Общие принципы конструирования литых деталей.

Конструкция отливки должна отвечать служебным требова­ниям детали, технологии ее изготовления, технологии механи­ческой обработки и эстетическим требованиям. Внешние контуры литой детали должны представлять собой сочетание простых и прямолинейных контуров, сочленяемых плавными криволиней­ными переходами. Необходимо стремиться к уменьшению габарит­ных размеров и особенно высоты детали, устранению выступа­ющих частей, больших тонких ребер, глубоких впадин и под­нутрений, затрудняющих изготовление литейной формы.

Внутренние полости литых деталей следует конструировать открытыми, без поднутрений, что позволит изготовить отливку без применения стержней. Если при изготовлении отливки обой­тись без стержней невозможно, то при конструировании литой детали необходимо предусматривать отверстия и окна макси­мальных размеров в достаточном числе для обеспечения устойчи­вости стержней в литейной форме, точности их установки, легкого удаления стержней и каркасов из отливки при ее очистке. Стенка литой детали объединяет все ее рабочие элементы (гнезда подшипников, фланцы, поверхности скольжения и качения и др.), придает в значительной степени требуемую конфигурацию, жесткость и прочность. Выбор минимально допустимой толщины стенки отливки определяют размеры и сложность отливки, а также литейные свойства сплава.

Характерной особенностью многих отливок является сочетание массивных направляющих с относительно тонкими стенками, применение ребер жесткости и разветвленных внутренних поло­стей, разделенных перегородками. Для предупреждения возник­новения усадочных раковин и трещин в отливках должны быть правильно выполнены переходы от одного сечения к другому. Ребра жесткости создают местные скопления металла, вызывающие образование усадочных раковин и трещин. Для устранения этого дефекта необходимо Х-образные сечения за­менять Т-образными, а соединения ребер со стенками отливки располагать под прямым углом. При пересечении в одной точке нескольких ребер рекомендуется делать кольцевое ребро и присоединять к нему радиальные ребра на достаточном расстоянии друг от друга. Толщина ребер обычно составляет 0,8 толщины стенки отливки.

Для предупреждения усадочных раковин в массивных отливках из сплавов с повышенной усадкой при конструировании должен быть применен принцип направленного или одновременного за­твердевания. При направленном затвердевании толщина стенки отливки плавно увеличивается снизу вверх. Кристаллизация металла происходит от тонких сечений отливки, расположенных в нижней части формы, к более массивным сечениям, располага­ющимся в верхней части формы. При одновременном затвердева­нии сечения отливок имеют одинаковую толщину как в нижней, так и в верхней части детали.

Иногда бывает целесообразным крупные и сложные литые конструкции разделить на более простые элементы или детали с последующим соединением их между собой сваркой, болтовыми соединениями и другими способами. При этом рекомендуется упрощать наиболее сложные и крупные детали и усложнять наи­более простые из стыкуемых деталей. Выступающие части корпус­ных деталей делают съемными. Для повышения жесткости, умень­шения массы и сокращения объема механической обработки объединяют несколько простых деталей в одну.

Конструкция литой детали должна обеспечивать возможность получения ее габаритных размеров, сечений и массы с заданной точностью. Для этого необходимо предусматривать конструктив­ные уклоны на необрабатываемых поверхностях. Отдельные бо­бышки и приливы необходимо объединять в один общий прилив и доводить его до плоскости разъема или основания. Для облегче­ния пригонки сопрягаемых деталей в ее конструкции предусма­тривают пояски, отбортовку и т. п., что позволяет компенсировать допустимые отклонения в размерах отливки.

28. Сущность процесса обработки материалов давлением.

