
высокотемпературной термообработки осуществляется в индивидуальных ячейках отжига.
Температурный режим отжига поддерживается в каждой из ячеек за счет аккумулированной
отливками теплоты (температура в ячейке отжига составляет 1050…1100 °С), что исключает
необходимость дополнительного расхода энергии на нагрев.
14Литье вакуумным всасыванием.
Для литья вакуумным всасыванием (рис. 3.26) используется нагреваемый тигель 1, содержащий
расплавленный металл 2, на поверхности которого находится керамический поплавок 3. К поплавку
плотно прижимается водоохлаждаемая литейная форма 4, содержащая закреплённый внутри неё
стержень 5, предназначенный для получения в отливке полости требуемой конфигурации. Когда
вакуумный насос через трубу 6, соединённую с отверстиями стержня 5, начинает откачивать воздух,
в полости литейной формы 4 создаётся разряжение, в результате чего она начинает заполняться
металлом, образующим отливку 7. После затвердевания отливки полость формы 4 соединяется с
атмосферой, и незатвердевший металл сливается в нагреваемый тигель 1. Преимущество литья
вакуумным всасыванием состоит в устранении брака по газовым раковинам и пористости путём
всасывания выделяющихся газов и последовательной кристаллизации отливки. Этим способом
изготавливают разнообразные втулки, кольца, гайки, цилиндры, колёса компрессоров и другие
отливки преимущественно из цветных металлов и сплавов, в частности, медных и алюминиевых
15. Центробежное литье.
Принцип центробежного литья заключается в том, что заполнение формы расплавом и
формирование отливки происходят при вращении формы вокруг горизонтальной, вертикальной
или наклонной оси, либо при ее вращении по сложной траектории. Этим достигается
дополнительное воздействие на расплав и затвердевающую отливку поля центробежных сил.
Процесс реализуется на специальных центробежных машинах и столах. Чаше используют два
варианта способа, в которых расплав заливается в форму с горизонтальной или вертикальной осью
вращения. В первом варианте получают отливки – тела вращения малой и большой протяженности,
во втором – тела вращения малой протяженности и фасонные отливки. Наиболее
распространенным является способ литья пустотелых цилиндрических отливок в металлические
формы с горизонтальной осью вращения. По этому способу отливка формируется в поле
центробежных сил со свободной цилиндрической поверхностью, а формообразующей
поверхностью служит внутренняя поверхность изложницы. Расплав из ковша заливают во
вращающуюся форму через заливочный желоб. Расплав растекается по внутренней поверхности
формы, образуя под действием поля центробежных сил пустотелый цилиндр. После затвердевания
металла и остановки формы отливку извлекают. Данный способ характеризуется наиболее высоким
технологическим выходом годного (ТВГ = 100%), так как отсутствует расход металла на литниковую
систему. При получении отливок со свободной параболической поверхностью при вращении
формы вокруг вертикальной оси (рисунок 6.2) расплав из ковша заливают в форму, закрепленную
на шпинделе, приводимом во вращение электродвигателем. Расплав под действием
центробежных и гравитационных сил распределяется по стенкам формы и затвердевает, после чего
вращение формы прекращают и извлекают из нее затвердевшую отливку.
Отливки с внутренней поверхностью сложной конфигурации получают с использованием стержней
в формах с вертикальной осью вращения. Так отливают, например, венцы зубчатых колес. Расплав
из ковша через заливочное отверстие и стояк поступает в центральную полость формы
выполненную стержнями, а затем под действием центробежных сил через щелевые питатели – в
рабочую полость формы. При этом избыток металла в центральной полост формы выполняет роль
прибыли, обеспечивая питание отливки при затвердевании. Мелкие фасонные отливки можно
получать центробежным литьем в песчаные формы .Части формы и устанавливают на
центробежный стол и крепят на нем. При необходимости используют стержни . Рабочие полости
должны располагаться симметрично относительно оси вращения для обеспечения балансировки
формы. Расплав заливают через центральный стояк, из которого по радиальным каналам он
попадает в полости формы. Технологический выход годного при таком способе литья приближается
к выходу годного при литье в песчаные формы. При центробежном литье можно использовать
песчаные, металлические, оболочковые и объемные керамические, а также комбинированные
формы. Особенности формирования отливки. Главная особенность формирования отливок при
центробежном способе литья заключается в том, что заполнение формы металлом и затвердевание
отливки происходят в поле действия центробежных сил, во много раз превосходящих силу тяжести.
В этих условиях если твердые частицы соприкасаются со стенкой формы, они оказываются
прижатыми к стенке и уже не всплывают. На этом основано использование сыпучих покрытий для
металлических форм при центробежном литье. Действие центробежных сил необходимо
учитывать и при конструировании систем шлакозадержания и питания отливки, например, при
получении стальных фасонных отливок центробежной заливкой в песчаные формы.
Особенности охлаждения и затвердевания отливок в поле центробежных сил. При изготовлении
отливок со свободной поверхностью расплав охлаждается в изложнице неравномерно по объему.
Часть теплоты отводится от расплава через стенку изложницы и ее крышку, а часть – конвекцией и
излучением со стороны свободной поверхности. Количество теплоты, отводимое в воздушное
пространство от свободной поверхности отливки, значительно. Воздух, находящийся в полости
отливки, вовлечен в процесс вращения и находится в постоянном движении. Вдоль оси вращения
на смену нагретому воздуху поступают порции холодного. Более интенсивная циркуляция воздуха
наблюдается в случае вращения формы с расплавом вокруг вертикальной оси вследствие
естественного подъема горячего воздуха вверх. Подобная неравномерность охлаждения, особенно
толстостенных отливок, приводит к возникновению конвективных потоков в расплаве:
охлажденный и более плотный расплав перемещается от свободной поверхности внутрь
затвердевающей отливки, а горячий и менее плотный – наружу. Поэтому конвективные потоки в
расплаве циркулируют в радиальном направлении. В условиях центробежного литья это явление
наблюдается даже при небольшом различии температур и плотностей металла, так как
действующие в этой системе силы возрастают пропорционально величине гравитационного
коэффициента. Это способствует направленному затвердеванию отливки в радиальном
направлении, которое выражено тем сильнее, чем больше угловая скорость вращения формы.
16. Литьё под давлением.
Литьем под давлением получают отливки в металлических формах (пресс-формах), при этом
заливку металла в форму и формирование отливки осуществляют под давлением (до 300 МПа).
Литье под давлением является одним из высокопроизводительных способов изготовления
отливок, обеспечивающим высокое качество поверхности. Литьем под давлением обычно
изготавливают отливки из цинковых, магниевых и медных сплавов. Масса отливок колеблется от
нескольких граммов до нескольких десятков килограмм. Этот метод применяется для массового
производства тонкостенных отливок из цветных сплавов сравнительно простой конфигурации.
Машины для литья под давлением имеют или горячую, или холодную камеры прессования. На
машинах с горячей камерой прессования камера прессования расположена в обогреваемом тигле с
расплавленным металлом. При верхнем положении плунжера металл через отверстие заполняет
камеру прессования. При движении плунжера вниз отверстие перекрывается, сплав под давлением
10…30 МПа заполняет полость пресс-формы. После затвердевания отливки плунжер возвращается
в исходное положение, остатки расплавленного металла сливаются в камеру прессования, а
отливка удаляется из пресс-формы выталкивателями. Получают отливки из цинковых и магниевых
сплавов массой от нескольких граммов до 25 кг. Холодную камеру заполняют вручную. Машины с
холодной камерой прессования способны развивать несколько более высокое давление на жидкий
металл. Расплавленный металл заливается в камеру прессования специальной машины, а затем
под действием прессующего поршня, перемещающегося в этой камере, через литниковые каналы
заполняет с высокой скоростью полость формы. Затвердевание металла происходит под высоким
давлением. По окончании затвердевания сначала извлекаются стержни, затем форма раскрывается
и толкатель удаляет отливку из пресс-формы. Скорость подачи жидкого металла в пресс-форму
составляет примерно 0,5 м/с, а конечное давление на металл может составить от 40 до 100 МПа.
Форма заполняется за десятые доли секунды, а особо тонкостенные отливки – за сотые. Это
позволяет, несмотря на высокую скорость охлаждения металла в форме, изготавливать отливки с
очень тонкими стенками. Такие машины применяют для изготовления отливок из медных,
алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов массой до 45 кг. К числу недостатков литья под
давлением можно отнести: высокую стоимость пресс-форм, трудность получения отливок со
сложными поверхностями, опасность возникновения трещин на отливках, появление в отливках
воздушно-газовой пористости. Одной из разновидностей рассматриваемой технологии является
литье под низким давлением Тигель с металлом герметически закрыт крышкой, в которую
вмонтирован металлопровод. Металлопровод погружен в металл, почти до дна тигля. Песчаную
форму устанавливают на крышке и соединяют с металлопроводом. Воздух или инертный газ
закачивается под давлением до 0,1 МПа в полость тигля и давит на зеркало жидкого металла. Под
действием избыточного давления металл поступает в форму со скоростью, регулируемой
давлением. По окончании заполнения формы и затвердевания отливки полость камеры соединяют
с атмосферой и незатвердевший металл из металлопровода стекает в тигель. Литьем под низким
давлением изготавливают отливки из алюминиевых и магниевых сплавов, реже – из медных
сплавов при серийном и массовом производстве. Одним из существенных преимуществ метода
является возможность регулировать скорость потока заполнения формы, что важно для улучшения
качества тонкостенных крупногабаритных отливок.
17. Технологические основы конструирования деталей приборов, получаемых литьем.
Все заводы оптического приборостроения в своих изделиях применяют отливки. Практика
показывает, что вес отливок составляет от 30 до 90% от общего веса изделий. Одно из ведущих мест
в структуре литейного производства предприятий занимает литье под давлением. Этим способом
изготавливают главным образом отливки из цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов, а также
из латуни.
Производство отливок из алюминиевых сплавов в разных странах составляет 30-50% общего
выпуска (по массе) продукции литья под давлением. Следующую по количеству и разнообразию
номенклатуры группу отливок представляют отливки из цинковых сплавов.Магниевые сплавы для
литья под давлением применяются реже, что объясняется более сложными технологическими
условиями изготовления отливок. Однако следует отметить, что отливки из магниевых сплавов
почти в 1,5 раза легче отливок из алюминиевых сплавов и лучше обрабатываются резанием, причем
магний не налипает и не приваривается к поверхности стальных пресс-форм.Изготовление отливок
из медных сплавов (в основном из латуни) ограничено из-за низкой стойкости пресс-форм. Кроме
того, литье под давлением позволяет получать детали с готовой внешней или внутренней резьбой.
В настоящее время выпускаемые оптические приборы требуют прежде всего улучшения их
качества и снижения себестоимости. Известно, что производственные потери происходят очень
часто из-за дефектных отливок (брак доходит до 30%). Трудности и неполадки в работе литейных и
механических цехов вызываются неправильной, нетехнологичной отливкой, у которой неудачно
выбран материал, неправильно проставлены размеры или ошибочно определены оформляющие
поверхности и т.д .Под технологичностью литых деталей автор подразумевает такое их
конструктивное оформление, которое, не снижая основных функциональных требований к
конструкции, способствует получению заданных физико-механических свойств, размерной
точности и шероховатости поверхности при минимальной трудоемкости изготовления и
ограниченном использовании дефицитных материалов. Иными словами конструкция должна быть
сделана под технологический процесс получения ее заготовки и дальнейшей механической
обработки и сборки. Для выполнения такой работы конструктор должен знать сущность,
возможности и физические основы литейных процессов, технологию механической обработки и
процессов сборки. Должен уметь применять эти знания при создании конструкции детали. Для
реализации знаний он должен быть вооружен инструментом – методикой, разъясняющей приемы
использования технологической сущности производства при создании конструкции. Известно
также, что конструкторская разработка отливок является одной из наиболее трудных задач при
проектировании нового прибора, потому что конструктор должен решать целый комплекс
взаимосвязанных вопросов. Перечень основных задач, решаемых конструктором, показан на рис.1
Упрощенный методический комплекс конструкторских задач, возникающих при конструировании
отливок.Техническая литература, посвященная конструкциям отливок отражает только
технологическую сторону литья, т.е. влияние самого процесса без учета условий функционального
назначения детали, простановки размеров и дальнейшей механической обработки. Выбирать
материал для деталей рекомендуют по физико-механическим свойствам не учитывая ни одно из
семи литейных свойств сплавов (жидкотекучесть, ликваци и т.д.).Рассматриваются технологические
основы конструирования отливок для литья в песчаные формы и выводы переносятся на литье под
давлением, на что нет никаких оснований, так как существенно различается физическая сущность
процессов. Литературы же по конструированию литых деталей оптико-механических приборов
вообще нет. Отставание в области конструирования отливок происходит при существенном
прогрессе литейного производства за последние десятилетия, особенно в использовании отливок
большой точности ( литье под давлением, точное литье). Необходимо подчеркнуть, что
одновременно значительно повысились требования, касающиеся необходимости приспособить
конструкции отливок к условиям массового или серийного производства как в литейных так и в
механических цехах.При конструировании необходимо примирить противоречия возникающие
между требованиями, предъявляемыми потребителем, и возможностями изготовления отливок,
устанавливаемыми технологом. Необходимо уметь критически оценивать эти противоречия и
находить наилучшие решения для их устранения.Эта задача становится тем сложнее, чем дальше
идут требования потребителя и чем ниже должна быть стоимость изготовления отливок. Чтобы
получить наилучшие результаты, необходимо выработать такие методы, которые были бы полезны
при разработке новых проектов, при критическом рассмотрении своих и чужих решений, позволяли
бы учить молодых конструкторов. Эти методы должны помогать конструктору вскрывать
существующие проблемы в собственном понимании вопроса.
19. Методы обработки давлением. Классификация.
Классификация способов обработки металлов давлением
В современном производстве применяют следующие виды обработки металлов давлением (рис.
13.1,а-е): прокатку, прессование, волочение, ковку и штамповку.
Рис. 13.1. Схемы основных способов обработки металлов
давлением: а — прокатка; б — прессование; в — волочение; г — ковка; д— листовая
штамповка; е — объемная штамповка
Прокатка(рис. 13.1, а) используется для обжатия заготовки 1 между вращающимися
валками 2 прокатного стана в целях уменьшения поперечных размеров заготовки и придания ей
заданной формы. Силы трения Ртр затягивают заготовку в валки, а силы F деформируют ее.
Прессование (рис. 13.1,6) представляет собой процесс вытеснения металла заготовки 1 через
отверстие матрицы 2; при этом сечение выходного конца заготовки соответствует контуру
отверстия в матрице. Заготовка помещается в контейнер 3, в котором на нее воздействует с
силой F давящий инструмент 4.
При волочении(рис. 13.1, в) с силой F протягивают заготовку 1 через отверстие волочильного очка
(волоку) 2. Площадь выходного сечения волоки меньше площади сечения исходной заготовки.
Ковка(рис. 13.1, г) применяется для изменения формы и размеров заготовки 1 за счет
последовательного воздействия с силой F инструмента 2.
Штамповка вводится с целью изменения формы и размеров заготовки в специально изготовленном
для каждой детали штампе. Штампом называется деформирующий инструмент, под воздействием
которого материал или заготовка приобретает форму и размеры, соответствующие поверхности
или контуру этого инструмента. Штамповку разделяют на листовую (рис. 13.1, д) - заготовка 1 деформируется пуансоном 2 и матрицей 3 и объемную (рис. 13.1, е) —
заготовка 1 деформируется в штампе из двух половин 2
Под обработкой давлением понимают методы получения изделий путем пластической
деформации металлов и сплавов.
Величина пластической деформации не безгранична, при определенных ее значениях может
начаться разрушение металла. Однако, создавая наиболее благоприятные условия
деформирования, в настоящее время достигают значительного пластического формоизменения
даже у материалов, имеющих в обычных условиях невысокую пластичность.
Существенные преимущества обработки металлов давлением по сравнению с обработкой
резанием – возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышения
производительности труда, поскольку в результате однократного приложения деформирующей
силы можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла
заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными
свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т. д.) при наименьшей их массе.
Эти и другие преимущества обработки металлов давлением способствуют неуклонному росту ее
удельного веса в металлообработке.
Рис. 22 Основные схемы деформирования в обработке металлов давлением
(рис. 22, в) – схема деформирования, являющаяся сутью объемной штамповки. Металл заготовки
заполняет полость, называемую ручьем, специального инструмента – штампа, приобретая его
форму и размеры. Течение металла ограничивается поверхностями полостей. Выдавливание
металла(рис. 22, г) через отверстие заданного сечения в матрице 1 происходит вследствие его сжатия в замкнутой полости, образуемой контейнером 3, матрицей 7 и пуансоном 4. при Схема
выдавливания характерна для таких видов обработки металлов давлением, как прессование,
горячая и холодная штамповка .Волочение(рис. 22, д) заключается в протягивании заготовки 2 через
сужающееся отверстие в инструменте, называемом волокой 7; площадь поперечного сечения
заготовки уменьшается и получает форму поперечного сечения отверстия волоки, а следовательно,
длина (из условия постоянства объема при пластической деформации) увеличивается. В
зависимости от температуры пластического деформирования различают холодную и горячую
обработку давлением. Основная цель нагрева – повышение пластических свойств для улучшения
заполнения рабочего пространства штампа, а также уменьшения износа инструмента.
Максимальную температуру нагрева, т. е. температуру начала горячей обработки давлением,
следует назначать такой, чтобы не было пережога (появления хрупкой пленки между зернами
металла вследствие окисления их границ) и перегрева. В процессе обработки нагретый металл
обычно остывает, соприкасаясь с более холодным инструментом и окружающей средой.
Заканчивать горячую обработку давлением следует также при вполне определенной температуре,
ниже которой пластичность вследствие упрочнения падает и в изделии возможно образование
трещин. Но при высоких температурах заканчивать деформирование нецелесообразно, особенно
для сплавов, не имеющих фазовых превращений. В этом случае после деформирования зерна
успевают вырасти и получается крупнозернистая структура, характеризующаяся низкими
механическими свойствами. Каждый металл и сплав имеет свой строго определенный
температурный интервал горячей обработки давлением. С увеличением времени нагрева
увеличивается окисление поверхности металла, так как при высоких температурах металл активнее
химически взаимодействует с кислородом воздуха. В результате на поверхности, например,
стальной заготовки образуется окалина - слой, состоящий из оксидов железа. Кроме потерь
металла с окалиной, последняя, вдавливаясь в поверхность заготовки при деформировании,
вызывает необходимость увеличения припусков на механическую обработку. Окалина увеличивает
износ деформирующего инструмента, так как ее твердость значительно больше твердости горячего
металла. При высоких температурах на поверхности стальной заготовки интенсивно окисляется не
только железо, но и углерод; происходит так называемое обезуглероживание. Толщина
обезуглероженного слоя иногда достигает 1,5-2 мм. Для уменьшения окисления заготовки
нагревают в нейтральной или восстановительной атмосфере. Для увеличения производительности
применяют индукционный нагрев. При этом способе в специально изготовленный индуктор (из
медной трубки) подается ток высокой частоты. Между витками индуктора создается магнитное
поле, и на поверхность заготовки наводятся токи Фуко, которые вызывают разогрев поверхности.
Количество тепла, выделяемое заготовке: Q=0,24J2Rt. Чем больше сила тока, тем выше скорость
разогрева.
20 Прокатка. Накатывание резьбы . Волочение.
Накатывание резьбы осуществляется при помощи давления, а не резания металла. При этом