Обработкой давлением называют процессы получения загото­вок или деталей машин методами пластического деформирования материалов. Деформирование осуществляют силовым воздей­ствием соответствующего инструмента на исходную заготовку из пластичного материала. В самой идее пластического деформирова­ния, которая состоит в преобразовании заготовки простой формы в деталь более сложной формы того же объема, заложено эконом­ное использование обрабатываемого материала. Обработкой давле­нием получают не только заданную форму и размеры, но и определяют требуемое качество изделий, надежность их работы. Высокая производительность процессов обработки давлением, низкая себестоимость и высокое качество продукции привели к широкому применению этих прогрессивных процессов.

29. .Виды обработки давлением.

Виды обработки давлением и типы применяемого оборудования.В зависимости от материала заготовки, формы и размеров деталей, типа производства применяют следующие виды обработки давлением: прокатку, волочение, прессование, ковку, штамповку. Основная масса выплавляемой в сталеплавильных цехах стали поступает в прокатные цехи в виде слитков (рис. 27 а) квадрат­ного или прямоугольного сечения.

Рис. 27. Способы получения заготовок давлением

30. .Прокатка. Виды проката.

Прокатка — деформирование металла вращающимися валками для изменения формы и размеров поперечного сечения и увеличе­ния длины предварительно нагретых или холодных заготовок (рис. 27 б). Валки бывают гладкие (для прокатки листов и лент) (рис. 27 ж)и калиброванные, имеющие на рабочей поверхности вырезы (ручьи) в соответствии с требуемой формой (профилем) прокатыва­емого изделия (рис. 27 и). Совокупность двух ручьев пары валков образует калибр. Обычно прокатка производится за несколько пропусков заготовки между валками с постепенным приближением ее сечения к форме и размерам требуемого профиля. Необходимое число калибров и их правильную конфигурацию (калибровка валков) устанавливают на основе анализа пластического течения металла при прокатке с учетом технико-экономических показате­лей процессов. Оптимальные варианты решений рассчитывают с помощью ЭВМ.

Прокатку слитков производят на мощных обжимных станах — слябингах и блюмингах 1 с валками диаметром 800—1400 мм, а более мелких заготовок — на заготовочных станах 2 (рис. 27 в). На блюмингах и слябингах после каждого пропуска (их бывает 12—18) верхний валок автоматически опускается на величину обжатия заготовки, производимого при следующем пропуске. Автоматическая схема управления блюмингом включает в себя электронное устройство для счета рабочих ходов металла через валки и следящую систему с датчиком положения верхнего валка и устройством для программирования обжатий заготовки.

Технологические процессы прокатки обычно состоят из про­катки слитка в полупродукт и прокатки полупродукта в готовый прокат. Полупродуктом являются слябы (рис. 27 г) с размерами S = 65 - 300 мм и В = 6ОО - 1600 мм, блюмы (рис. 26 д) с разме­рами В X В = 200 X 200 - 450 X 450 мм, а также более мелкие заготовки (рис. 27 е), получаемые из блюмов на заготовочных ста­нах. Готовый прокат, полученный из полупродукта, применяют либо непосредственно в конструкциях, либо в качестве заготовок для последующей ковки, штамповки, сварки и для изготовления деталей обработкой резанием. Совокупность различных профилей проката разных размеров называется сортаментом. Сортамент прокатываемых профилей делят на четыре группы: листовой прокат, сортовой прокат, трубы и специальные виды проката.

Листовой прокат (рис. 27 ж) получают прокаткой слябов на листовых станах. Листы толщиной 4—160 мм относят к толстым листам, а толщиной 0,2—4 мм — к тонким. Листы толщиной менее 0,2 мм называют фольгой. Листовую сталь делят также в зависи­мости от ее назначения, например, на электротехническую, авто­тракторную, судостроительную и т. д. Листы из холоднокатаной стали имеют большую точность по толщине и лучшую поверхность, чем точность и поверхность листов из горячекатаной. В процессе высокоскоростной прокатки бесконтактные (например, радио­изотопные) приборы измеряют толщину полосы и подают соответ­ствующие сигналы в систему ее автоматического регулирования.

Сортовой прокат — простой (в сечении квадрат, круг, прямо­угольник, шестигранник) и сложной — фасонной формы (дву­тавровые балки, швеллеры, рельсы, уголки и т. п.) прокатывают на сортовых станах из блюмов или заготовок, пропуская их через ряд (9—15) соответствующих калибров (рис. 26 з, и). Чем слож­нее профиль готового проката и чем больше его размеры отличаются от профиля и размеров исходной заготовки, тем больше калибров требуется.

Трубы получают сваркой заготовок (рис.26 к), свернутых из полосы (сварные трубы диаметром 10—1420 мм), или прокаткой на автоматических трубопрокатных станах из заготовок круглого сечения (бесшовные трубы диаметром 30—650 мм). Специальные виды проката: колеса и бандажи для железнодорожного транс­порта, зубчатые колеса, шары, периодические профили (с пери­одически изменяющейся формой и площадью поперечного сечения вдоль оси заготовки) и т. д. получают на прокатных станах спе­циальных конструкций.

Для прокатного производства характерны принципы непрерыв­ности технологических операций, комплексная механизация и автоматизация на базе ЭВМ, позволяющих автоматически вести технологические процессы на наивыгоднейших режимах.

31. .Волочение.

Волочение заключается в протягивании заготовки с усилием Р (рис.27 л) через сужающееся отверстие в инструменте, называ­емом волокой. Конфигурация отверстия определяет форму полу­чаемого профиля. Исходными заготовками служат прокатанные или прессованные прутки и трубы. Волочением получают про­волоку диаметром 0,002—10 мм, фасонные профили; калибруют трубы диаметром 0,3—200 мм и прутки диаметром 3—150 мм. Волочение производят в холодном состоянии, что обеспечивает высокую точность размеров и хорошее качество поверхности.

32. .Прессование.

Прессование—это выдавливание усилием Q заготовки 1 (рис. 27 м) из контейнера 2 через отверстие в матрице, соответ­ствующее сечению выдавливаемого профиля. Исходной заготовкой является слиток или прокат. Прессованием получают прутки диаметром 3—250 мм, трубы диаметром 20—400 мм со стенкой тол­щиной 1,5—12 мм и другие профили, сплошные и полые, с постоян­ным или переменным поперечным сечением. Точность и возможная сложность получаемых профилей больше, чем при прокатке.

33. .Ковка.

Ковка — это деформирование усилием N нагретой заготовки 1 (рис. 27 н) рабочими поверхностями 2 универсального инстру­мента (бойка) при свободном течении металла в стороны. Исход­ными заготовками могут быть слитки, блюмы, сортовой прокат. Ковкой получают разнообразные по форме и размерам поковки массой до 300 т, которые служат заготовками для последующей обработки резанием.

34. .Штамповка.

Штамповка— это обработка заготовок из сортового и листо­вого проката давлением с помощью специального инструмента — штампа. Ее широко применяют для серийного и массового произ­водства заготовок и деталей в машиностроительной, приборо­строительной, электростроительной, электротехнической и дру­гих отраслях промышленности. Многообразие машин для обра­ботки давлением можно свести к нескольким основным типам в зависимости от характера воздействия рабочих частей машины на деформируемую заготовку.

35. .Оборудование для обработки давлением.

Рис. 28. Машины для обработки давлением.

Молоты— машины ударного действия со скоростью деформиро­вания V_д до 9 м/с. Сжатый пар или воздух поступает поочередно в верхнюю полость рабочего цилиндра 1 (рис. 28 а) для нанесения удара верхним бойком или штампом 2 по заготовке 3, находящейся на нижнем бойке или штампе 4, и затем в нижнюю полость для подъема рабочих (падающих) частей молота.