методе волокна материала не разрезаются, а деформируются пластически под воздействием
резьбонакатных плашек или роликов, выступы которых вдавливаются в обрабатываемый металл.
Полученная таким методом резьба имеет ровную, чистую и уплотненную поверхность.
Накатывается резьба в холодном состоянии. Материал изделия влияет весьма сильно на качество
резьбы: высокое качество резьбы получается на изделиях из пластичного материала; на твердом
материале резьба, в особенности крупная, накатывается на мощных станках с большими
нагрузками.
Резьбу можно накатывать двумя способами: 1) плоскими накатными плашками и 2) накатными
роликами (иногда их называют круглыми плашками).
На рис. 18 показана схема накатывания резьбы плоскими плашками. Плашка 1 неподвижна, а
подвижная плашка 2 установлена на ползуне, совершающем прямолинейное возвратнопоступательное движение; 3 — деталь в положении до накатывания; 4 — деталь в положении
после накатывания.
Рис.18. Схема накатывания резьбы плоскими плашками
Рабочая поверхность плашек имеет прямолинейную резьбу (развертку резьбы винта) с профилем
и углом подъема, соответствующими
профилю и углу подъема накатываемой резьбы. Помещенная между плашками цилиндрическая
заготовка в результате перемещения подвижной плашки 2 переходит из первоначального
положения 3 в конечное 4 и при этом вследствие деформации металла приобретает резьбовую
поверхность. Неподвижная плашка 1 имеет заборную часть, захватывающую заготовку и
формирующую профиль резьбы, калибрующую часть, и сбег, обеспечивающий плавный выход
заготовки из плашек. Подвижная плашка обычно изготовляется без заборной части.
При работе плоскими плашками возникают большие давления, Поэтому этим способом нельзя
накатывать резьбы на недостаточно жестких или пустотелых заготовках.
Прокатка – вид обработки давлением, при котором металл пластически деформируется между
вращающимися валками. Заготовка перемещается за счет сил трения. Толщина уменьшается, но
увеличивается длина и ширина. Форма поперечного сечения проката называется профилем.
Прокаткой обрабатывают сталь, цветные металлы и сплавы.
При продольной прокатке (рис. 10.2,а) заготовка
деформируется между вращающимися в разные стороны валками и движется поступательно,
перпендикулярно оси валков. Этим способом изготавливается около 90 % проката (весь листовой и
профильный прокат). При поперечной прокатке (рис. 10.2,б) оба валка вращаются в одном
направлении, заготовка круглого сечения – противоположном. Заготовка деформируется, но не
движется вдоль оси валков. Поперечная прокатка применяется для производства изделий,
представляющих собой тела вращения – заготовки для валов переменного сечения, зубчатые
колеса. При поперечно-винтовой (косой) прокатке (рис. 10.2,в) валки расположены под углом,
вращаются в одну сторону и придают заготовке вращательно-поступательное движение. За счет
перекоса валков заготовка получает поперечную и продольную деформацию. Этим видом прокатки
производят, например, бесшовные трубы.
Продукция прокатного производства – готовые изделия (балки, трубы, рельсы и др.), заготовки для
последующей механической обработки. В зависимости от профиля, прокат делится на листовой,
сортовой, трубный и специальный. Сортовой прокат делится на простой (квадрат, круг,
шестигранник, прямоугольник) и фасонный (уголок, двутавр, тавр, швеллер, рельс). Листовой
прокат делится на толсто- (до 160 мм) и тонколистовой (менее 4 мм). Листы толщиной менее 0,2
мм называют жестью или фольгой. Толстолистовой прокат получают только в горячем
состоянии. Трубный прокат получают на трубопрокатных станах. Бесшовные горячекатаные трубы
получают из заготовок круглого сплошного сечения прокаткой сначала на стане поперечновинтовой прокатки, где заготовка получает винтообразное движение и внутри ее образуется
полость, а затем на стане продольной прокатки (пилигримовый стан) из полой заготовки (гильзы)
получают трубу требуемых размеров. Сварные трубы изготовляют из горячекатаной ленты
(штрипса) на непрерывных прокатных станах. Штрипс завивают на калиброванных валках с
непрерывной сваркой спирального или прямого шва автоматической сварочной головкой.
Волочение – вид обработки металлов давлением, при котором заготовка в холодном состоянии
протягивается через сужающееся отверстие – волоку (рис. 10.4). Выполняют волочение через ряд
уменьшающихся отверстий. При волочении происходит наклеп металла, поэтому между
переходами для снятия упрочнения делают отжиг материала с последующим травлением окалины.
Волочением обрабатывают сталь, цветные металлы и их сплавы. Производят проволоку,
калиброванные прутки и тонкостенные трубы различного профиля. Изделия получаются с высокой
чистотой поверхности и точными размерами. Волока работает в жестких условиях, изготавливается
из инструментальной стали или твердого металлокерамического сплава. При волочении тонкой
проволоки – из технических алмазов. Для уменьшения трения, повышения стойкости инструмента
и улучшения отвода тепла применяют жидкие и сухие смазки (минеральное масло, эмульсии,
мыло, порошки графита, меди, молибдена). Волочильные станы состоят из станины с держателем
для волоки и тянущего устройства. При волочении протягиваемый металл движется прямолинейно
(цепной, реечный стан) или наматывается на барабан.
21. Характеристики методов объемной штамповки.
Объёмная штамповка представляет собой весьма сложный технологический процесс кузнечноштамповочного производства. Суть работы заключается в том, чтобы придать простой заготовке
более сложную форму, а если говорить точнее, необходимый для выполнения каких- либо задач
предмет. Необходимый вид металлической заготовке придаётся с помощью специального штампа.
Если говорить, как о теме реферата объёмная штамповка представляет тобой процесс постепенно
распределения металла имеющейся заготовки, которая достигается за счёт постепенной
пластической деформации нагретого металла.
Давайте сейчас перечислим все основные операции, которые существуют в объёмной штамповке.
Это садка, высадка, протяжка, выдавливание, сгибание, сплющивание, калибровка, намеренное
создание углублений, утолщений и выступов. Все эти операции осуществляются на специальных
кузнечно-прессовых машинах. К ним можно отнести прессы, молоты и машины, которые имеют
специальное назначение. Из штампованных поковок после процесса термической обработки
получают весьма большое разнообразие деталей. Среди них можно отметить коленчатые валы,
шатуны, лопатки турбин, шары, кольца подшипников и многое другое.
На сегодняшний день существует только два вида объёмной штамповки: холодная и горячая.
Процесс холодной штамповки проходит без предварительного нагрева металлической заготовки. В
качестве исходного материала при холодной штамповке выступают калиброванные прутики,
которые предварительно нарезаются на штучные заготовки.
Процесс горячей объёмной штамповки осуществляется после предварительного разогрева
исходного материала до температуры в пределах от 200 до 1300 °С. Стоит запомнить, что
температура нагрева зависит только от состава обрабатываемого сплава и условий, в которых он
обрабатывается. В качестве исходного материала при горячей объёмной штамповке выступают
прокатные прутики, которые предварительно разделяют на вымеренные заготовки. А если точнее,
то каждая такая заготовка должна быть равна по объёму будущей поковке. При этом так же
обязательно стоит учитывать неизбежные отходы. Масса готовых изделий колеблется от
нескольких грамм до шести - восьми тонн. Так же нужно отметить, что точность размеров будущей
поковки зависит лишь от её начальной конфигурации и объёма. Объемная штамповка, под
объемной штамповкой понимают процесс, при котором металл заготовки деформируется с
изменением всех размеров заготовки, принимая форму рабочей поверхности специального
инструмента - штампа. При этом форма и размеры рабочей полости (ручья) штампа полностью
определяют конфигурацию изготовляемой поковки. Штампы по конструкции могут быть
одноручьевыми - для деталей простой формы, и многоручьевыми - для сложных.
22. Горячая объемная штамповка
Объемной штамповкой называют процесс получения поковок, при котором формообразующую
полость штампа, называемую ручьем, принудительно заполняют металлом исходной заготовки и
перераспределяют его в соответствии с заданной чертежом конфигурацией.
Применение объемной штамповки оправдано при серийном и массовом производстве. При
использовании этого способа значительно повышается производительность труда, снижаются
отходы металла, обеспечиваются высокие точность формы изделия и качество поверхности.
Штамповкой можно получать очень сложные по форме изделия, которые невозможно получить
приемами свободной ковки.
Объемную штамповку осуществляют при разных температурах исходной заготовки и, в
соответствии с температурой, делят на холодную и горячую. Наиболее широкое распространение
получила горячая объемная штамповка (ГОШ), которую ведут в интервале температур,
обеспечивающих снятие упрочнения.
Исходным материалом для горячей объемной штамповки являются сортовой прокат, прессованные
прутки, литая заготовка, в крупносерийном производстве – периодический прокат, что
обеспечивает сокращение подготовительных операций.
Формообразование при горячей объемной штамповке
Основная операция ГОШ может быть выполнена за один или несколько переходов. При каждом
переходе формообразование осуществляется специальной рабочей полостью штампа – ручьем
(гравюрой). Переходы и ручьи делятся на две группы: заготовительные и штамповочные. Схема
технологического процесса получения сложной заготовки в нескольких ручьях представлена на
рис.13.1.
Рис. 13.1. Стадии получения сложной поковки в нескольких ручьях
1 – Черновой ручей; 2 – подкатной ручей; 3 – протяжной ручей; 4 – чистовой ручей, 5 – гибочный
ручей
Заготовительные ручьипредназначены для фасонирования в штампах.
Фасонирование– перераспределение металла заготовки с целью придания ей формы,
обеспечивающей последующую штамповку с малым отходом металла.
К заготовительным ручьям относятся протяжной, подкатной, гибочный и пережимной, а также
площадка для осадки.
Протяжнойручей предназначен для увеличения длины отдельных участков заготовки за счет
уменьшения площади их поперечного сечения, выполняемого воздействием частых слабых ударов
с кантованием заготовки.
Подкатной ручейслужит для местного увеличения сечения заготовки (набора металла) за счет
уменьшения сечения рядом лежащих участков, то есть для распределения объема металла вдоль
оси заготовки в соответствии с распределением его в поковке. Переход осуществляется за
несколько ударов с кантованием.
Пережимной ручейпредназначен для уменьшения вертикального размера заготовки в местах,
требующих уширения. Выполняется за 1…3 удара.
Гибочный ручейприменяют только при штамповке поковок, имеющих изогнутую ось. Служит для
придания заготовке формы поковки в плоскости разъема. Из гибочного ручья в следующий
заготовку передают с поворотом на 900.
При штамповке поковок, имеющих в плане форму окружности или близкую к ней, часто применяют
осадку исходной заготовки до требуемых размеров по высоте и диаметру. Для этого на плоскости
штампа предусматривают площадку для осадки.
Штамповочные ручьипредназначены для получения готовой поковки. К штамповочным ручьям
относятся черновой (предварительный) и чистовой (окончательный).
Черновой ручейпредназначен для максимального приближения формы заготовки к форме поковки
сложной конфигурации. Глубина ручья несколько больше, а поперечные размеры меньше, чем у
чистового ручья (чтобы заготовка свободно укладывалась в чистовой ручей). Радиусы скругления и
уклоны увеличиваются. В открытых штампах черновой ручей не имеет облойной канавки.
Применяется для снижения износа чистового ручья, но может отсутствовать.
Чистовой ручейслужит для получения готовой поковки, имеет размеры «горячей поковки», то есть
больше, чем у холодной поковки, на величину усадки. В открытых штампах по периметру ручья
предусмотрена облойная канавка, для приема избыточного металла. Чистовой ручей расположен
в центре штампа, так как в нем возникают наибольшие усилия при штамповке.
Технологический процесс ГОШ отличается значительным разнообразием и определяется выбором
самого изделия и применяемым оборудованием.
Технологический процесс зависит от формы поковки. По форме в плане поковки делятся на две
группы: диски и поковки удлиненной формы.
К первой группе относятся круглые или квадратные поковки, имеющие сравнительно небольшую
длину: шестерни, диски, фланцы, ступицы, крышки и др. Штамповка таких поковок производится
осадкой в торец исходной заготовки с применением только штамповочных переходов.
Ко второй группе относятся поковки удлиненной формы: валы, рычаги, шатуны и др. Штамповка
таких поковок производится протяжкой исходной заготовки (плашмя). Перед окончательной
штамповкой таких поковок в штамповочных ручьях требуется фасонирование исходной заготовки в
заготовительных ручьях штампа, свободной ковкой или на ковочных вальцах.
Так как характер течения металла в процессе штамповки определяется типом штампа, то этот
признак можно считать основным для классификации способов штамповки. В зависимости от типа
штампа выделяют штамповку в открытых и закрытых штампах (рис. 13.2).
Рис. 13.2. Схемы штамповки в открытых и закрытых штампах: 1 – облойная канавка
Штамповка в открытых штампах(рис.13.2.а) характеризуется переменным зазором между
подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла – облой, который
закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл заполнить всю полость. В
конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в
полости, что позволяет не предъявлять высокие требования к точности заготовок по массе.
Штамповкой в открытых штампах можно получить поковки всех типов.
Штамповка в закрытых штампах (рис.13.2.б) характеризуется тем, что полость штампа в процесс
деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа
постоянный и небольшой, образование в нем облоя не предусмотрено. Устройство таких штампов
зависит от типа машины, на которой штампуют. Например, нижняя половина штампа может иметь
полость, а верхняя – выступ (на прессах), или верхняя – полость, а нижняя – выступ (на молотах).
Закрытый штамп может иметь две взаимно перпендикулярные плоскости разъема (рис. 13.3.в).
При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и
поковки, иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер
поковки по высоте будет больше требуемого. Отрезка заготовок должна обеспечивать высокую
точность.
Существенное преимущество штамповки в закрытых штампах – уменьшение расхода металла из-за
отсутствия облоя. Поковки имеют более благоприятную структуру, так как волокна обтекают контур
поковки, а не перерезаются в месте выхода металла в облой. Металл деформируется в условиях
всестороннего неравномерного сжатия при больших сжимающих напряжениях, это позволяет
получать большие степени деформации и штамповать малопластичные сплавы.
23. Калибровка. Холодное выдавливание. Холодная высадка.
Калибровка стали может подразумевать собой сразу несколько определений, каждое из которых
будет верным.
Калибровка – это:
Сталь, которая выпускается в прутках.
Сортовой калиброванный прокат, главное отличие которого от горячекатаного заключается в
высокой точности и качестве поверхности материала, благодаря чему появляется возможность его
применения на автоматах и холодновысадочном оборудовании. За счет этого можно существенно
сократить расход металла в процессе его дальнейшей обработки.
Холодное волочение, сопровождаемое небольшими обжатиями горячекатаной сортовой стали с
целью получения более высокого качества поверхности, более точных размеров, а в некоторых
случаях и повышении некоторых механических свойств.
ГДЕ ПРИМЕНЯЕТСЯ КАЛИБРОВКА?
Калибровку используют в работах, связанных с машиностроением, автомобилестроением,
судостроением, приборостроением, а также некоторых других промышленных направлениях,
которые требуют использования точных и экономичных профилей, а также стали высокого
качества.
КАКИЕ СУЩЕСТВУЮТ ВИДЫ КАЛИБРОВКИ?
Благодаря использованию калибровки можно получить поковку (промежуточное изделие,
полученное объемной штамповкой или ковкой) максимально точного размера и веса, которая
будет обладать поверхностью самого высокого качества. Калибровка способна значительно
ускорить механическую обработку, используя в дальнейшем для завершения только шлифовку.
Калибровку осуществляют как в холодном, так и в горячем состоянии.
За счет использования холодной калибровки появляется возможность достижения максимально
точных размеров и высокого качества поверхности. В свою очередь, горячая калибровка получила
большее распространение при работе с поковками более крупных размеров, так как она не
позволяет достичь такую же точность, как холодная.
Плоскостная калибровка необходима для получения более точных вертикальных размеров,
которые располагаются между отдельными параллельными друг другу плоскостями поковки, а
также для придания им высокого качества. При этом происходит увеличение размеров поковки,
которые находятся в перпендикулярном направлении относительно действия усилия пресса.
При холодной плоскостной калибровке точность размеров поковок, площадь которых достигает
260 кв. мм, может сопровождаться полем допуска порядка 0,16 мм. Если площадь составляет
2500х4000 кв. мм, то поле допуска будет составлять 0,50 мм.
При использовании горячей плоскостной калибровки поле допуска может быть увеличено на 50%
(по направлению движения ползуна пресса).
При объемной калибровке точность может быть ниже плоскостной примерно на 30-40%, при этом
увеличивается качество поверхности поковки. Объемная калибровка, которая выполняется в
нагретом состоянии, способна значительно снизить точность размеров и качество поверхности.
При комбинированной калибровке сначала проводят объемную, после которой проводят
плоскостную калибровку. Увеличение точности происходит в возрастающей степени.
Разновидностью прессования является холодное выдавливание, осуществляемое в штампах. Этот
процесс осуществляется по трем методам: прямой; обратный; комбинированный. Схемы методов
изображены на рис. 6.5. Как выходные заготовки могут использоваться заготовки, производимые
из листов, прутковые или профилированные. С помощью выдавливания изготавливаются самые
разнообразные детали, например стаканчики, гильзы, баллончики, сильфонные трубки, валики,
болты, гайки, маховички, фланцы и др..
Рисунок. 6.5. Схемы методов холодного выдавливания: а - обратный метод: 1 - пуансон, 2 съемник, 3 - изделие, 4 - матрица; б - прямой метод: 1 - пуансон, 2 - матрица, 3 - изделие, 4 выталкиватель; в - комбинированный метод: 1 - верхний пуансон, 2 - нижний пуансон, 3 - матрица;
4 - изделие, 5 - выталкиватель
Материалом для этого процесса могут служить как цветные металлы и их сплавы, так и стали.
Сравнительно новым вопросом является изготовление с помощью этого процесса деталей из стали.
По сравнению с цветными металлами сталь значительно труднее поддается выдавливанию. Для
получения стальных изделий этим методом необходимо точное соблюдение ряда условий
касательно выбора материала матриц и пуансонов, его термической обработки, качества и свойств
стали, подвергаемой выдавливанию, скорости процесса, размеров и формы изделия, методов
смазки и т.д. Вследствие того что холодное выдавливание протекает в условиях преимущества
схемы всестороннего неравномерного сжатия, то принципиально почти все стали подвергаются
этому процессу. Но несмотря на это через возникающие большие давления, что перегружают
инструмент, существуют некоторые ограничения. Таким образом, пределы экономического
применения выдавливания стальных изделий обусловлены доступным удельным давлением в
инструменте и пластическими свойствами обработанной стали. Некоторые ученые считают, что
процессы при которых удельное давление в инструменте превышает 250 кг/мм2 (2500 Мн/м2) или
состав стали не предполагает за один переход степень деформации более 25%, является не
экономичным. Так как наибольшее количество деталей машин производится из конструкционных
сталей, то очень важным является вопрос разработки условий их холодного выдавливания. В ряде
случаев достаточно успешно производятся изделия из сталей марок 15 кп, стали, 15Х, 20ХГ, 40Х,
25Х2МФА, 35ХЮА и др... Некоторые стали возможно обрабатывать даже со степенью деформации
90%. На величину удельного давления при холодном выдавливании стали, а прежде всего и на
работу штамповочного инструмента, особенно влияют механические свойства деформируемой
стали, степень деформации, толщина стенки стакана, угол конусности входного отверстия матрицы,
угол конусности Пуассона, смазки. Например, при обратном выдавливании стана из
малоуглеродистой стали (ав = 38 кг/мм2; от = 26 кг/мм2) при степени деформации 30%, удельное
давление составляет около 140 кг/мм2 (1400 Мн/м2), а при степени деформации 60% - около 240
кг/мм2 (2400 Мн/м2). Экспериментально установлено, что стальные изделия не совместимо
изготавливать выдавливанием с толщиной стенки менее 4 - 4,5 мм, так как при малой толщине
стенки резко увеличивается удельное давление, величина которого даже для малоуглеродистой
стали будет превышать 250 кг/мм2 (2500 Мн/м2 ).
Холодная высадка — операция холодной объёмной штамповки — получение деталей (заготовок) с
местными утолщениями путём уменьшения длины части заготовки (местная осадка) без нагрева
металла.
Горячая высадка
Схема холодной высадки
1 — пуансон; 2 — матрица; 3 — заготовка
Холодная высадка — основная операция получения деталей типа болтов, винтов, заклёпок. Для