Гидравлические прессы— машины статического действия (V_д до 0,3 м/с). Усилие для деформирования заготовки создается рабочей жидкостью высокого давления (20—30 МН/м²), поочередно посту­пающей в рабочие 1 и возвратные 2 цилиндры прессов для опуска­ния и подъема рабочих частей пресса (рис.28 б).

Механические прессы— машины статического действия (V_Д до 0,5 м/с). Деформируют заготовку (рис.28 в), используя энергию, накопленную массивным маховиком 2, который вращается элек­тродвигателем 1. Преобразование вращательного движения в воз­вратно-поступательное движение ползуна 3 осуществляется кривошипно-шатунным механизмом.

Ротационные машины деформируют заготовку вращающимся инструментом. К таким машинам относятся, например, прокат­ные станы. В зависимости от технологического назначения машины имеют характерные конструктивные особенности и, соответ­ственно, их можно разделить на машины для холодной, горячей объемной штамповки, листовой штамповки и т. п. Машины должны иметь достаточно жесткую станину, развивать большие рабочие усилия, обеспечивать высокую производительность. При­меняют высокоскоростные машины и установки (V_ддо 300 м/с), использующие энергию гидравлического удара, взрыва, электри­ческого разряда в жидкости и импульсного электромагнитного поля.

Машины для обработки давлением бывают как вертикального исполнения (молоты, большинство прессов), так и горизонталь­ного (горизонтально-ковочные машины и др.). Машины для обра­ботки давлением оснащают различными средствами механизации и автоматизации, программным управлением и телевизионным контролем параметров технологических процессов.

36. .Физические процессы обработки материалов давлением.

Для правильного выбора машин, проектирования технологи­ческих процессов и рациональной геометрии инструмента необ­ходимо знание физико-механических основ обработки давлением. Обработка давлением основана на пластичности материалов, т. е. их способности получать пластические деформации. Как упругие, так и пластические деформации осуществляются в твердых телах в результате относительного смещения атомов. При упругих деформациях смещения атомов из положений равновесия неболь­шие и они увеличиваются пропорционально увеличению сил, вызвавших это смещение (закон Гука). С ростом величины упругих деформаций потенциальная энергия твердого тела возрастает до определенного предела, после чего атомы смещаются на рассто­яния, больше межатомных, и остаются в новых положениях устойчивого равновесия. Сумма таких смещений создает пласти­ческую деформацию или же остаточное изменение формы и разме­ров твердого тела в результате действия внешних сил.

Величину формоизменения оценивают степенью деформации ε. Силы взаимосвязи атомов противостоят действию внешних сил, и поэтому твердое тело оказывает сопротивление деформированию. Последнее характеризуют величиной удельного усилия (напря­жения σ),вызывающего пластическую деформацию при данных условиях деформирования. Напряжения и деформации в объеме деформируемого тела рас­пределены неравномерно. Напряжения на поверхностях контакта можно рассчитать методами, известными из теории обработки да­влением. Если нормальное напряжение σ_и (направленное перпен­дикулярно к контактной поверхности) постоянно по всей поверх­ности контакта заготовки 1 с инструментом 2 (рис. 20, а) или заменено его средней величиной σ_ср в случае неравномерного рас­пределения σ_н по контактной поверхности, то дефор­мирующее усилие Р = σF или Р = σ_cpF, где F — площадь проекции контактной поверхности на плоскость, перпендикуляр­ную к направлению деформирующего усилия. Определение де­формирующего усилия требуется для выбора машин для обра­ботки давлением и для расчета инструмента на прочность.

Сопротивление деформированию и пластичность металла зави­сят от его химического состава, температуры, скорости деформации и схемы нагружения. Так, с повышением содержания углерода и легирующих элементов в стали ее пластичность понижается, а сопротивление деформированию растет. Повышение температуры приводит к увеличению пластичности металла и снижению его сопротивления деформированию, что часто используют, применяя нагрев заготовок перед обработкой давлением. Повышение ско­рости деформации (изменение степени деформации в единицу вре­мени) снижает пластичность и увеличивает сопротивление де­формированию, однако при очень высоких скоростях (например, при электромагнитной и взрывной штамповке) для многих метал­лов допустимы чрезвычайно большие степени деформации без разрушения. Схема нагружения, создающая всестороннее не­равномерное сжатие заготовки, способствует повышению пластич­ности металла и его сопротивления деформированию. Поэтому, например, в процессах прессования металл проявляет большую способность к пластической деформации, чем при волочении.