изготовления подобных деталей применяются холодновысадочные автоматы, на которых, кроме
высадки, производятся и другие операции (отрезка, прошивка, накатка резьбы и т.п.), что позволяет
получать детали, не требующие обработки резанием, с производительностью до нескольких сотен
в мин. В автомобильной и тракторной промышленности почти все крепежные детали изготовляют
холодной высадкой. Этим способом изготовляют и более сложные детали (например, шаровые и
ступенчатые пальцы, ролики и шарики подшипников и др.).
Холодной высадке подвергают калиброванные стальные прутки диаметром 0,6 до 38 мм, а также
прутки из цветных сплавов (алюминиевых, медных и др.), круглых шестигранных и других форм
сечения. Стальные прутки должны предварительно отжигаться (см. Отжиг второго рода).
24. Чеканка. Разметка. Клеймение
Чеканка — технологический процесс изготовления рисунка, надписи, изображения,
заключающийся в выбивании на пластине определённого рельефа. Один из видов декоративноприкладного искусства.
Является одним из вариантов художественной обработки металла.
Техника чеканки применяется при создании посуды, декоративных панно, различных ювелирных
украшений.
Рельеф на листовом металле создают с помощью специально изготовленных инструментов —
чеканов и выколоточных молотков, которые изготовляют как из металла так и древесины.
Для чеканных работ применяют такие металлы как латунь, медь, алюминий и сталь толщиной от
0,2 до 1 мм, в некоторых случаях золото и серебро.
Рельеф или рисунок можно чеканить, положив лист металла на торец березового или липового
кряжа, на войлок, толстую резину, брезентовый мешок с речным песком, слой пластилина или
смолы. В некоторых случаях более удобна свинцовая плита.
Чеканка монет характеризуется созданием рельефа на поверхности металла зачастую большей
толщины, чем при художественной чеканке (больше 1 мм). Осуществляется путём сильных
ударов штемпелем — пуансоном, имеющим углубленные изображения и надписи. Для точности и
достаточной силы удара используются специальные станки.
Разметкой называется операция нанесения на заготовку (поковку, отливку, прокат и т. д.) рисок
(линий) для ее последующей обработки. Риски могут быть контурными, контрольными и
вспомогательными.
Контурными рисками отделяют металл припуска от металла готовой детали. Чтобы контурные
риски лучше выделялись и сохранялись при транспортировке и обработке заготовки, их накернивают, т. е. наносят вдоль рисок небольшие конические углубления (керны).
При последующей обработке припуск снимается так, чтобы на детали оставалась половина ширины
контурной риски и половина каждого накерненного углубления (керна). Контурные риски
используют также для установки и выверки заготовок на станке.
Вспомогательные риски служат для отсчета размеров при разметке и установке заготовки на станке.
Контрольные риски наносят рядом с контурными на расстоянии 5—10 мм. Являясь параллельными
(или концентричными) контурным, эти риски дают возможность в любой момент проверить как
правильность установки, так и правильность обработки (если почему-либо исчезла контурная
риска).
Таким образом, разметка состоит в нанесении на заготовку линий, необходимых для обработки
детали. Перед разметкой те места заготовок, на которые будут нанесены риски, окрашивают, чтобы
риски и керны легко отыскивались. Для окраски чаще всего применяют мел с примесью клея,
разведенный в воде. Обработанные поверхности стальных и чугунных заготовок иногда покрывают
раствором медного купороса в воде; это приводит (в результате реакции медного купороса с
железом) к образованию на поверхности заготовки тонкого слоя меди, по которому наносят
разметочные риски.
Разметка разделяется на плоскостную и объемную. Плоскостная разметка производится по
листовому материалу с одной стороны (в одной плоскости); при объемной разметке риски наносят
на две (или больше) поверхности заготовки.
В современном машиностроении стараются по возможности отказываться от разметки, так как она
требует высококвалифицированной рабочей силы, а точность обработки по ней невелика. Однако
это удается лишь при массовом и крупносерийном производстве, где разметка полностью или в
значительной степени может быть упразднена за счет применения специальных станков и
приспособлений, обеспечивающих правильную базировку (установку) заготовки и гарантирующих
получение размеров деталей в установленных допусках. При единичном и мелкосерийном
производстве стоимость изготовления приспособлений не окупается, поэтому обработка деталей
производится по разметке. Недостаточная точность деталей, обработанных по разметке, заставляет
прибегать к индивидуальной пригонке их при сборке. Для разметки заготовки устанавливают на
разметочных плитах. Верхняя (рабочая) плоскость плиты, на которой устанавливаются заготовки и
разметочные инструменты, и ее боковые грани точно обрабатываются (строганием).
Часто по верхней плоскости плиты прострагивают узкие и неглубокие взаимно-перпендикулярные
канавки так, чтобы образовались квадраты со стороной от 200 до 500 мм. Эти канавки во многих
случаях облегчают установку на плите заготовок и приспособлений. Размеры плит колеблются в
широких пределах от 750 X 750 до 4000 X X 6000 мм; более крупные плиты (для разметки очень
больших заготовок) составляют из нескольких плит и устанавливают на фундаменте.
В качестве инструментов при разметке используют масштабные линейки, рейсмусы, угольники,
циркули, кернеры и др.
Масштабная линейка используется для отсчета размеров; она закрепляется на угольнике так, чтобы
ее торец (нулевой штрих) касался рабочей поверхности плиты.
Рейсмус применяется для нанесения на заготовку рисок, параллельных рабочей плоскости
разметочной плиты. При работе рейсмусом основание передвигают по плите, а иглой,
установленной по масштабной линейке на размер по высоте, наносят риски.
Ручная игла или чертилка используется для нанесения линий по линейке, угольнику или шаблону.
Рис. 1. Масштабная линейка, прикрепленная к угольнику
Рис. 2. Разметочный рейсмус
Рис. 3. Ручная игла (чертилка)
Рис. 4. Малка
Угольник применяют для нанесения чертилкой вертикальных рисок и для проверки вертикального
положения какой-либо плоскости заготовки, а также для построения прямых углов.
Малка и угломер применяются для нанесения нашонных рисок и контроля установки заготовки на
разметочной плите. Установка линейки малки на нужный угол производится по транспортиру или
угломеру. После установки линейка закрепляется поворотом барашка.
Разметочный циркуль служит для нанесения рисок окружностей и дуг, а также для откладывания
размеров, взятых по масштабной линейке. В отдельных случаях для разметки окружностей и дуг
используется также штангенциркуль.
Угольник-центроискатель применяется для нанесения диаметральных рисок на торцах валов и
соответственно отыскания центров на торцах. Угольник-центроискатель состоит из угольника и
прикрепленной к нему линейки, рабочее ребро которой делит угол угольника пополам. Для
разметки угольник прикладывают к заготовке и по линейке чертилкой наносят риску. Для
отыскания центра заготовки наносят вторую риску после поворота угольника на некоторый угол.
Рис. 5. Разметочный циркуль
Рис. 6. Угольник-центроискатель
Рис. 7. Кернер
Кернер служит для нанесения кернов на рисках или для наметки центров отверстий.
Клеймение– это пробирно-технологическая операция нанесения оттиска государственного
пробирного клейма на ювелирные и бытовые изделия из драгоценных металлов.
1. Механический метод — оттиски клейм наносятся на изделие ударным способом (механическими
пробирными клеймами при помощи молотка, либо на станках для массового клеймения). Оттиски
наносятся как изнутри, так и снаружи. Так же используются специальные подставки — наковальни,
подходящие
по
форме
к
изделию.
Является самым массовым способом (70-80% всех изделий клеймятся именно так).
ДОСТОИНСТВА:
Оттиски
четкие,
стойкие,
долговечные.
НЕДОСТАТКИ: При нанесении клейм, изделие может быть подвержено порче (некоторой
деформации от удара молотком по клейму).
2. Электро-искровой метод — оттиски клейм наносятся на изделие медными клеймамиэлектродами при помощи электро-искровой установки. Оттиск выжигают искрой, бегущей по
контуру клейма-электрода, в водной среде, под действием электрического тока.
Отличительной особенностью именника для электро-искрового клеймения должны являться
перемычки сверху между контуром именника и его знаками, а так же заход электрода впереди
сверху.
25. Формоизменяющие операции листовой штамповки. Классификация.
Как правило, при листовой штамповке пластические деформации получает лишь часть заготовки.
Операцией листовой штамповки называется процесс пластической деформации, обеспечивающий
характерное изменение формы определенного участка заготовки. Различают формоизменяющие
операции, в которых заготовка не должна разрушаться в процессе деформирования, и
разделительные операции, в которых этап пластического деформирования обязательно
завершается разрушением.
26. Гибка. Вытяжка. Рельефная формовка.
Г и б к а - операция, изменяющая кривизну заготовки практически без изменения ее линейных
размеров (рис. 3.74, а). В процессе гибки пластическая деформация сосредоточивается на узком
участке, контактирующем с пуансоном, в то время как участки, образующие полки детали,
деформируются упруго. В зоне пластических деформаций наружные слои растягиваются, а
внутренние (обращенные к пуансону) сжимаются. У середины заготовки (по толщине) находятся
слои, деформация которых равна нулю. Из сказанного следует, что с достаточной степенью точности размеры заготовки для детали, получаемой гибкой, можно определять по условию равенства
длин заготовки и детали по средней линии. Деформация растяжения наружного слоя и сжатия
внутреннего увеличивается с уменьшением радиуса скругления рабочего торца пуансона. Деформация растяжения наружного слоя не беспредельна, и при определенной ее величине может
начаться разрушение заготовки с образованием трещин, идущих от наружной поверхности в толщу
заготовки. Это обстоятельство ограничивает минимальные радиусы rmm, исключающие разрушение
заготовки. В зависимости от пластичности материала заготовки rmin = (0,1 ... 2) S.
В ы т я ж к а б е з у т о н е н и я стенки превращает плоскую заготовку в полое пространственное
изделие при уменьшении периметра вытягиваемой заготовки.
Схема первого перехода вытяжки приведена на рис. 3.75, а. Исходную вырубленную заготовку
укладывают на плоскость матрицы. Пуансон надавливает на центральную часть заготовки и
смещает ее в отверстие матрицы. Центральная часть заготовки тянет за собой периферийную часть
(фланец) заготовки, и последняя, смещаясь в матрицу, образует стенки вытянутого изделия.
Во фланце в радиальном направлении действуют растягивающие напряжения ор, втягивающие
фланец в отверстие матрицы, и сжимающие напряжения о0, действующие в тангенциальном
направлении и уменьшающие диаметральные размеры заготовки. При определенных размерах
фланец заготовки может потерять устойчивость под действием сжимающих напряжений ст0, что
приведет к образованию складок (рис. 3.75, а). Складки могут появиться, если (D - d) > (18 ... 20) S.
Для предотвращения появления складок применяют прижим 3, с определенной силой
прижимающий фланец заготовки к плоскости матрицы.
Растягивающие напряжения на наружной кромке заготовки равны нулю (ор = 0) и возрастают до
максимального значения на входе в матрицу. С увеличением ширины фланца растягивающие
напряжения, действующие на входе в матрицу, увеличиваются. Если растягивающие напряжения ор
достигнут временного сопротивления материала заготовки, то заготовка у донышка разрушится, и
вытяжка окажется невозможной.
Рис. 3.75. Схемы первого перехода вытяжки (а), последующей вытяжки (б), вытяжки с утонением
стенки (в):
1 - заготовка; 2 - изделие; 3 - прижим; 4 - пуансон; 5 - матрица; 6 - изделие со складками,
образующимися при вытяжке без прижима.
Отсюда следует, что без разрушения можно вытягивать заготовки с определенной, ограниченной
шириной фланца. Формоизменение при вытяжке оценивают коэффициентом вытяжки к = Did. В
зависимости от механических свойств металла и условий вытяжки максимально допустимые
значения коэффициента вытяжки изменяются в пределах 1,6 ... 2,1 (рис. 3.76).
Кроме ширины фланца на растягивающее напряжение стр, действующее в опасном сечении
заготовки, влияют радиусы скругления кромок матрицы ги и пуансона гп, а также силы трения,
возникающие при перемещении заготовки относительно матрицы и прижима.
В ы т я ж к а с у т о н е н и е м стенки увеличивает длину полой заготовки в основном за счет
уменьшения толщины стенок исходной заготовки (рис. 3.75, в). При вытяжке с утонением стенки
зазор между пуансоном и матрицей должен быть меньше толщины стенки, которая, сжимаясь
между поверхностями пуансона и матрицы, утоняется и одновременно удлиняется. Вытяжку с
утонением стенки применяют для получения деталей с толщиной донышка, большей толщины
стенок; деталей со стенкой, толщина которой уменьшается к краю (в этом случае пуансон выполняют коническим); тонкостенных деталей, получение которых вытяжкой без утонения стенки
затруднительно в связи с опасностью складкообразования.
Ф о р м о в к а - операция, при которой изменяется форма заготовки в результате растяжения
отдельных ее участков. Толщина заготовки в этих участках уменьшается. Формовкой получают
местные выступы на заготовке, ребра жесткости и т.п. Часто вместо металлического пуансона или
матрицы применяют резиновую подушку (рис. 3.77, в). С помощью резинового вкладыша (или
жидкости) можно увеличить размеры средней части полой заготовки (рис. 3.77, г). При этом резина
или жидкость легко удаляются из штампованной детали, а матрица должна быть разъемной.
Рис. 3.77 в)
Рис. 3.77 г)
27. Отбортовка. Правка.
О т б о р т о в к а - получение бортов (горловин) путем вдавливания центральной части заготовки с
предварительно пробитым отверстием в матрицу (рис. 3.77, а). При отбортовке кольцевые
элементы в очаге деформации растягиваются, причем больше всего увеличивается диаметр
кольцевого элемента, граничащего с отверстием. Допустимое без разрушения (без образования
продольных трещин) увеличение диаметра отверстия при отбортовке составляет d^/do = 1,2 ... 1,8
в зависимости от механических свойств материала заготовки, а также от ее относительной толщины
S/do. Разрушению заготовки способствует наклепанный слой у кромки отверстия, образующийся
при пробивке. Большее увеличение диаметра можно получить, если заготовку отжечь перед
отбортовкой или изготовить отверстие обработкой резанием (сверление с развертыванием),
создающим меньшее упрочнение у края отверстия.
Правка - это отделочная операция, посредством которой устраняют искривление деталей,
возникшее после вырубки, обрезки, гибки и других операций. Правкой исправляют дефекты,
возникающие у детали вследствие несовершенства технологического процесса штамповки, плохого
состояния штампов, не технологичности изделия. Причинами, вызывающими необходимость
правки деталей, обычно являются повышенная жесткость исходного материала, искривление
заготовки, не технологичность изделия (недостаточная жесткость, завышенные требования к
точности изготовления, сложность конфигурации), резание заготовок и вырубка деталей
притуплёнными ножами, неправильная последовательность операций штамповки при
изготовлении
сложных
деталей,
неудачная
конструкция
штампов.
При правке листовых деталей используют все виды деформаций — сжатие, растяжение, изгиб и
кручение. Плоские детали правят гладкими или рифлеными плитами. Гладкие плиты применяют
для деталей из тонких материалов. Детали из более толстых материалов, на поверхности которых
допускаются отпечатки, правят в точечных штампах.
28. Разделительные операции листовой штамповки. Классификация.
Как правило, при листовой штамповке пластические деформации получает лишь часть заготовки.
Операцией листовой штамповки называется процесс пластической деформации, обеспечивающий
характерное изменение формы определенного участка заготовки. Различают формоизменяющие
операции, в которых заготовка не должна разрушаться в процессе деформирования, и
разделительные операции, в которых этап пластического деформирования обязательно
завершается разрушением.
29. Отрезка. Прорезка. Надрезка.
Отрезка - отделение части заготовки по незамкнутому контуру на специальных машинах ножницах и в штампах. Отрезку чаще применяют как заготовительную операцию для разделения
листа на полосы заданной ширины. Основные типы нож ниц - ножницы с поступательным движением режущих кромок ножа (рис. 3.71, а) и вращательным движением режущих кромок - дисковые
ножницы (рис. 3.71, б). Для уменьшения силы резания режущие кромки в ножницах с
поступательным движением ножа наклонены друг к другу под углом 1 ... 5° (гильотинные ножницы). Лист подают до упора, определяющего ширину отрезаемой полосы В. Длина отрезаемой
полосы L не должна превышать длины ножей.
При отрезке на дисковых ножницах длина отрезаемой полосы не ограничивается инструментом,
вращение дисковых ножей обеспечивает не только разделение, но и подачу заготовки действием
сил трения. Прямолинейность линии отрезки на дисковых ножницах обеспечивается соприкосновением разделяемых частей заготовки с плоскими поверхностями ножа и тем, что
режущие кромки ножей заходят одна за другую. Для обеспечения захвата и подачи заготовки
диаметр ножей должен быть больше толщины заготовки в 30 ... 70 раз (увеличиваясь с
уменьшением коэффициента трения).
Качество поверхности среза зависит от зазора z между режущими кромками [z = (0,03 ... 0,05) S, где
S - толщина листа] и отсутствии притупления режущих кромок. Сила отрезки пропорциональна
срезаемой в данный момент площади заготовки.
Надрезка – листоштамповочная операция, в результате которой происходит неполное отделение
части заготовки или детали путем сдвига (рис. 3.10).
30. Обрезка. Вырубка и пробивка.
Отрезка – листоштамповочная операция, в результате которой происходит полное отделение
заготовки от полосы по незамкнутому контуру путем сдвига (рис. 3.5). Отрезку, как и последующие
разделительные операции, производят преимущественно в штампах, однако при значительных
габаритных размерах заготовки отрезку целесообразно производить гильотинных ножницах.
Рис. 3.5
Рис 3.72
Вырубку и пробивку обычно осуществляют металлическими пуансоном и матрицей. Пуансон
вдавливает часть заготовки в отверстие матрицы. В начальной стадии деформирования происходят
врезание режущих кромок в заготовку и смещение одной части заготовки относительно другой без
видимого разрушения (рис. 3.72, а).
При определенной глубине внедрения режущих кромок в заготовку (возрастающей с увеличением
пластичности металла) у режущих кромок зарождаются трещины, быстро проникающие в толщу
заготовки. Эти трещины наклонены к оси инструмента под углом 4 ... 6°; если эти трещины
встречаются, то поверхность среза получается сравнительно ровной (рис. 3.72, б), состоящей из
блестящего пояска, образующегося от внедрения режущих кромок до появления трещин, и
наклонной шероховатой поверхности разрушения в зоне прохождения трещин.
Возможность совпадения трещин, идущих от режущих кромок пуансона и матрицы, зависит от
правильного выбора зазора между пуансоном и матрицей. Зазор z назначают в зависимости от
толщины и механических свойств заготовки, он приближенно составляет (0,05 ... 0,1 )S. При малом
зазоре трещины не встречаются, и на поверхности среза появляются пояски вторичного среза (рис.
3.72, в), ухудшающие ее качество и способствующие разрушению заготовки при последующем
деформировании и работе детали.
При вырубке размеры отверстия матрицы равны размерам изделия, а размеры пуансона на 2z
меньше их. При пробивке размеры пуансона равны размерам отверстия, а размеры матрицы на 2z
больше их.
В отдельных случаях желательно получить гладкую поверхность среза, перпендикулярную к
плоскости заготовки; для этого необходимо увеличить высоту блестящего пояска. Частично этого
можно достичь, притупляя одну из режущих кромок (матрицы при вырубке и пуансона - при
пробивке). В этом случае развивается одна трещина от острой кромки, а инструмент с притупленной
кромкой сглаживает поверхность среза, уменьшая высоту шероховатого пояска. При этом, однако,
увеличиваются контактные напряжения, действующие на боковые поверхности инструмента, что
повышает его износ.
Более качественную поверхность среза, гладкую и перпендикулярную плоскости заготовки,
получают вырубкой со сжатием (рис. 3.73), когда заготовка со значительной силой прижимается к
торцу пуансона и рабочей плоскости матрицы. Увеличение сжимающих напряжений в зоне резания
повышает пластичность и уменьшает возможность образования трещин у режущих кромок,
дающих шероховатую поверхность среза.
31. Раскрой листового материала.
Расположение контуров смежных вырубаемых заготовок на листовом металле называется
раскроем. Тип раскроя следует выбирать из условия уменьшения отхода металла в высечку (рис.
3.79).
Технологические требования к деталям, изготовляемым листовой штамповкой, в значительной
степени диктуются рациональным раскроем. С этой точки зрения надо стремиться, чтобы контур
детали образовывали преимущественно прямые линии, и форма ее в плоскости листа
приближалась к прямоугольной.
Рубка на гильотине. Нарезание металла этим способом происходит с помощью гильотины. Лист
металла поступает с рольгангов в рабочую зону и располагается между режущими ножами
гильотины. Далее при помощи механического или гидравлического привода верхний нож
опускается на заготовку, создавая при этом определенное давление.
Рубка гильотиной обладает следующими преимуществами:






низкие энергозатраты на весь процесс;
простота в эксплуатации;
дешевизна раскроя металла;
отсутствие отходов;
высокое качество металлопроката (отсутствие зазубрин и вмятин);
быстрота нарезания;
К недостаткам рубки металла гильотиной относят:


отсутствие фигурного нарезания заготовок;
наличие ограничений по толщине и типу металла;
Плазменная резка представляет из себя технологический процесс, при котором струя плазмы
производит нарезание металлической заготовки в соответствии с заданными параметрами. Между
заготовкой, выступающей в роли анода и электродом в роли, выступающим в роли катода, с
помощью осциллятора возникает дежурная дуга, которая зажигает подаваемый под давлением в
несколько атмосфер газ
Плазменная резка имеет следующие преимущества:






высокая скорость обработки металла;
небольшой локальный нагрев в месте нарезания (исключает деформацию);
возможность обработки практически любых металлов;
вырезание сложных узоров и фигур;
безопасность процесса;
отменное качество выполненного раскроя.
К недостаткам плазменной резки относят:



невозможность использования двух резаков одновременно;
жесткие требования к отклонению от перпендикулярности по срезанию;
относительно низкая допустимая толщина нарезания.
Гидроабразивная резка – это такой вид обработки металла, при котором нарезание происходит с
помощью абразивного материала или воды, которая подается под высоким давлением и
скоростью.
К достоинствам гидроабразивной резки можно отнести:


минимальные потери металла при резке;
высокую максимальную толщину разреза (до 100 мм);






отсутствие термического воздействия в месте нарезания;
отменное качество нарезки;
высокая безопасность процесса;
экологичность резки;
возможность нарезания сразу нескольких листов одновременно;
фигурная нарезка.
Недостатки данной гидроабразивной резки:




невысокая скорость нарезания тонких листов стали;
коррозия металла;
высокая стоимость абразивных материалов;
дорогое обслуживание.
32. Получение заготовок способом порошковой металлургии.
Порошковая металлургия — технология получения металлических порошков и изготовления
изделий из них (или их композиций с неметаллическими порошками).
Применяется как экономически выгодная замена механической обработки при массовом
производстве. Технология позволяет получить высокоточные изделия. Также применяется для
достижения особых свойств или заданных характеристик, которые невозможно получить какимлибо другим методом.
Этапы изготовления:
1. Приготовление шихты требуемого состава.
2. Дозирование (для данной детали).
3. Формирование детали.
4. Спекание (частицы слепляются).
5. Термообработка.
6. Калибрование.
7. Механическая обработка.
8. Нанесение гальванических покрытий.
Основными достоинствами порошковой металлургии, обусловившими её развитие, являются:



возможность получения материалов, которые трудно или невозможно получить другими
способами. Например, некоторые тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал), сплавы и
композиции на основе тугоплавких соединений (твёрдые сплавы на основе карбидов
вольфрама, титана и др.), композиции металлов, не смешивающихся в расплавленном
виде, в особенности при значительной разнице в температурах плавления (вольфрам –
медь), композиции из металлов и неметаллов (медь – графит, алюминий – оксид алюминия
и др.), пористые материалы (подшипники, фильтры, теплообменники и др.);
возможность получения некоторых материалов и изделий с более высокими техникоэкономическими показателями за счет экономии металла и значительного снижения
себестоимости продукции. Например, при изготовлении деталей литьём и обработкой
резанием до 60 – 80% металла теряется в литниках или идёт в стружку;
возможность получить материалы с меньшим содержанием примесей и с более точным
соответствием заданному составу, чем у литых сплавов, за счет использования чистых
исходных порошков.
Порошковая металлургия имеет и недостатки, которые препятствуют её развитию:





сравнительно высокая стоимость металлических порошков;
необходимость спекания в защитной атмосфере, что увеличивает стоимость изделий;
трудность изготовления изделий больших размеров;
сложность получения металлов и сплавов в беспористом, компактном состоянии;
необходимость применения чистых исходных порошков для получения чистых металлов.
33. Пластические массы. Состав.
Пластмассы— органические материалы, основой которых являются синтетические или природные
высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили
пластмассы на основе синтетических полимеров.
Название «пластмассы» означает, что эти материалы под действием нагревания и давления
способны формироваться и сохранять заданную форму после охлаждения или отвердения. Процесс
формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязко-текучего или
высокоэластического) состояния в твёрдое состояние (стеклообразное или кристаллическое)
В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное
состояние при формовании изделий пластмассы делят на:


Термопласты (термопластичные пластмассы) — при нагреве расплавляются, а при
охлаждении возвращаются в исходное состояние;
Реактопласты (термореактивные пластмассы) — в начальном состоянии имеют линейную
структуру макромолекул, а при некоторой температуре отверждения приобретают
сетчатую. После отверждения не могут переходить в вязкотекучее состояние. Рабочие
температуры выше, но при нагреве разрушаются и при последующем охлаждении не
восстанавливают своих исходных свойств.
Состав пластических масс. Основные компоненты пластических масс: связующее вещество —
полимер, наполнители, пластификаторы, пигменты, стабилизаторы и отвердители.
Полимеры — высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из многократно
повторяющихся структурных звеньев.
34. Классификация конструкционных пластмасс по механической прочности.
В основу классификации пластмасс положены их физико-механические свойства, структура и
отношение к нагреванию. По физико-механическим свойствам все пластмассы разделяют на
пластики и эластики.
Пластики бывают жесткие, полужесткие и мягкие. Жесткие пластики — твердые упругие
материалы аморфной структуры с высоким модулем упругости (свыше 1000 МПа) и малым
удлинением при разрыве, сохраняющие свою форму при внешних напряжениях в условиях
нормальной или повышенной температуры. Полужесткие пластики — твердые упругие материалы
кристаллической структуры со средним модулем упругости (выше 400 МПа), высоким
относительным и остаточным удлинением при разрыве, причем остаточное удлинение обратимо и
полностью исчезает при температуре плавления кристаллов. Мягкие пластики — мягкие и
эластичные материалы с низким модулем упругости (не выше 20 МПа), высоким относительным
удлинением и малым остаточным удлинением, причем обратимая деформация исчезает при
нормальной температуре с замедленной скоростью.
Эластики — мягкие и эластичные материалы с низким модулем упругости (ниже 20 МПа),
поддающиеся значительным деформациям при растяжении, причем вся деформация или большая
ее часть исчезает при нормальной температуре с большой скоростью (практически мгновенно).
35. Литье пластмасс под давлением.
Литьё полимеров под давлением — технологический процесс переработки пластмасс путём
впрыска расплава полимера под давлением в литьевую форму с последующим его охлаждением.
Литьё пластмасс под давлением осуществляется на специальных инжекционно-литьевых
машинах — термопластавтоматах (ТПА). Существует множество типов ТПА
По расположению узла впрыска:


Вертикальные, в которых впрыск материала осуществляется вертикально вниз, а основная
плоскость разъема пресс-формы расположена горизонтально. Вертикальные станки
обычно используются для изготовления изделий с закладными элементами.
Горизонтальные, с горизонтальным впрыском материала и вертикально расположенной
плоскостью разъема формы.
По количеству видов используемого материала:


Для однокомпонентного литья
Для многокомпонентного литья
По типу системы запирания:


Гидравлические
Коленчато-рычажные
По типу приводов:



Электрические
Гидравлические
Гибридные
35. Литье пластмасс под давлением.
Изделия из полимерных материалов находят свое применение во всех отраслях промышленности,
науки и повседневной жизни человека. На сегодняшний день более трети таких изделий
выполняется методом литья под давлением.
Литье пластмасс под давлением представляет собой комплекс циклических процессов, который
позволяет выполнять изделия высокой прочности, сложной формы, а также с точным
соответствием заданным размерам. Этот метод позволяет наладить массовое производство
изделий из высокотехнологичных термопластов. Сырьем для отливки служат гранулированный
термопласт и различного вида термореактивные порошки, обладающие широким диапазоном
физических и химических свойств. Эти свойства обеспечивают высокое разнообразие видов
изготавливаемых изделий. Суть процесса заключается в том, что расплавленный пластик под
высоким давлением с большой скоростью заполняет пресс-форму, и при остывании образует
отливку.
Методом литья под давлением производится более трети от общего объема изделий из
полимерных материалов. В связи с высокой производительностью и относительно высокой
стоимости оснастки в основном применяется при крупносерийном и массовом производстве
изделий из пластмасс. Сырье для литья представляет собой гранулы термопластов,
термоэластопластов и термореактивные порошки, обладающих широким диапазоном
механических и физических свойств. Термопластичные материалы сохраняют способность к
повторной переработке после формования, а термореактивные при переработке претерпевают
необратимые химические изменения, приводящие к образованию неплавкого и нерастворимого
материала.
В процессе литья специально подготовленный материал поступает в зону шнека машины, где
плавится и гомогенизируется, а затем под высоким давлением впрыскивается в пресс-форму через
литниковые каналы, заполняя с высокой скоростью её полость, а затем, остывая, образует отливку.
Отверждение материала происходит сначала у холодных стенок полости формы, а затем
распространяется вглубь тела отливки.
Оборудование для литья
Литьё пластмасс под давлением осуществляется на специальных инжекционно-литьевых
машинах — термопластавтоматах (ТПА). Существует множество типов ТПА
По расположению узла впрыска:
Вертикальные, в которых впрыск материала осуществляется вертикально вниз, а основная
плоскость разъема пресс-формы расположена горизонтально. Вертикальные станки обычно
используются для изготовления изделий с закладными элементами.
Горизонтальные, с горизонтальным впрыском материала и вертикально расположенной
плоскостью разъема формы.
По количеству видов используемого
многокомпонентного литья
материала:Для
однокомпонентного
литья,Для
По типу системы запирания:

Гидравлические,Коленчато-рычажные
По типу приводов:
Электрические,Гидравлические, Гибридные
Также существует множество других видов классификаций.
36. Экструзия пластмасс.
Экстру́зия — технология получения изделий путём продавливания вязкого расплава материала или
густой пасты через формующее отверстие. Обычно используется при формовке полимеров (в том
числе резиновых
смесей,
смесей), ферритовых изделий
пластмасс,
крахмалсодержащих
(сердечники),
а
и
также
белоксодержащих
в пищевой
промышленности (макароны, лапша, кукурузные палочки), путём продавливания формуемого
вещества через формующее отверстие головной части экструдера.
Экструзия представляет собой непрерывный технологический процесс, заключающийся в
продавливании высоковязкого материала на основе расплава, либо пастообразной многофазной
дисперсной системы, либо металла, через формующий инструмент (экструзионную
головку, фильеру), с целью получения изделия с поперечным сечением нужной формы. В
промышленности
переработки
полимеров
методом
экструзии
изготавливают
различные погонажные изделия, такие, как трубы, листы, плёнки, оболочки кабелей, элементы
оптических систем светильников- рассеиватели и т. д. Аналогично полимерам методом экструзии
изготавливаются
разнообразные алюминиевые профили.
Основным
технологическим
оборудованием для переработки полимеров в изделия методом экструзии являются
одночервячные, многочервячные, поршневые и дисковые экструдеры.
Виды