Пластичность, а, следовательно, и технологические возмож­ности обработки давлением, следует рассматривать не как неизмен­ное свойство какого-либо материала, а как его состояние, завися­щее от условий обработки. Следует создавать комплекс условий (мелкозернистая структура металла, соответствующие темпера­тура и скорость деформации), в которых некоторые металлы переходят в состояние сверхпластичности.

Процессы обработки давлением в состоянии сверхпластичности, позволяют осуществлять огромные деформации металлов и сплавов при пониженном сопротивлении их деформированию. При этом несколько технологических операций совмещают в одной операции и для обработки давлением используют менее мощное оборудова­ние. Дальнейшее совершенствование технологии обработки давле­нием базируется на глубоком изучении природы пластической деформации.

37. Наклеп и условия его формирования.

Межкристаллитное деформирование — это смещение и взаим­ный поворот зерен относительно друг друга без нарушения сплош­ности металла. В результате холодного деформирования зерна металла дробятся и вытягиваются в направлении пластического течения металла, образуя полосчатую микроструктуру. Вместе с зернамивытягиваются и неметаллические включения на их границах образуя волокнистое строение металла. Искажение кристаллической решетки приводит к возникновению напряжений в металле, изменению механических и физико-химических свойств металла, называемому упрочнением (наклепом). При наклепе возрастает прочность и твердость, снижается пластичность, ме­няется электропроводность, магнитная проницаемость металла и т. д.

38. Сущность холодной штамповки, ее преимущества и недостатки.

Холодная штамповка— это формообразование деталей в штам­пах холодной пластической деформацией металла заготовки при комнатной температуре. Холодная штамповка является одним из наиболее прогрессивных методов получения качественных загото­вок в машиностроительной, приборостроительной, электротехни­ческой и других отраслях промышленности. Она обеспечивает достаточно высокую точность и малую шероховатость поверхности заготовок при малых отходах металла и низкой трудоемкости и себестоимости их изготовления. Производительность автомати­ческой холодной штамповки достигает нескольких сотен заготовок в минуту.

Возможность осуществления процессов холодной штамповки и качество готовых заготовок во многом определяет качество исходного материала. В металлургических процессах выплавки металла нужно обеспечить его необходимый химический состав и отсутствие загрязнений металла. Технологические режимы прокатки и термообработки заготовок должны способствовать по­лучению равномерной мелкозернистой структуры металла. Нужно обеспечить правильные условия хранения металла на складе и каждую новую партию металла проверить на штампуемость. Чем больше штампуемость металла, тем более сложные изделия и с наименьшими трудностями можно получить из него холодной штамповкой.

39. Виды холодной объемной штамповки.

Большое значение имеет подготовка поверхности заготовок: удаление окалины, загрязнений и поверхностных дефектов. За­готовки обычно смазывают для снижения усилий штамповки, повышения стойкости инструмента, обеспечения качества поверх­ности и предотвращениятрещин и других дефектов деталей. Для создания прочного разделительного слоя между инструментом и заготовкой поверхность последней покрывают промежуточным слоем (например, фосфатированне, омеднение, цинкование и др.).

В процессах холодной штамповки непрерывно меняется не только форма, но и структура металла и его физико-механические характеристики. Возникающий при этом наклеп металла в некоторых случаях ограничивает возможности формообразования, поэтому процессы холодной штамповки часто выполняют за не­сколько технологических переходов с постепенным приближением к окончательной форме и размерам готовых деталей и с промежу­точным отжигом для восстановления пластических свойств ме­талла.