Холодная синяя экструзия — возможны только механические изменения в материале
вследствие медленного его перемещения под давлением и формованием этого продукта с
образованием заданных форм.
Теплая экструзия — сухие компоненты сырья смешиваются с определенным количеством воды
и подают в экструдер, где наряду с механическим его подвергают еще и тепловому
воздействию. Продукт нагревается извне. Получаемый экструдат отличается небольшой
плотностью, незначительным увеличением в объёме, пластичностью, а также ячеистым
строением. Иногда экструдату необходимо подсушивание.
Горячая экструзия — процесс протекает при высоких скоростях и давлениях, значительном
переходе механической энергии в тепловую, что приводит к различным по глубине
изменениям в качественных показателях материала. Кроме того, может иметь место
регулируемый подвод тепла как непосредственно к продукту, так и через наружные стенки
экструдера. Массовая доля влаги в сырье при горячей экструзии составляет 10…20 %, а
температура превышает 120 °C
Экструдер (экструдинг-пресс) — машина для формования пластичных материалов, путём
придания им формы, при помощи продавливания (экструзии) через профилирующий
инструмент (экструзионную головку).
Экструдер состоит из: корпуса с нагревательными элементами; рабочего органа (шнека (винт
Архимеда), диска, поршня), размещённого в корпусе; узла загрузки перерабатываемого
материала; силового привода; системы задания и поддержания температурного режима,
других контрольно-измерительных и регулирующих устройств. По типу основного рабочего
органа (органов) экструдеры подразделяют на одно-, двух- или многошнековые (червячные),
дисковые, поршневые (плунжерные) и др. Двухшнековые экструдеры в зависимости от
конфигурации шнеков могут быть параллельными или коническими. В зависимости от
направления вращения — с сонаправленным или противонаправленным вращением шнеков
37. Обычное и литьевое прессование пластмасс.
Прямое (компрессионное) прессование заключается в том, что пресс-материал в виде порошка
или таблеток загружается в пресс-форму (рис. 8.1, а) и подвергается воздействию температуры
и давления (рис. 8.1, б). При этом материал размягчается и растекается по внутренней полости
пресс-формы, принимая её конфигурацию.
Рис. 8.1. Схема процесса прямого прессования: 1 - пуансон, 2 - пресс-порошок, 3 - матрица, 4 выталкиватель, 5 - изделие
После отверждения материала изделие извлекается с помощью выталкивателей.
При данном виде прессования используется простая по конструкции дешевая пресс-форма. Однако
метод имеет и недостатки:
выдержка изделия в пресс-форме занимает значительную часть времени всего цикла
прессования;
некоторые виды арматуры нельзя запрессовать в изделие в связи с тем, что она может
деформироваться;
трудность изготовления тонких изделий с глубокими глухими отверстиями, у которых
отношение глубины к диаметру более 3,5 из-за неизбежного искривления деталей пресс-формы,
оформляющих эти изделия;
в изделии с разной толщиной стенок возникают настолько большие напряжения, что они
сильно деформируются после извлечения.
Литьевое (трансферное) прессование заключается в том, что пресс-материал в необходимом для
литья количестве загружают в загрузочную камеру пресс-формы, где он нагревается до
вязкотекучего состояния (рис. 8.2, а). Из этой камеры пресс-материал выдавливают через один или
несколько литниковых каналов в оформляющую полость, где материал отверждается (рис. 8.2, б).
Рис. 8.2. Схема процесса литьевого прессования: 1 - пуансон, 2, 5 - детали пресс-формы, 3 - прессматериал, 4 - оформляющая полость, 6 - изделие
Литьевое прессование по сравнению с прямым имеет существенные преимущества:
в силу высокого давления масса дополнительно равномерно прогревается внутри и снаружи.
Проходя через литниковые каналы все частицы массы соприкасаются с горячими стенками прессформы и быстро нагревается до необходимой температуры;
пресс-материал прогревается в литниковых каналах также за счет возникающего внутреннего
трения. Благодаря интенсивному и равномерному прогреву пресс-материал в форме отверждается
быстро;
-
при литьевом прессовании выдержка может сократиться на 50 % и более;
ввиду хорошего прогрева изделия, изготовленные этим методом, хорошо отверждаются по
всему сечению. Поэтому по сравнению с изделиями, полученными другими способами, они
обладают лучшими диэлектрическими и физико-механическими свойствами;
поскольку в оформляющую полость поступает достаточно мягкая пластичная пластмасса, то
«нежные» детали пресс-формы и арматура не повреждаются. Это позволяет изготавливать изделия
с более тонкой арматурой, чем при обычном прессовании;
пресс-масса впрыскивается в закрытую пресс-форму, что дает возможность изготавливать
изделия такой конфигурации, которые при обычном прессовании получить невозможно, так как
подвижные детали пресс-формы могут разойтись под давлением массы. Именно поэтому
литьевым прессованием изготавливают изделия с близко расположенными рядами арматуры, а
также изделия сложной конфигурации;
в силу того, что при литьевом прессовании перерабатываемая масса впрыскивается в закрытую
форму, то возникающие в месте разъема пресс-формы заусеницы отсутствуют. Кроме того, можно
точнее соблюдать размеры изделия.
Литьевому прессованию характерны и некоторые недостатки:
-
несколько больший расход материала;
38. Дутьевое и вакуумное формование
термопластов аналогично процессу листовой штамповки (вытяжке) металлов. Лист термопласта,
предварительно нагретый до высокоэластичного состояния, формуют в штампе и, не снимая
внешнего усилия, охлаждают, фиксируя приданную ему конфигурацию. Эти способы
переработки наиболее широко применяют для изготовления тонкостенных крупногабаритных
изделий из органических стекол и винипласта.
Различают дутьевое формование свободное (рис. 33.3, а) и направленное (рис. 33.3, б).
Направленное формование применяют для получения глубоких изделий. Оно отличается от
свободного тем, что предварительная вытяжка осуществляется пуансоном, через который затем
подается сжатый воздух, раздувающий и окончательно формующий изделие.
Рисунок 33.3 – Схема дутьевого формования пластмасс: а – свободного, б – направленного (1 –
матрица, 2 – изделие в процессе формования, 3 – прижимная плита, 4 – пуансон).
При вакуумном формовании после разогрева листа 2 специальной плитой обогрева 3 (см. рис. 33.4,
а) из матрицы отсасывается воздух, и пластмассовый лист всасывается в полость матрицы (см. рис.
33.4, б). Затем изделие выталкивается сжатым воздухом (рис. 33.4, в).
Рисунок 33.4 – Схема вакуумного формования: а – разогрев листа, б – отсос воздуха, в –
выталкивание изделия (1 – матрица, 2 – заготовка, 3 – плита разогрева, 4 – прижимная плита, 5 –
изделие).
Качество поверхности пластмассовых деталей зависит от качества обработки пресс-форм, штампов
и их износа, от вида наполнителя и от технологических режимов формования. Шероховатость
поверхности пластмассовых деталей, изготовляемых литьем под давлением и прессованием,
соответствует 7—8-му классам шероховатости. Точность пластмассовых деталей находится в
пределах 11—14 квалитета точности, хотя в отдельных случаях достигается 8—9-й квалитет
точности.
39. Технологические основы конструирования деталей приборов из пластмасс.
Обычно при конструировании деталей из пластмасс учитываются их физико-механические
свойства, особенности процесса изготовления, условия эксплуатации и сборки, простота
конструкции пластмассовой детали, стоимость оснастки, производительность труда, качество,
габаритные размеры детали, масса и др.
Стенки и технологические уклоны. Уклоны в пластмассовых изделиях необходимы для
беспрепятственного их извлечения из пресс- формы. Обычно технологические уклоны назначают
при получении деталей из пластмасс методом прессования или литьем под давлением.
Соблюдение равностенности для многих изделий из пластмасс является необходимым условием
при конструировании. Однако практически это условие неосуществимо. Поэтому правильно
сконструированным изделием считается такое, у которого величина равностенности не превышает
30% от наименьшей толщины стенки. При этом в изделии должны отсутствовать резкие переходы.
Переходы от большого сечения стенки к меньшему должны выполняться при помощи уклонов, а в
цилиндрических элементах при помощи конусности, что способствует упрочнению данных элементов (рис. 101). Утолщение стенок по конструктивным соображениям происходит в следующих
случаях: при наличии отверстий и деталей с резьбой (рис. 102).
Рис.
101
Рис. 102
Ребра жесткости. Ребра жесткости применяются в пластмассовой детали для увеличения жесткости
и прочности, усиления особо нагруженных мест или выступающих частей, уменьшения веса детали
за счет разгрузки утолщенных мест. Иногда их применяют по чисто декоративным соображениям.
Желательно, чтобы ребра жесткости не доходили до опорной поверхности или края примыкающего
к нему элемента детали на величину, равную 0,5 ... 1,0 мм, примыкали к опорной поверхности
плавно и имели наибольшее допускаемое значение уклона (рис. 103).
Рис. 103
Ребра жесткости, если позволяет их конструкция, лучше располагать так, чтобы они работали на
сжатие, а не на растяжение. Там, где увеличивают жесткость крышек, днищ крупногабаритных
деталей и боковых стенок, обычно применяют мелкие ребра-нервюры. На рис. 104 изображены
некоторые виды нервюр. Их располагают в продольном направлении либо с наружной, либо с
внутренней стороны.
Рис. 104
Отверстия. В пластмассовых изделиях применяют отверстия различной конструкции, но
желательно, чтобы они имели наиболее простую форму. Самые простые по форме —
цилиндрические отверстия, наиболее трудоемкие — овальные. Отверстия могут быть сквозными и
глухими.
Из всех видов отверстий, наибольшее распространение получили цилиндрические постоянного
диаметра, но встречаются и ступенчатые. Они могут быть не только цилиндрическими, но и
коническими, а также применяться в сочетании (рис. 105). Если отверстия находятся вблизи края
изделия, то желательно, чтобы края соответствовали форме примыкающего к нему отверстия. Это,
во-первых, способствует соблюдению равностенности, во-вторых, уменьшает возможную
деформацию отверстия в результате неравномерной усадки стенок (рис. 106).
Рис. 105
Рис. 106
Расстояние между соседними отверстиями или отверстием и краем изделия должно быть не менее
половины диаметра отверстия. Диаметры отверстий выбирают по ГОСТ 6636-69, а диаметры
сквозных отверстий для болтов, винтов, шпилек и заклепок, устанавливаемых с зазорами в
соединяемые детали, регламентированы ГОСТ 11284-75.
Поднутрения. Узкие полости между отдельными частями отливки, различного рода пазы и выемки,
затрудняющие формовку и литье, называются поднутрениями. Как правило, они ведут к
появлению брака. В деталях из пластмасс наличие поднутрений внутреннего контура недопустимо.
В противном случае формующий элемент нельзя извлечь. На рис. 107, I дан пример нетехнологичной конструкции изделия из-за поднутрения
внутренней полости изделия. На рис. 107, II конструкция видоизменена — она стала более
технологичной.
Рис. 107
Закругления. Изделия из пластмасс обязательно должны иметь закругления как с наружной, так и
внутренней стороны, особенно на кромках и в углах см. ГОСТ 10948-64. Наличие таких закруглений
способствует увеличению механической прочности отдельных элементов и изделия в целом.
Величина радиуса закруглений во многом зависит от материала детали, толщины стенки,
конструктивных особенностей, а также от типоразмера инструмента, применяемого при
окончательной обработке пластмассовой детали. Важно отметить, что величина радиусов на всей
длине закругляемого элемента должна быть одинаковой, а закругления внутренних и наружных
контуров согласованы между собой, т.е. толщина изделия b должна быть всюду постоянна (рис.
108,I — неправильно и II — правильно).
Рис. 108
Резьбы. Резьбы в пластмассовых изделиях получают в основном тремя способами: прессованием
(непосредственно в самом изделии), запрессовкой в пластмассовые изделия металлических
деталей с резьбой и резанием.
Пластмассовые изделия могут иметь как наружную, так и внутреннюю резьбу различного профиля.
В практике чаще всего применяют метрическую резьбу с крупным или мелким шагом. Важно
отметить, что детали с резьбой любого вида, прессуемые в изделия из пластмасс, обязательно
должны иметь фаску на наружном конце резьбы.
В пластмассовых изделиях обычно избегают делать сквозные внутренние резьбы. Но если резьба
все же необходима в каком-либо сквозном отверстии, то она выполняется лишь на некоторой его
части.
Сварка применяется для соединения деталей из термопластов. Процесс сварки довольно сложный.
Типы сварных соединений деталей из пластмасс аналогичны соединениям деталей из металла, т.
е. они бывают стыковые, угловые, тавровые.
Сущность процесса сварки пластмасс сварочной горелкой (рис. 109, 3) состоит в том, что кромки
свариваемых деталей 1 и присадочный пруток 2 нагревают до размягчения и перехода в вязкотекучее состояние, после чего присадочный пруток при небольшом давлении укладывают в шов. В
данном случае, в отличие от сварки металлов, жидкая масса не образуется. Пластмассы, находясь
в вязко-текучем состоянии, приобретают липкость, в результате чего в соединяемых деталях под
давлением образуется неразъемное соединение.
Рис. 109
Сварку пластмасс производят различными способами. Одним из наиболее распространенных
является сварка газовыми теплоносителями (нагретыми газами). В качестве теплоносителей
применяют подогретые газы (воздух, азот, аргон и др.) либо непосредственно продукты сгорания
горячего газа (пропан-бутоновые смеси и др.) в смеси с воздухом. Газ-теплоноситель нагревают до
необходимой температуры в специальных устройствах — нагревателях, условно называемых
горелками. Горелки бывают двух типов: с электроподогревом (II) и газоподогревом (I) (рис. 110).
Они состоят из рукоятки 3, горелки 7 или греющей спирали 8, сопла 6, шлангов подачи сжатого
воздуха 2 и газа 1, змеевика 4 и электрического шнура 9. Выход горячего воздуха обозначен цифрой
5.
40. Получение заготовок из керамики.
.. Все элементы высокотемпературного тракта таких установок изготавливаются на
технологическом оборудовании (экструдер, вакуумная печь) из новых керамических
материалов, на основе нитрида алюминия и нитрида кремния по технологии вакуумнокомпрессионной пропитки: они обладают рядом нехарактерных для керамики особенностей:
- отсутствием усадки в процессе синтеза (спекания);
- возможностью изготовления любых сложнопрофильных изделий всеми способами механической обработки (токарная, фрезерная, шлифование, сверление и т.д.) перед стадией спекания;
- возможностью эффективной диффузионной сварки как перед, так и после спекания отдельных
деталей;
- высокой температурой эксплуатации (более 1600 °С);
- высокой жаростойкостью, эрозионной и коррозионной стойкостью.
Благодаря технологическим особенностям из данных керамик изготавливается комплекс
сложных керамических узлов и деталей для высокотемпературного тракта (1350 °С) газовых
турбин:
- рабочие колеса металлокерамической осевой турбины с окружной скоростью по периферии
лопаток 330...450 м/с;
- металлокерамический сопловой аппарат, рассчитанный на длительную работу при
температуре 1450 °С;
- керамическая улитка, газоходы высокотемпературного тракта между камерой сгорания и
турбиной высокого давления, между турбинами высокого и низкого давления и т.д.;
- жаровые трубы камер сгорания, работающие при температуре –1500 °С, для сжигания
газообразного и жидкого топлива.
По строению керамика представляет собой сложную систему, состоящую в общем случае из
трех основных фаз: кристаллической, стекловидной и газовой. Кристаллическая
фаза (основная) – это химические соединения или твердые растворы, она определяет
характерные свойства керамического материала. Стекловидная фаза находится в
керамическом материале в виде прослоек между кристаллическими обособленными
микрочастицами и выполняет роль связующего вещества. Газовая фаза содержится в порах
керамики. Поры ухудшают свойства керамики, особенно при повышенной влажности.
Свойства керамики зависят от состава смеси (химического и процентного соотношения веществ),
режима обработки.
В технологическом процессе присутствуют операции:
- предварительного (низкотемпературного) спекания, если необходима механическая
обработка керамики.
- окончательное высокотемпературное реакционное спекание обеспечивает необходимый
комплекс механических и физико-химических свойств материала изделия.
Для
изготовления высококачественных
конструкционных
керамик
используют
преимущественно искусственно синтезированные материалы в виде высококачественных
ультра- и нанодисперсных порошков со стабильным химическим, фазовым и
гранулометрическим составом.
Формуют изделия прессованием, шликерным литьем, экструзией, комбинированными
методами, например литьем с последующим прессованием.
Шликер представляет собой суспензию,
пластифицирующее-связывающих веществ.
полученную
перемешиванием порошка
и
Шликерное литьё выполняют в металлическую форму под давлением.
Выбор способа формования определяется техническими, экономическими и технологическими
факторами, главными из которых являются требуемые прочностные свойства, форма, размер и
точность детали, количество изготовляемых деталей и технологические свойства применяемых
формовочных масс.
Гидростатическое прессование равномерно распределяет давление по пресс-порошку, что
позволяет получать изделия с однородной по всей длине плотностью. Этот способ применяют
для изготовления изделий с большим отношением высоты к диаметру (толщине стенки). Схема
установки для гидростатического прессования изделия трубчатого сечения представлена на рис.
3.48.
Рис. 3.48. Схема гидростатического прессования:
1 - камера; 2 - крышка; 3 - стержень; 4 - эластичная оболочка;
5 - зона засыпки пресс-порошка; 6 - каркас-ограничитель
В камере 1 вакуумным насосом создается разряжение, которое сопровождается растяжением
эластичной оболочки 4. С целью ограничения растяжения предусмотрен каркас-ограничитель 6, содержащий отверстия. Прессуемый порошок загружают в рабочую полость 5,
находящуюся между эластичной оболочкой 4 и стержнем
3.Для равномерного распределения порошка по зоне прессования и его уплотнения применяют
вибрацию камеры, для чего могут использоваться пневматические, электромагнитные и
механические вибраторы. После засыпки смеси в камеру под высоким давлением (порядка 400
МН/м2) подается рабочая жидкость (вода), которая через эластичную оболочку прессует
порошковую смесь. После прессования сливают рабочую жидкость, открывают крышку 2 и
извлекают изделие.
Недостатками гидростатического прессования являются невысокая производительность,
сравнительно низкое качество поверхности изделия, отформованного эластичной оболочкой,
сложность процесса подготовки к прессованию.
Горячее прессование сочетает в себе 2 операции: прессование и спекание. Это позволяет
получать новые свойства у изделий, причем при значительно меньших давлениях и температуре
(по сравнению с другими способами прессования).
Спекание керамического материала сопровождается рядом физико-химических процессов,
определяющих свойства получаемых изделий, в частности переносом материала и синтезом
химических соединений. При спекании материал уплотняется и упрочняется.
Можно выделить несколько механизмов спекания, которые в общем случае могут действовать
одновременно.
Диффузионное спекание необходимо для соединения твердых частиц. Спекание происходит
при температурах, при которых атомы кристаллической решетки благодаря тепловому
движению приобретают
энергию,
необходимую для
эффективного
протекания
диффузионных процессов. Перед спеканием материал имеет пористую структуру в виде
контактирующих друг с другом частиц и пор между ними. При определенной температуре
вследствие поверхностной диффузии элементов решетки округляются углы частиц, их
поверхность сглаживается, а в местах контакта частицы соединяются, формируя узкие
перешейки. По мере утолщения
перемычек имеющиеся в теле поры смыкаются, образуя меньшее количество закрытых, более
крупных пор. Дальнейшее уменьшение размера закрытых пор и их исчезновение связаны с
диффузией вещества в область пор, являющихся источниками вакансии. Полное зарастание пор
происходит при наличии условий диффузии вакансий к границе твердого тела.
Жидкостное спекание имеет место в тех случаях, когда происходит расплавление
составляющих керамики. Образовавшийся расплав частично или полностью заполняет поры
между частицами. Свойства получаемой керамики зависят от адгезии расплава к твердым
частицам, соотношения между жидкой и твердой фазами, вязкости жидкой фазы. Жидкая фаза
в некоторых случаях может растворять определенное количество твердой фазы, что может
сказаться на свойствах керамики.
Спекание за счет испарения и конденсации. В основе этого процесса лежит перенос вещества с
поверхности одной частицы на поверхность другой вследствие различной величины упругости
пара.
Спекание за счет деформации происходит при относительном перемещении частиц (горячее
прессование), что позволяет получать практически беспористые материалы.
При реакционном спекании образуется новое вещество за счет кристаллической фазы
материала, спекаемого из газообразной фазы другого вещества.
Синтез конструкционных жаропрочных керамических материалов и изделий основан на
управляемом химическом взаимодействии компонентов и направленном формировании
фазового состава и микроструктуры материалов с целью получения изделий качественно нового
уровня. Варьирование типа и количества исходных компонентов «матрица – наполнитель –
активатор спекания» и технологических параметров процесса обеспечивает создание
композиционных материалов с широким спектром свойств.
В настоящее время выполняются разработки по химическому упрочнению керамик «холодного
спекания», взрывному гидродинамическому формованию труднопрессуемых порошков
для создания нового класса материалов на основе нитрида бора.
41. Электрофизические методы обработки. Классификация
Совершенствование конструкции изделия РЭС связано с необходимостью применения новых
конструкционных материалов, обладающих особыми свойствами, и поэтому возникает ряд
технологических проблем при обработке новых материалов или изготовлении изделий, форма
поверхности которых и ее состояние не могут быть получены известными механическими
методами. Наряду с обработкой особо прочных материалов большие трудности представляет
обработка весьма хрупких материалов, например, полупроводников или неметаллических
материалов (ситалла, кварца, керамики, поликора, стекла), получение изделий из сверхтонкой
ленты (масок, микрофонных элементов и др.), получение изделий с поверхностью высокого класса,
удаление деформированного слоя, снятие заусенцев. В настоящее время для решения
вышеперечисленных технологических задач нашли широкое применение электрофизические
методы обработки, позволяющие обрабатывать материалы с высокими механическими
свойствами без применения больших механических усилий и с применением инструментов,
твердость которых значительно меньше твердости обрабатываемого материала. Кроме того,
электрофизические методы позволяют производить локальную обработку материалов без
изменения свойств материала детали, а в некоторых случаях и улучшать физико-механические
свойства (уничтожать наклеп, удалять прижоги, повышать антикоррозийные свойства, улучшать
электрофизические свойства – электропроводность и магнитную проницаемость и др.).
42. Ультразвуковая обработка
Ультразвуковая обработка материалов – разновидность механической обработки основана на
разрушении обрабатываемого материала абразивными зернами под ударами инструмента,
колеблющегося с ультразвуковой частотой. Источником энергии служат ультразвуковые
генераторы тока с частотой 16 – 30 кГц. Инструмент получает колебания от ультразвукового
преобразователя с сердечником из магнитострикционного материала (пермендюр, никель,
альфер, феррит). При совпадении частоты колебаний тока от генератора с собственной частотой
колебаний магнитострикционного сердечника наступает резонанс, и амплитуда колебаний торца
сердечника достигает 2 – 10 мкм. Для увеличения амплитуды колебаний на сердечнике закрепляют
концентратор (усилитель амплитуды упругих колебаний), на котором крепится инструмент. Формы
и размеры инструмента определяются формами и размерами получаемых отверстий. В качестве
материала инструмента применяют: твердые сплавы, закаленную инструментальную сталь (У9),
нержавеющую сталь, латунь. Для обработки деталей из твердых и хрупких материалов применяют
инструменты из вязких материалов, а для обработки деталей из мягких и вязких материалов –
инструменты из твердых и износостойких материалов. Типовая схема установки для получения
отверстий в деталях из хрупкого материала представлена на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Схема установки для ультразвуковой обработки
Для возбуждения колебаний сердечника магнитострикционного преобразователя 2 служит
ультразвуковой генератор (УЗГ) 1. Магнитострикционный преобразователь смонтирован в кожухе
7, сквозь который прокачивают воду для охлаждения сердечника. Упругие колебания от
магнитострикционного преобразователя усиливаются концентратором 3, на конце которого
закреплен инструмент 4, оптимальное значение упругих колебаний инструмента составляет 30 –
100 мкм. Заготовка 6 находится в ванне 5 с абразивной суспензией, состоящей из воды и
абразивного материала. Из абразивных материалов используют карбид бора, карбид кремния и
электрокорунд. Зернистость выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала,
требуемой точности и шероховатости обрабатываемой поверхности. Процесс обработки
заключается в том, что торец инструмента, колеблющийся с ультразвуковой частотой, ударяет по
зернам абразива, лежащим на необрабатываемой поверхности, которые скалывают частицы
материала заготовки. Для нормальной работы зазор между торцом инструмента и обрабатываемой
поверхностью должен быть постоянным, что обеспечивается автоматической регулировкой подачи
инструмента. Абразивную суспензию в зону обработки подают под давлением по патрубку
насосом.
Ультразвуковым методом обрабатывают хрупкие твердые материалы: стекло, керамику, ферриты,
ситаллы, кремний, кварц, драгоценные материалы, в том числе, алмазы, твердые сплавы,
титановые сплавы, вольфрам. Этим методом получают глухие и сквозные отверстия любой формы,
в поперечном сечении, канавки, пазы. Ультразвуковые методы используются в технологических
целях для очистки поверхностей деталей от загрязнений, пайки алюминиевых проводов, сварки
тонких проводов с проводящими пленками микросхем.
Ультразвуковая очистка поверхностей деталей основана на явлении кавитации, возникающей в
жидкой среде при возбуждении в ней упругих колебаний ультразвуковых частот. При прохождении
волны растяжения в жидкости появляются нарушения сплошности-разрывы, в результате чего
образуются микрополости (пузырьки), которые при «захлопывании» образуют ударные волны. В
качестве жидкой среды используют различные органические растворители. Химическое действие
органических растворителей и механическое действие ударных волн обеспечивают очистку
поверхностей деталей от загрязнений, а в некоторых случаях от окалины и окислов при достаточной
мощности ультразвуковых волн в жидкой среде.
может быть вода или масло низкой вязкости.
4. Лучевые методы обработки
Электронно-лучевая обработка основана на превращении кинетической энергии направленного
пучка электронов в тепловую. Высокая плотность энергии сфокусированного луча позволяет
обрабатывать заготовки за счет нагрева, расплавления и испарения материала с узколокального
участка.
Схема установки для электронно-лучевой обработки изображена на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Схема установки для электронно-лучевой обработки
В установках для электронно-лучевой обработки электроны имитируются на катоде 1 электронной
пушки; формируются в пучок электродом 2, расположенным непосредственно за катодом;
ускоряются под действием разности потенциалов между катодом и анодом 3, составляющей около
150 кВ, а затем фокусируются в виде луча в электромагнитной линзе 4. Сфокусированный
электронный луч, пройдя через отклоняющую магнитную систему 5, попадает на обрабатываемое
изделие. Обработка ведется в вакууме порядка 10-2 – 10-4 Па.
При размерной обработке заготовок установка работает в импульсном режиме с длительностью
импульсов 10-4 – 10-6 с и частотой 150–6000 Гц, что обеспечивает локальный нагрев заготовки. В
зоне обработки температура достигает 6000 о С, а на расстоянии 1 мкм от пятна сфокусированного
луча не превышает 300 о С. Диаметр сфокусированного луча в зоне обработки может быть 10 – 400
мкм, при этом плотность энергии достигается порядка 107 Вт/см2 .
Электронно-лучевой метод применяют для обработки тугоплавких и легко окисляемых на воздухе
металлов и сплавов: вольфрама, молибдена, титана, меди, а также неметаллических материалов:
рубина, керамики, кварца, ферритов, полупроводниковых материалов. Размерную обработку
используют для прошивки отверстий диаметром 0,01 – 1 мм, прорезания пазов, вырезания деталей
из тонколистовых заготовок по контуру, получения сеток из фольги и др. Кроме того, электронный
луч широко применяют для сварки деталей из тугоплавких химически активных металлов и их
сплавов (вольфрамовых, танталовых, молибденовых, ниобиевых, циркониевых и т.п.).
43. Электроэрозионная (электроискровая) обработка
В основе этого метода обработки материалов лежит процесс электроэрозии электродов из
проводящих материалов при пропускании между ними импульсов электрического тока. Сущность
процесса электроэрозии заключается в разрушении поверхности электродов при электрическом
пробое межэлектродного промежутка как в газовой среде, так и при заполнении промежутка
непроводящими жидкостями (керосином, трансформаторным маслом и т.д.), причем в последнем
случае процесс электрической эрозии протекает интенсивнее.
Схема электроискрового станка с генератором импульсов RC изображена на рис. 1.1. Конденсатор
С, включенный в зарядный контур, заряжается через резистор R от источника тока. Когда
напряжение на электродах 1 и 3, образующих разрядный контур, достигнет пробойного, то
происходит разряд в виде электрической искры. Процесс возникновения и развития разряда
разделяется на две стадии: подготовка канала разряда; стадия большого тока.
Рис. 1.1. Схема электроискрового станка: 1 – электрод-инструмент; 2 – ванна; 3 – электродзаготовка; 4 – диэлектрическая жидкость; 5 – изолятор
В первой стадии проводящие частицы, находящиеся в жидкости, под влиянием электрического
поля ориентируются по силовым линиям и образуют проводящий мостик между электродами
(между инструментом и деталью). При прохождении тока мостик взрывается и образуется канал
сквозной проводимости. Во второй стадии через образовавшийся канал проходит вся энергия,
запасенная в конденсаторе, создавая импульс тока большой мощности, разрушающий анод.
Искровой разряд протекает в течение 10-5 – 10-8 с и практически не нагревает электрод (инструмент
и деталь).
При прохождении искрового разряда в жидкости возникает электрогидравлическое явление,
создающее взрывной эффект, который способствует удалению металла из межэлектродного
промежутка, Последовательность действия разрядов, вызывающих электрическую эрозию,
приводит к образованию в изделии выемки, представляющей как бы отпечаток электрода
инструмента. Для нормальной работы зазор между инструментом и деталью должен быть
постоянным, что обеспечивается автоматической регулировкой подачи инструмента. К
инструменту предъявляется требование высокой эрозионной стойкости. В зависимости от формы
электрода (инструмента) и характера обработки электроэрозионная обработка разделяется на два
основных вида: электроискровая профилированным электродом-инструментом; электроискровая
непрофилированным инструментом (движущей проволокой).
44. Электрохимическая обработка
К электрохимической обработке относится группа методов, основанных на явлении анодного
растворения. При пропускании тока между электродами происходит растворение металла анода.
Образующийся продукт растворения в виде солей или гидроокисей металлов удаляется с
поверхности либо гидравлическим потоком электролита, либо механическим путем. При этом
процесс анодного растворения на микро-выступах происходит интенсивнее вследствие
относительно более высокой плотности тока на вершинах выступов. Количество металла,
растворяемого в результате анодного процесса, описывается формулой
,
где
– количество вещества в г; J – ток в A; t – время в с; n – валентность; F =96464 – число Фарадея;
A – молекулярный вес.
Катодом служит инструмент различной формы, изготовленный из стали, меди, латуни. В качестве
электролитов обычно используются водные растворы хлорных, сернокислых и азотнокислых солей
(NaCl, NaNO3 , Na2 SO4 ). Электрохимическая обработка в проточном электролите применяется для
прошивки отверстий и полостей, резки заготовок и др. операций. Схема для получения отверстий
изображена на рис. 2.1.
При прошивке отверстий электролит подают во внутреннюю полость электрода под давлением.
Участки поверхности, не подвергаемые обработке, и нерабочие поверхности инструмента
изолируют токонепроводящими материалами. Электрохимическую разрезку заготовок и вырезку
деталей по сложному контуру выполняют дисковыми проволочными электродами в проточном
электролите. Вырезка производится с точностью 0,08 – 0,5 мм и чистотой поверхности Ra 1,25 – 2
мкм.
Рис. 2.1. Схема электрохимической размерной обработки: 1 – обрабатываемая деталь; 2 –
профильный инструмент-электрод (катод); 3 – электролит; 4 – изолятор
Основным преимуществом электрохимической размерной обработки является высокая
производительность (например, скорость прошивки малых отверстий диаметром до 1,5 мм
составляет 2 мм/мин, для больших отверстий до 8 мм – 10 – 19 мм/мин), точность размеров (до ±
0,025 мм) и высокая чистота поверхности Ra 0,16 – 0,3 мкм. Шероховатость зависит от температуры
электролита и плотности тока – при более низких температурах чистота поверхности повышается;
снижение плотности тока улучшает шероховатость, но при этом производительность уменьшается.
Современные станки для электрохимической обработки управляются системами ЧПУ. В процессе
обработки система ЧПУ задает и контролирует величины напряжения и тока, постоянство рабочего
зазора, скорость потока и концентрацию электролита.
Электрохимическое полирование основано на том, что на микровыступах полируемой
поверхности анода-детали плотность тока выше, чем на впадинах, и поэтому анодное растворение
происходит избирательно, на выступах микронеровностей, а микровпадины заполняются
непроводящими продуктами растворения. В результате происходит сглаживание поверхности, и
шероховатость снижается, по сравнению с исходной. Одновременно устраняются микротрещины,
наклеп и другие поверхностные дефекты, возникающие при предшествующей обработке. Этим
методом производят снятие заусенцев после механической обработки или штамповки, наружное и
внутреннее полирование тонкостенных труб, полирование тонких лент фольги. На рис. 2.2 показана
схема для снятия заусенцев на торцах неразрезанных витых сердечников из железоникелевых
сплавов при толщине ленты до 0,050 мм методом полирования.
Рис. 2.2. Схема удаления заусенцев с торцов магнитопровода полированием: а – анод с изделием;
б – ванна для полирования
Рулон ленты 3, навитый на керамический сердечник, заправляется в медный освинцованный
электрод 1, изготовленный из трубки, внутри которой циркулирует вода для охлаждения. Рулон
ленты опускается в ванну с электролитом 6 (кислота ортофосфорная 82%), кислота серная 18%.
Катоды 5 выполнены из свинца, они имеют форму усеченных конусов, что обеспечивает
равномерность распределения плотности тока по рулону. Перед электрополировкой рулон
опускают в ванну с глицерином, который заполняет зазоры между витками сердечника, что
препятствует проникновению в них электролита. Электрополирование производится в течение 10
мин, при этом величина заусенцев уменьшается с 10 – 12 мкм до 1,5 мкм.
45. Светолучевая (лазерная).
Обработка основана на тепловом воздействии светового луча высокой энергии на поверхность
обрабатываемой заготовки. Источником светового излучения служит лазер – оптический квантовый
генератор (ОКГ). Созданы конструкции твердотельных, газовых и полупроводниковых ОКГ. Их
работа основана на принципе стимулированного генерирования светового излучения. Для
механической обработки используют твердотельные ОКГ, рабочим элементом которых является
рубиновый монокристаллический стержень, состоящий из оксидов алюминия, активированных
0,05% хрома. Рубиновый ОКГ работает в импульсном режиме, генерируя импульсы когерентного
монохроматического красного цвета, длиной волны 0,69 мкм. На рис. 4.2 показана схема устройства
лазера на рубине.
46. Геометрические параметры режущего инструмента.
Параметры режущего инструмента целесообразно рассматривать на примере токарного
прямого проходного резца. Геометрические параметры других режущих инструментов (как бы
сложны они не были) соответствуют геометрическим параметрам токарного прямого
проходного резца.
Рис. 54. Элементы токарного прямого проходного резца
Токарный прямой проходной резец (рис. 54) имеет режущую часть I и присоединительную часть II,
которая служит для закрепления резца в резцедержателе. Режущая часть образуется при заточке
резца и имеет следующие элементы: переднюю поверхность лезвия 1, по которой сходит стружка;
главную заднюю поверхность 2, обращенную к поверхности резания заготовки; вспомогательную
заднюю поверхность 4,обращенную к обработанной поверхности заготовки, режущую кромку 3,
вспомогательную режущую кромку 6; вершину 5.
Инструмент затачивают по передней и задним поверхностям. Для определения углов, под
которыми расположены поверхности режущей части инструмента относительно друг друга, вводят
статическую систему координат (рис. 55). Основная плоскость (Рvс) – координатная плоскость,
проведенная через точку режущей кромки перпендикулярно направлению скорости главного
движения. Плоскость резания (Рпс ) – координатная плоскость, касательная к режущей кромке и
перпендикулярная основной плоскости. Статическая главная секущая плоскость (Рτс) координатная
плоскость, перпендикулярная линии. пересечения статических основной плоскости и плоскости
резания.
Статическая вспомогательная секущая плоскость (Рτс1) — плоскость, перпендикулярная к проекции
вспомогательной режущей кромки на плоскость Рvc.
Углы инструмента оказывают существенное влияние на резание и качество обработки.