В зависимости от характера деформирования и конструкции штампов, которые определяет тип штампуемой заготовки, холод­ную штамповку делят на объемную (сортового металла) и листовую (листового металла). Объемную штамповку выполняют на прессах илиспециальных холодноштамповочных автоматах. Ее основными разновидностями являются: высадка, выдавливание и объемная формовка.

40. Выдавливание.

Выдавливание— это формообразование сплошных или полых изделий вследствие пластического течения металла из полости штампа через отверстия соответствующей формы. Различают пря­мое, обратное, боковое и комбинированное выдавливания(рис. 31). При прямом выдавливании металл течет из матрицы 2 в направле­нии движения пуансона. При этом зазор между пуансоном и матрицей должен быть небольшим, чтобы в него не вытекал ме­талл. В противном случае образуется торцовый заусенец, который нужно удалять дополнительной обработкой. Этим способом полу­чают детали типа стержня с утолщением (например, клапаны), трубки или полые стаканы с фланцем.

При обратном выдавливании металл течет навстречу пуансону в кольцевой зазор между пуансоном 1 и матрицей 2 (для получения деталей с дном: экраны радиоламп, тюбики и т. п.) или, реже, в отверстие в пуансоне (для получения деталей типа стержня с фланцем). Толщина стенки

Рис. 31. Схемы выдавливания:

а — прямое; б — обрат­ное; в — боковое; г — комбинированное.

выдавленных стальных деталей обычно1,5—5 мм, алюминиевых — более 0,08 мм. При боковомвыдавливании металл течет в боковые отверстия матрицы под углом к направлению движения пуансона. Так получают детали с отростками типа тройников, крестовин и т. п. Для их удаления из штампов матрицу делают составной из двух половин с пло­скостью разъема, проходящей через осевые линии исходной за­готовки и получаемого отростка. При комбинированном выдавли­вании металл течет одновременно по нескольким направлениям. При этом возможны различные сочетания схем выдавливания, например, прямое и обратное выдавливание.

Заготовками для выдавливания служит проволока (катанка)и горячекатаныйпруток нормальной точности. Иногда заготовки вырубают из листа. В этом случае требуется хорошее качество среза и устранение отжигом наклепа краев заготовки после вы­рубки, чтобы предотвратить разрывы кромок стаканов при вы­давливании. Выдавливанием получают детали преимущественно цилиндрической или близкой к ней формы, реже — детали с неконцентричными участками в машиностроительной, приборостро­ительной, электротехнической и других отраслях промышлен­ности; например, корпуса автомобильных свечей зажигания, конденсаторных батарей, генераторов, выключателей и т. п. Точность размеров и шероховатость поверхностей деталей соответ­ствуют получаемым при обработке резанием.

Для выдавливания требуются большие удельные усилия, что в некоторых случаях может приводить к поломкам или низкой стойкости инструмента. Эти обстоятельства часто сдерживают более широкое применение процессов выдавливания в производстве.

Стойкость пуансонов и матриц для выдавливания обеспечи­вается применением для их изготовления высококачественных инструментальных сталей и правильным конструированием (без резких переходов с плавными сопряжениями между отдельными участками для облегчения течения металла и снижения удельных усилий выдавливания). Силы трения снижают полированием рабо­чих частей инструмента, применением для каждого типа металла оптимальных покрытий поверхности заготовок и смазок.

41. Высадка.