Углы резца рассматривают исходя из следующих условий: ось резца перпендикулярна линии
центров станка; вершина резца находится на линии центров станка; совершается только главное
движение резания.
Главный передний угол γ измеряют в главной секущей плоскости между следом передней
поверхности лезвия и следом плоскости, перпендикулярной к следу плоскости резания. Передний
угол оказывает большое влияние на резание. С увеличением угла уменьшается деформация
срезаемого слоя, так как инструмент легче врезается в материал, снижаются силы резания и расход
мощности. Одновременно улучшаются условия схода стружки, а качество обработанной
поверхности заготовки повышается.
Чрезмерное увеличение угла приводит к снижению прочности лезвия, увеличению износа
вследствие выкрашивания, ухудшению условий теплоотвода от режущей кромки.
При обработке заготовок из хрупких и твердых материалов для повышения прочности и стойкости
резца следует назначать меньшие значения угла иногда даже отрицательные. При обработке
заготовок из мягких и вязких материалов передний угол увеличивают.
Рис.55. Углы резца в статике
Главный задний угол ά измеряют в главной секущей плоскости между следом плоскости резания
и следом главной задней поверхности. Наличие угла ά уменьшает трение между главной задней
поверхностью инструмента и поверхностью резания заготовки, что уменьшает износ инструмента
по главной задней поверхности. Чрезмерное увеличение угла приводит к снижению прочности
режущего лезвия. Угол назначают, исходя из упругой деформации материала обрабатываемой
заготовки.
Вспомогательный задний угол ά1 измеряют во вспомогательной секущей плоскости между следом
вспомогательной задней поверхности и следом плоскости, проходящей через вспомогательную
режущую кромку перпендикулярно статической основной плоскости. Наличие угла ά1уменьшает
трение между вспомогательной задней поверхностью инструмента и обработанной поверхностью
заготовки.
Главный угол в плане φ — угол в основной плоскости между плоскостью резания и направлением
движения подачи. Угол φ оказывает значительное влияние на шероховатость обработанной
поверхности заготовки. С уменьшением угла φ шероховатость обработанной поверхности
снижается. Одновременно уменьшается толщина и растет ширина срезаемого слоя материала. Это
увеличивает активную рабочую длину режущей кромки. Сила и температура резания,
приходящиеся на единицу длины кромки, уменьшаются, это снижает износ инструмента. С
уменьшением угла φ резко возрастает сила резания, направленная перпендикулярно к оси
заготовки, это вызывает повышенное деформирование обрабатываемой заготовки.
Вспомогательный угол в плане φ' – угол в основной плоскости между проекцией вспомогательной
режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным движению подачи. С
уменьшением угла φ' шероховатость обработанной поверхности снижается, одновременно
увеличивается прочность вершины резца и уменьшается его износ.
Угол наклона режущей кромки λ – угол в плоскости резания между режущей кромкой и основной
плоскостью. С увеличением угла % качество обработанной поверхности ухудшается.
Углы γ, ά , φ , φ' могут изменяться вследствие погрешности установки резца. Если при обтачивании
цилиндрической поверхности вершину резца установить выше линии центров, то угол у увеличится,
а угол а уменьшится, а при установке вершины резца ниже линии центров станка – наоборот. Если
ось резца не перпендикулярна линии центров станка, то это вызывает изменение углов φ, φ'.
В процессе резания углы γ и ά резца также изменяются. Это можно объяснить тем, что меняется
положение плоскости резания в пространстве вследствие вращения заготовки и поступательного
движения резца, так как в этом случае фактической поверхностью резания, к которой касательна
плоскость резания, будет винтовая поверхность. При работе с большими подачами, а также при
нарезании резьбы резцом изменение углов ά и γ будет существенным, что необходимо учитывать
при изготовлении резцов, внося соответствующие коррективы. Углы ά и γ в процессе резания могут
оказаться переменными, что имеет место при обработке сложных поверхностей деталей типа
кулачков, лопаток турбин.
47. Элементы резания и срезаемого слоя
Скоростью резания называется путь перемещения режущей кромки резца относительно
обрабатываемой поверхности в единицу времени. При строгании на поперечно-строгальном
станке и долблении скорость резания равна средней скорости перемещения резца. При строгании
на продольно-строгальных станках она равна линейной скорости стола.
Движение режущей кромки резца относительно обрабатываемой поверхности называется
главным движением.
Скорость резания обозначается буквой v, измеряется в метрах в минуту. Скорость резания при
строгании на поперечно-строгальном станке равна скорости рабочего хода ползуна и может быть
подсчитана по формуле:
v=L*n*(1+m)/1000 (м/мин)
где vр.х — скорость рабочего хода, м/мин; L — длина рабочего хода резца, мм; n — число
двойных ходов в минуту ползуна; m — отношение скорости рабочего хода к скорости холостого
хода;
1000 —число для перевода миллиметров длины в метры.
Скорость резания при долблении равна средней скорости рабочего хода долбяка и
подсчитывается по формуле:
v=2*L*n/1000 (м/мин)
Эта формула справедлива для станков с кривошипно-шатунным механизмом, у которых скорости
рабочего и холостого ходов одинаковы.
Скорость резания для продольно-строгального станка указана в паспорте и в табличке,
имеющейся на станке. Число двойных ходов стола при строгании определяется по формуле:
n=1000v/(L*(1+m)) (дв. ход/мин)
где n — число двойных ходов в минуту стола; v р.х — скорость рабочего хода, м/мин; L — длина
хода стола, мм; m-отношение скорости рабочего хода к скорости холостого хода
Числа двойных ходов для поперечно-строгальных и долбежных станков указываются в таблицах,
имеющихся на станках.
Подачей называется величина прерывистого (периодического) перемещения резца или стола с
заготовкой в направлении, перпендикулярном направлению главного движения. Подача
измеряется в миллиметрах за один двойной (рабочий плюс холостой) ход стола станка или резца
и обозначается буквой s (см. рис. 12).
Глубиной резания называется толщина слоя металла, снимаемого резцом с заготовки за один
проход, она измеряется в миллиметрах как расстояние между обрабатываемой и обработанной
поверхностями перпендикулярно последней. Обозначается глубина резания буквой t (см. рис. 12).
Шириной срезаемого слоя называется расстояние между обрабатываемой и обработанной
поверхностями, измеренное по поверхности резания. Обозначается ширина срезаемого слоя
буквой b (см. рис. 12).
Толщиной срезаемого слоя называют расстояние, измеряемое в направлении, перпендикулярном
ширине срезаемого слоя, между двумя последовательными положениями поверхности резания
за один двойной ход. Обозначается толщина срезаемого слоя буквой а (см. рис. 12).
Номинальной площадью поперечного сечения срезаемого слоя, обозначаемого буквой f,
называют произведение глубины резания t на подачу s или ширины срезаемого слоя b на его
толщину а.
Сечение срезаемого слоя (см. рис 12) определяется по формуле:
f=s*t=a*b (мм^2)
Сечение срезаемого слоя оказывает основное влияние на усилие, преодолеваемое резцом при
снятии слоя металла.
Скорость резания, подача и глубина резания являются показателями режима резания,
влияющими на производительность станка.
48.Физические основы процесса резания.
Процесс резания является сложным физическим процессом, сопровождающимся большим
тепловыделением, деформацией металла при образовании стружки, износом режущего
инструмента и наростообразованием на резце. Знание закономерностей процесса резания и
сопровождающих его явлений позволяет рационально управлять этим процессом и обрабатывать
детали более качественно, производительно и экономично.
Шероховатость обработанной поверхности. Проблема улучшения качества выпускаемой
продукции наряду с непрерывным повышением производительности труда является важнейшей в
машиностроении. При оценке качества готовой детали учитывают следующие основные
показатели: точность размера, точность геометрической формы и шероховатость поверхности.
Шероховатость обработанной поверхности зависит от следующих факторов: правильного выбора
геометрических параметров (углов заточки) инструмента и прежде всего переднего угла, углов в
плане, правильного выбора подачи,. скорости резания, а также применения соответствующих
смазочно-охлаждающих жидкостей.
Вибрации при резании металлов. В процессе резания металлов при определенных условиях
возникают вибрации (колебания). Появление вибраций во многих случаях является основной
причиной, ограничивающей возможность повышения режимов резания и производительности
труда. Вибрации при резании металлов вредно отражаются на стойкости инструмента. Даже
слабые вибрации препятствуют достижению высокого класса шероховатости обработанных
поверхностей. При прочих равных условиях возможность возникновения вибраций при обработке
чугуна значительно меньше, чем при обработке стали.
Вибрации можно устранить или уменьшить, применяя инструмент с малыми задними и большими
передними углами, а также выбирая соответствующие скорости резания и условия охлаждения,
при которых снижается интенсивность колебаний. Для устранения или уменьшения вибраций
применяют специальные устройства — виброгасители.
В процессе резания различных материалов могут образовываться следующие основные виды
стружек: сливные (непрерывные), скалывания (элементные) и надлома (рис. 82).
Сливная стружка (рис. 82, а) образуется при резании вязких и мягких материалов, например
мягкой стали, латуни. Резание протекает обычно при высокой скорости. Чем больше скорость
резания и вязкость обрабатываемого металла, меньше угол резания и толщина среза, выше
качество смазочно-охлаждающей жидкости, тем стружка ближе к сливной.
Стружка надлома (рис. 82, в) образуется при резании хрупких металлов, например серых чугунов.
Такая стружка состоит из отдельных, почти не связанных между собой элементов. Обработанная
поверхность при образовании такой стружки получается шероховатой, с большими впадинами и
выступами. В определенных условиях, например при обработке чугунов средней твердости,
стружка надлома может получиться в виде колец. Сходство со сливной стружкой здесь только
внешнее, так как достаточно слегка сжать такую стружку в руке и она легко разрушится на
отдельные элементы.
Стружка скалывания (рис. 82, б) занимает промежуточное положение между сливной стружкой и
стружкой надлома и образуется при обработке некоторых сортов латуни и твердых сталей с
большими подачами и относительно малыми скоростями резания. С изменением условий
резания стружка скалывания может перейти в сливную и наоборот.
Под действием режущего инструмента срезаемый слой металла подвергается сжатию. Процессы
сжатия (как и процессы растяжения) сопровождаются упругими и пластическими деформациями.
При обработке режущий инструмент деформирует не только срезаемый слой, но и поверхностный
слой материала обрабатываемой детали. Глубина деформации поверхностного слоя металла
зависит от различных факторов и может достигать от сотых долей до нескольких миллиметров.
Под действием деформации поверхностный слой металла упрочняется, увеличивается твердость
и уменьшается пластичность, происходит так называемый наклеп обрабатываемой поверхности.
Чем мягче и пластичнее обрабатываемый металл, тем большему наклепу он подвергается. Чугуны
обладают значительно меньшей способностью к упрочнению, чем стали. Величина и глубина
наклепа увеличиваются с увеличением подачи и глубины резания и уменьшаются с увеличением
скорости резания. Глубина наклепа увеличивается примерно в 2—3 раза при работе тупым
режущим инструментом, чем при работе острым. Смазочно-охлаждающие жидкости уменьшают
глубину и степень упрочнения.
При некоторых условиях резания на передней поверхности режущей кромки резца налипает
обрабатываемый материал, образуя так называемый нарост. Он имеет клиновидную форму, по
твердости превышает в 2—3 раза твердость обрабатываемого материала. Являясь как бы
продолжением резца, нарост (рис. 83) изменяет его геометрические параметры (δ1<δ), участвует в
резании металла, влияет на результаты обработки, износ резца и силы, действующие на резец.
а — величина нароста, б — угол резания
При обработке нарост периодически разрушается и вновь восстанавливается. С увеличением
пластичности обрабатываемого металла размеры нароста возрастают, а при обработке хрупких
металлов, например чугуна, нарост может и не образоваться.
При обработке со скоростью резания до 5 м/мин нарост не образуется, наибольшая величина
нароста — при скоростях резания 10—20 м/мин. Этот диапазон скоростей является
неблагоприятным для чистовой обработки. При дальнейшем увеличении скорости резания в
зависимости от прочности металла температура в зоне резания возрастает и нарост, размягчаясь,
постепенно исчезает.
Нарост увеличивается с увеличением подачи, поэтому при чистовой обработке рекомендуются
подачи в пределах 0,1—0,2 мм/об. Глубина резания существенного влияния на размеры нароста
не оказывает. Применение смазочно-охлаждающей жидкости уменьшает нарост.
Наличие нароста полезно при выполнении черновой обработки.
49. Явления, сопровождающие процесс стружкообразования. Тепловые процессы в
зоне обработки.
Нарост (из 48)
Усадка стружки. При резании металлов стружка деформируется и оказывается короче, того
участка, с которого она срезана. Это явление укорачивания стружки по длине называется
продольной усадкой стружки.
Объем металла при деформировании практически не меняется. Следовательно, укорачивание
стружки по длине должно сопровождаться увеличением площади поперечного сечения стружки.
Увеличение площади поперечного сечения называется поперечной усадкой стружки.
Тепловые явления при резании металлов. В процессе резания металлов обрабатываемая деталь,
режущий инструмент и стружка нагреваются. При увеличении скорости резания, особенно во
время снятия тонких стружек, температура в зоне резания увеличивается до 600 °С. При
дальнейшем повышении скорости резания в ряде случаев можно наблюдать сходящую стружку,
нагретую до ярко-красного каления (900 °С). На обработанной поверхности стальной детали при
этом могут быть заметны оттенки всех цветов побежалости, свидетельствующие о высокой
температуре тончайшего поверхностного слоя детали в момент соприкосновения ее с задней
поверхностью инструмента.
Повышение температуры в зоне резания происходит в результате превращения затрачиваемой на
процесс резания механической энергии в тепловую.В стружку входит от 60 до 86% общего
количества теплоты, образующейся при резании, в режущий инструмент — от 10 до 40% общего
количества теплоты, а в обрабатываемую заготовку — от 3 до 10%. Необходимо отметить, что как
в стружке, так и в инструменте теплота распределяется неравномерно. В режущем инструменте
при непрерывной его работе устанавливается постоянный тепловой режим за несколько минут
работы. Практически выравнивание температуры в обрабатываемой детали заканчивается после
ее обработки. Образующееся в зоне резания тепло оказывает большое влияние на весь процесс
резания и связанные с ним явления (наростообразование, износ инструмента и др.). Поэтому в
теории резания металлов тепловым явлениям при резании уделяется большое внимание.
50. Инструментальные материалы
Основными требованиями для инструментальных материалов являются твердость, прочность,
теплостойкость, технологичность и экономичность. Прочностные свойства инструментальных
материалов характеризуются пределом прочности на изгиб и на сжатие, ударной вязкостью и
коэффициентом трещиностойкости. Теплостойкость характеризуется температурой, при которой
происходит существенное снижение стойкости инструмента. Комплексной характеристикой
инструментального материала является его износостойкость, которая определяет способность
сохранения режущих свойств инструмента, с заданной производительностью, при обеспечении
точности обработки и качества получаемой поверхности. Износостойкость определяется, в первую
очередь, твердостью инструментального материала, его прочностью и теплостойкостью. На
износостойкость инструментального материала значительно влияет также стойкость к
термическим ударам, теплопроводность, окислительная стойкость, а также адгезионные,
диффузионные, химические свойства и коэффициент трения по отношению к обрабатываемому
материалу. Под технологичностью понимается комплекс свойств, характеризующих поведение
инструментальных материалов при изготовлении из него режущего инструмента. Например,
материалы, обладающие плохой шлифуемостью, неудобны при изготовлении и переточке
сложнопрофильных инструментов, а слишком узкий интервал закалочных температур материала
при термообработке может привести к браку и т.д. [1]. Для инструментальных материалов
характерно противоречие: более твердые и теплостойкие материалы обладают меньшей
прочностью и стойкостью к термическим ударам, что снижает их применимость для черновой
обработки и прерывистого резания.
Режущие инструменты изготавливают целиком или частично из инструментальных сталей,
твердых сплавов (вольфрамовых, вольфрамотитановых, вольфрамотитанотанталовых и
безвольфрамовых), минералокерамихи, оксидной керамики, сверхтвердых материалов, алмазов
и композитов.
Инструментальные стали подразделяются на углеродистые общего назначения (У9, У10, УЮА, У!
1А, У12А) для изготовления ручного режущего инструмента; низколегированные, легированные
хромом, ванадием, кремнием и марганцем (также для ручного инструмента); быстрорежущие для
изготовления инструментов, работающих со скоростями резания 20… 50 м/мин. Последние
широко применяются в промышленности и делятся на стали обычной производительности,
работающие со скоростями резания до 20 м/мин (марок Р9, Р12, Р]8, Р6М5, Р9КЮ и др.), стали
повышенной производительности для скоростей резания до 50 м/мин (марок Р6М5К5, 10Р6М5ФЗ,
Р10К5Ф5 и др.) и порошковые стали, работающие со скоростями резания до 70 м/мин (марок
Р6М5К5М, Р6М5К50М, ЮР6М5К5ФЗОМ).
Особенность обозначения сталей: цифра перед буквой Р показывает содержание углерода в
десятых долях процента, цифра после буквы Р показывает процентное содержание вольфрама;
для порошковых сталей окончание М обозначает мелкую структуру, ОМ — особо мелкую
структуру.
Металлокерамические твердые сплавы состоят из тонко измельченных карбидов тугоплавких
металлов (вольфрам, титан, тантал), соединенных цементирующим металлом — кобальтом.
Сплавы имеют высокую температуростойкость (благодаря наличию карбидов тугоплавких
металлов), твердость и износостойкость, допускают скорость резания 100… 150 м/мин.
В группу вольфрамовых твердых сплавов входят В КЗ, ВКЗМ, ВК4, ВК60М, ВК6М, ВК8, ВК10ОМ и
др. Их рекомендуется использовать при обработке чугуна, цветных сплавов и
труднообрабатываемых материалов с небольшими скоростями резания.
Титановольфрамовые сплавы группы ТК (Т5КЮ, Т5К12, Т14К6, Т30К4) применяют для обработки
всех видов сталей.
Вольфрамотитанотанталовые сплавы группы ТТК применяют на черновых операциях со снятием
толстых стружек.
В группу безвольфрамовых твердых сплавов входят КНТ-16 и ТН-20. Их используют для
получистового и чистового точения и фрезерования чугуна, углеродистых сталей и цветных
сплавов.
Минералокерамика — инструментальный материал на основе оксида алюминия AI2O3,
обладающий большими, чем у твердых
сплавов, твердостью и температуростойкостью, но меньшей ударной вязкостью. Поэтому
инструмент из минералокерамики используют только для чистовой обточки и расточки деталей из
высокопрочных чугунов, закаленных сталей и для резания неметаллических материалов со
скоростями до 200 м/мин. Различают оксидную (белую), оксидно-карбидную, оксидно-нитридную
керамику и керметы.
Сверхтвердые материалы включают в себя синтетические алмазы и материалы на основе
кубического нитрида бора (композиты).
Алмаз как инструментальный материал бывает двух разновидностей: баллас (АБС), который
применяют для обработки деталей из стеклопластика со скоростями резания 450 м/мин, и
карбонадо (АСПК) — для обработки алюминиевых и медных сплавов
Композиты — синтетический материал, по твердости не уступающий алмазу, превосходящий его
по температуростойкости и инертный к железу.
51. Обработка на токарных станках
Различают следующие виды токарной обработки: обтачивание, растачивание, подрезка торца,
прорезка канавок и отрезка; нарезание резьбы; обработка фасонных поверхностей. Обтачивание
применяют для обработки наружных цилиндрических и конических поверхностей проходным
резцом. Чаще всего выбирают резец с углом в плане φ=45; 60; 75°. При уменьшении угла φ
увеличивается рабочая часть режущей кромки, уменьшается износ резца, но при этом возрастает
сила Py, увеличивается отжатие, снижается виброустойчивость системы СПИД.
Растачивание применяют для обработки внутренних цилиндрических и конических поверхностей.
Расточной резец имеет длинную и тонкую шейку, отсюда резко снижается его жесткость. Чтобы
уменьшить силы резания, снижают глубину резания и подачу. Это уменьшает производительность
обработки. Закономерности выбора углов в плане такие же, как в предыдущем случае
Подрезка торца выполняется в двух вариантах. Если требуется подрезать небольшой уступ,
должен быть выбран подрезной резец с главным углом в плане φ = 90°. Обработка производится с
продольной подачей. Если требуется обработать торцовую поверхность детали, выбирается
торцовый резец и обработка производится с поперечной подачей
Прорезка канавки и отрезка осуществляется прорезным или отрезным резцом. Такой резец имеет
φ = 90° и два вспомогательных угла в плане φ1 = 2—3°. При прорезке канавки профиль передней
грани резца должен соответствовать профилю канавки. При отрезке главная режущая кромка
должна иметь минимальную длину, чтобы уменьшить объем снимаемого припуска
Для нарезания резьбы используют резьбовой резец. Профиль передней грани резца должен
соответствовать профилю резьбы (крепежной, трапецеидальной, круглой и др.).
Фасонная поверхность может быть получена на токарных станках двумя методами:
1. При помощи фасонного круглого или призматического резца
2. На копировальном станке или станке с ЧПУ.
На токарном станке можно производить также сверление, зенкерование, развертывание,
центрирование заготовок, нарезание заготовок, нарезание резьбы метчиками, плашками,
резьбовыми головками, осуществлять притирку, полировку, упрочнять поверхностный слой
накатыванием, производить накатку рифлений (рис. 24) и т. д.
52. Обработка на фрезерных станках
Назначение и разновидности фрезерных станков. На фрезерных станках можно обрабатывать
наружные и внутренние поверхности различной конфигурации; чаще всего эти станки используют
для обработки плоскостей, пазов, канавок; нередко фрезерные станки применяют для обработки
линейных фасонных поверхностей. Специальные виды фрезерных станков приспособлены для
обработки сложных пространственных фасонных поверхностей.
Вследствие высокой производительности и широкой универсальности фрезерные станки являются
самой распространенной группой после токарных станков.
Различают следующие основные типы фрезерных станков: консольно-фрезерные (вертикальные,
горизонтальные, универсальные и широкоуниверсальные); бесконсольно-фрезерные; продольнофрезерные; копировально-фрезерные.
Кон сольно-фрезерные станки характеризуются тем, что у них стол вместе с обрабатываемой
деталью может перемещаться в трех взаимно перпендикулярных направлениях, а у некоторых
моделей — и под углом к оси шпинделя.
Бесконсольно-фрезерные станки могут быть вертикальными и горизонтальными. Вертикальные
бесконсольно-фрезерные станки используются для обработки сравнительно крупных деталей.
Они характерны тем, что у них стол может перемещаться только в двух взаимно
перпендикулярных направлениях: продольном и поперечном. Вертикальное перемещение имеет
сама шпиндельная бабка.
Понятие о процессе фрезерования. Фрезерованием называется технологический метод обработки
поверхностей фрезами.
При фрезеровании главное (вращательное) движение получает фреза, а движение подачи
(прямолинейное и перпендикулярное к оси фрезы) — заготовка, закрепленная на столе станка.
Работа фрезы принципиально отличается от работы других многолезвийных инструментов:
зенкеров, разверток, метчиков и т. п.,
при резании которыми все режущие кромки инструмента одновременно участвуют в работе. При
фрезеровании подача направлена перпендикулярно к оси вращения инструмента, вследствие
чего каждый зуб фрезы находится в контакте с обрабатываемой деталью только в течение
незначительной части своего оборота и в работе одновременно участвуют один или несколько
зубьев фрезы. Большое количество зубьев у фрезы, каждый из которых работает небольшую часть
времени и в течение большей части оборота фрезы успевает охладиться, обеспечивает большую
стойкость инструмента и высокую производительность фрезерования.
Виды фрезерования. Существует два основных вида фрезерования: цилиндрическое и
торцовое.
При цилиндрическом фрезеровании (рис. 1, а) обработанная поверхность 2 профилируется
главной режущей кромкой 1, расположенной на поверхности вращения фрезы. Поэтому
поперечный профиль обработанной поверхности полностью зависит от профиля образующей
фрезы и является обратным ему, т. е. если фреза будет выпуклой, то обработанная поверхность
вогнутой, и наоборот.
Продольный профиль обработанной поверхности при этом виде фрезерования будет волнистым,
причем расстояние а между волнами зависит от величины подачи на зуб, а их глубина, кроме
того, еще и от диаметра фрезы.
Чтобы получить высокую чистоту обработанной поверхности при цилиндрическом фрезеровании,
приходится работать с небольшими величинами подач.
При торцовом фрезеровании (рис. 1, б) обработанная поверхность 3 образуется не главными 2, а
вспомогательными / режущими кромками, которые расположены на торцовой поверхности
фрезы. Поэтому независимо от профиля образующей фрезы обработанная поверхность всегда
является плоскостью.
При торцовом фрезеровании чистота обработанной поверхности также зависит от величины
подачи на зуб.
При обработке пазов, канавок, уступов и т. п. фреза работает комбинированно; при этом
некоторые из обработанных поверхностей образуются главными режущими кромками зубьев
фрезы, а некоторые — торцовыми (рис. 1, в).
Элементы резания при фрезеровании. При фрезеровании, так же как и при других видах
обработки, режимы резания характеризуются скоростью резания, величиной подачи, глубиной
резания и дополнительно шириной фрезерования.
Скоростью резанияv при фрезеровании называется окружная скорость наиболее удаленных точек
режущих кромок зубьев фрезы. Она измеряется в м/мин.
Г лубиной резания tназывается наикратчайшее расстояние между обрабатываемой и
обработанной поверхностью, т. е. толщина снимаемого за один проход слоя материала в мм (см.
рис. 1, а, б).
Шириной фрезерования В(см. рис. 1, а, б) называется ширина обрабатываемой поверхности в
направлении, параллельном к оси фрезы (для торцового фрезерования — в направлении,
перпендикулярном к оси фрезы). ширина фрезерования измеряется в миллиметрах.
Подачей на зуб szназывается величина перемещения заготовки относительно фрезы за время ее
поворота на один зуб (измеряется в мм/зуб).
Подачей на оборот so6 называется величина перемещения заготовки относительно фрезы за один
ее оборот (измеряется в мм/об).
Минутной подачей sMназывается скорость перемещения заготовки относительно фрезы
(измеряется в мм/мин).
Подачи при фрезеровании связаны между собой следующей зависимостью:
SM=So6n — Sz zпмм/мин,
где г — число зубьев фрезы;
п — число оборотов фрезы в минуту.
53. Абразивные материалы
-вещества высокой твёрдости для механической обработки металлов, керамических материалов,
горных пород, минералов, стекла, дерева, кожи, резины и др. С конца 19 в. применяются
искусственные А. м. (электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, монокорунд, синтетический
алмаз и др.), ранее использовались только естественные А. м. (кремень, наждак, гранат, пемза,
корунд, алмаз).
Основные характеристики А. м.: твёрдость, прочность и вязкость; форма абразивного зерна;
абразивная способность; зернистость.
Твёрдость А. м. определяется (Мн/м2) методом вдавливания алмазной пирамиды в
поверхность испытуемого материала, (например, для кварца 11 000—11 300, электрокорунда 18
000—24 000, алмаза 84 250—100 000). Распространено определение твёрдости в кгс/мм2 (1
кгс/мм2 ≈ 10 Мн/м2). С увеличением прочности А. м. улучшается сопротивляемость усилиям
резания. Сопротивление А. м. сжатию в несколько раз больше, чем сопротивление растяжению и
изгибу. Прочность А. м. на растяжение и сжатие снижается с повышением температуры
шлифования.
Абразивное зерно — кристаллический осколок (кристаллит), реже монокристалл или агрегат,
состоящий из множества мелких кристаллов (поликристалл). Режущая кромка зерна — ребро,
образованное любой парой пересекающихся кристаллографических плоскостей. Зерно может
иметь приблизительно равные размеры по высоте, ширине и толщине (изометрическая форма)
или обладать мечевидной и пластинчатой формой, что определяется родом А. м. и степенью
измельчения исходного зерна. Рациональна изометрическая или близкая к ней форма зерна, т. к.
каждое зерно является резцом. Наименее выгодная форма — игольчатая. Зерно имеет несколько
граней, образующих вершины с углами от 30 до 130° и с радиусами округлений у зёрен от 200 до 4
мкм. У зёрен синтетических алмазов углы и радиусы округлений меньше, чем у природных,
поэтому возможно снимать тонкую стружку.
Абразивная способность характеризуется массой снимаемого при шлифовании материала до
затупления зёрен. По абразивной способности А. м. располагаются в следующем порядке: алмаз,
кубический нитрид бора, карбид кремния, монокорунд, электрокорунд, наждак, кремень.
Абразивная способность зависит от вида шлифуемых материалов, режима работы, вязкости и
прочности зёрен. Чем меньше в А. м. примесей, тем выше абразивная способность.
54. Шлифование
Шлифование — это процесс обработки при помощи абразивного инструмента, режущими
элементами которого являются зерна абразивных материалов. Форма этих зерен и их положение
в связке круга различны, поэтому воздействие их на обрабатываемый материал неодинаково:
часть зерен срезают металл острыми кромками, как режущими кромками инструмента, часть
зерен скоблят или царапают обрабатываемый материал.
Шлифование применяют для обработки различных внешних цилиндрических, фасонных и плоских
поверхностей, а также для обработки отверстий. Шлифованием можно обрабатывать очень
твердые закаленные поверхности.
Чаще всего шлифование является окончательной (отделочной) обработкой точных ответственных
поверхностей и осуществляется на шлифовальных станках. При этом возможно удаление весьма
тонких слоев металла.
Наиболее распространено шлифование наружных цилиндрических поверхностей, которое чаще
всего производится на кругло-шлифовальных станках. Схема такого шлифования показана на рис.
122. Здесь шлифовальный круг вращается с большой скоростью (до 50 м/сек), а обрабатываемая
заготовка вращается со скоростью в 60—100 раз меньше, чем скорость шлифовального круга.
Существует два основных способа наружного шлифования: с продольной подачей и с поперечной
подачей или методом врезания. В первом случае обрабатываемая заготовка имеет вращательное
движение вокруг оси и поступательное движение вдоль своей оси. Шлифовальный круг имеет
тоже два движения: вращательное вокруг оси и периодическое поступательное в глубину
обрабатываемой заготовки (поперечная подача). Во втором случае обрабатываемая заготовка
имеет только вращательное движение вокруг своей оси, а шлифовальный круг вращается и
одновременно перемещается в поперечном направлении. Ширина шлифовального круга должна
перекрывать ширину обрабатываемой поверхности. Этот способ применяют при шлифовании
малых по длине поверхностей.
При шлифовании число оборотов шпинделя шлифовального круга в минуту:
nк=(1000*vк/(pi*D))*60 (об/мин)
где vк — скорость шлифовального круга в м/сек;
D— диаметр шлифовального круга в мм.
Число оборотов обрабатываемой заготовки:
nз=1000*vз/(pi*d)
где vз — скорость вращения заготовки в м/мин;
d— диаметр заготовки в мм.
Скорость вращения обрабатываемой заготовки при черновом шлифовании принимается 20—60
м/мин.
Глубина резания t при шлифовании с продольной подачей — слой, снимаемый за каждый проход
шлифовального круга (0,005— 0,025 мм). Число необходимых проходов i определяется как
частное от деления величины припуска на обработку, на величину глубины резания: i = a/t.
Продольная подача зависит от ширины круга В и характера обработки (черновое или чистовое
шлифование). Эта подача принимается в пределах 0,3—0,6 В.
Сила резания, возникающая в процессе круглого шлифования, может быть разложена на три
составляющие: тангенциальную Рz, радиальную Py и осевую Рx. Радиальная сила Рy больше
тангенциальной Рz в 1,5—2 раза.
Мощность, необходимая для вращения шлифовального круга, подсчитывается по формуле
Nк=Pz*vк/102 квт,
Мощность соответствующего электродвигателя Nд=Nк*η,
гдеη = 0,75÷0,8 — к. п. д. привода станка.
Соответственно с учетом η подсчитывается мощность электродвигателя для вращения
обрабатываемой заготовки.
55. Хонингование
Применяют для получения поверхностей высокой точности и малой шероховатости, а также для
создания специфического микропрофиля обработанной поверхности в виде сетки. Такой профиль
необходим для удержания смазочного материала при работе машины(Например, двигателя
внутреннего сгорания) на поверхности ее детали.
Поверхность неподжижной заготовки обрабатывают мелкозернистыми абразивными брусками,
которые закрепляют в хонинговальной головке(хоне). Бруски вращаются и одновременно
перемещаются возвратно-поступательно вдоль оси обрабатываемого цилиндрического отверстия.
Соотношение скоростей указанных движений состовляет 1,5...10 и определяет условия резания.
Схема обработки по сравнению с внутренним шлифованием обладает преимуществами:
отсутствует упругий отжим инструмента, реже наблюдается вибрация, резание происходит более
плавно.
56. Суперфиниширование
Суперфиниширование или отделка колеблющимися брусками заключается в том, что с
поверхности вращающейся детали металл снимается двумя весьма мелкозернистыми
(зернистость 400-600) абразивными брусками (фиг. 69), перемещающимися непрерывно и
медленно вдоль образующей обрабатываемой поверхности. Одновременно бруски совершают
быстрые короткие возвратно-поступательные (колебательные) движения с амплитудой 2-5 мм.
Этим способом может быть достигнута очень высокая степень чистоты обработки (до 14-го
класса) и очень малая толщина остаточного дефектного поверхностного слоя на обработанной
поверхности Суперфинишированные поверхности весьма устойчивы против коррозии
Ремимы суперфиниширования следующие Скорость вращения обрабатываемой детали 2-20
м/мин Продольная подача инструмента на один оборот детали 0,1-0,15 мм Число колебательных
движений брусков в минуту 500-1800 Снимаемый припуск 5-20 мкм
Давление брусков на поверхность детали 0,5-4 кг/мм2 Давление брусков на поверхность детали
может осуществляться с помощью пружин, гидравлических или пневматических устройств В
процессе обработки давление изменяется, повышаясь по мере увеличения площади
соприкосновения брусков с обрабатываемой поверхностью вследствие постепенного срезания
вершин гребешков
При обработке применяют смазку (две части керосина и одна часть масла).
Суперфинишированием можно обрабатывать наружные и внутренние поверхности деталей из
сталей, чугунов и цветных сплавов после их шлифования или тонкого обтачивания. Чаще всего его
применяют для обработки стальных и чугунных деталей, если необходимо получить очень чистую
поверхность (поршни, коленчатые и распределительные валы, поршневые пальцы, штоки
клапанов и др.). Исправить макрогеометрические искажения формы детали этим способом
нельзя Поэтому до суперфиниширования производят точную обработку поверхностей
Продолжительность суперфиниширования 0,2-0,5 мин При чрезмерной длительности процесса
не только не происходит улучшения чистоты поверхности, но может быть, наоборот, ухудшение.
Высокая чистота обработки поверхностей деталей и малая толщина дефектного слоя после
обработки этим способом обусловливаются следующими обстоятельствами
1) малыми удельными давлениями инструмента на обрабатываемую поверхность,
2) малыми скоростями резания;
3) наличием колебательных движений абразивных брусков, что облегчает очистку их от стружки,
4) сложной траекторией движения режущих зерен относительно обрабатываемой поверхности,
что также облегчает удаление I брусков стружки, а кроме того, облегчает ввод в действие разных
режущих кромок абразивных зерен,
5) невысокой температурой резания
Этот процесс можно осуществлять на обычных токарных и шлифовальных станках, но чаще для
суперфиниширования применяют особые станки общего назначения, а также станки
определенного назначения (например, для отделки шеек коленчатых валов, распределительных
валов и т п )
57. Полирование
Назначение, Полирование выполняют для повышения чистоты [[ блеска поверхностей, а также
подготовки их под электролитическое покрытие хромом или никелем.
Инструменты. На токарных станках полирование осуществляется шлифовальными шкурками на
бумаге или полотне. Сталь it цветные пластичные металлы обрабатывают корундовыми
шкурками, чугун и хрупкие материалы — шкурками из карбида кремния. Зернистость шкурки
(размер абразивных зерен в сотых долях миллиметра) принимается в зависимости от требуемой
чистоты обрабатываемой поверхности в пределах 50—3.
Приемы работы. При полировании стоят у станка так же, как при опиливании, примерно под
углом 45° вправо к оси центров станка. Передний Конец шкурки удерживают левой рукой,
противоположный — правой.
Полирование выполняют последовательно несколькими шкурками с постепенным уменьшением
их зернистости.
Цилиндрические поверхности удобно полировать жимками. Они состоят из двух деревянных
брусков, соединенных на одном конце кожей или металлическим шарниром. Во внутренние
радиусные углубления брусков укладывается шлифовальная шкурка. Обрабатываемую
поверхность охватывают жим ком, который удерживают руками, и выполняют полирование
действиями, аналогичными вышеописанным.
При полировании деталь сильно нагревается и удлиняется. Поэтому, когда она поджата центром,
надо периодически проверять, насколько туго он зажат, и, если требуется, немного ослабить.
Режим работы. Для получения лучшей чистоты поверхности число оборотов детали должно быть
возможно большим. При окончательном полировании поверхность детали рекомендуется слегка
смазать маслом или натереть шкурку мелом.