Высадка— это осадка части заготовки, т. е. образование ме­стных утолщений требуемой формы, например, головок болтов, винтов и заклепок. Можно высаживать утолщения, концентричные и эксцентричные относительно оси стержня, как на концевых, так и на срединных участках заготовок. Заготовкой обычно служит холоднотянутый материал в виде проволоки или прутка диаме­тром 0,5—50 мм из черных и цветных металлов. Высадкой изгото­вляют стандартные и специальные крепежные детали, а также другие детали массового производства, например, кулачки и зуб­чатые колеса заодно с валом, детали электронной аппаратуры, электрические контакты и т. п. При высадке за один удар отноше­ние длины высаживаемой части заготовки к ее диаметру должно быть не более 2,5—2,8. В противном случае возможен изгиб, поломка заготовки или об­разование головки непра­вильной формы.

Рис.30. Технологическая схема штамповки на холодновысадочном автомате.

Высадку выполняют на холодновысадочных авто­матах различных кон­струкций. Рассмотрим по­следовательность изготов­ления крепежных деталей на двухударном автомате с цельными матрицами — инструментами в виде углубленных форм (рис. 30). Проволока из бунта (мотка) 1 проходит через правильное устройство 2 и затем калибруется протягиванием через фильеру 3 для получе­ния более точного диаметра и улучшения качества поверхности. Затем она смазывается и валками 4 подается через отрезную ма­трицу 5 до упора 7. Нож 6 отрезает заготовку требуемой длины, определяемой положением регулируемого упора 7, и переносит ее на линию высадки. Предварительный (черновой) инстру­мент — пуансон 9 заталкивает заготовку в матрицу 10 до упора и производит первую высадку (первый удар). Затем на линию высадки перемещается окончательный пуансон 12 и производит вторую высадку (второй удар), после чего выталкиватель 11 уда­ляет из матрицы 10 полуфабрикат 14. Рабочие ходы ползуна 8, перемещения пуансонов на салазках 13 и срабатывание выталки­вателя 11 осуществляются механической системой валов, зубчатых передач и кулачковых механизмов. После высадки следует опера­ция заострения — снятие фаски резцами 15 и накатка резьбы пло­ской подвижной 17 и неподвижной 16 плашками. Канавки на плаш­ках, точно соответствующие профилю резьбы, Заполняются в ре­зультате пластического течения металла при внедрении резьбовых гребней плашек в поверхность заготовки. Получают резьбу по­вышенной прочности и достаточно точной при высокой производи­тельности процесса и экономии металла. Также эффективно накаткой получают различные рифления, шлицы на валах, мелкие зубья и т. п. Подрезку торцов, заострение и накатку резьбы про­изводят на отдельных станках или соответствующими операциями на автоматах-комбайнах, выпускающих окончательно обработан­ные детали. Шестигранные головки болтов получают обрезкой граней у круглых высаженных головок на обрезных автоматах или высадкой готовых шестигранников, однако из-за затруднен­ного течения металла в этом случае снижается стойкость инстру­мента и возможен брак.

42. Объемная штамповка (холодная).

Холодной объемной штамповкой получают готовые детали или близкие к ним заготовки, требующие минимальной обработки резанием. В массовом и крупносерийном производствах следует шире применять холодную штамповку, заменяя ею обработку резанием, или комбинировать эти методы изготовления. При холодной штамповке коэффициент использования металла дости­гает 95% вместо 30—40% при обработке резанием. Трудоемкость изготовления болтов на холодновысадочных автоматах в 200 — 400 раз меньше, чем на токарно-револьверных станках. Внедрение холодной объемной штамповки приводит к устранению операций предварительной обработки резанием, связанных с большими потерями металла в стружку и к возрастанию роли точных, от­делочных методов (точению, шлифованию и др.). Отмечается также более высокое качество штампованных дета­лей по сравнению с качеством деталей, полученных обработкой резанием. В зависимости от степени деформации у среднеуглеродистых сталей прочность штампованных деталей увеличивается на 30—120% по сравнению с прочностью деталей, полученных обработкой резанием, что в некоторых случаях позволяет отка­заться от термообработки и использовать более дешевые исходные материалы: углеродистую или малолегированную сталь вместо термически обработанной высоколегированной дорогостоящей стали. Деформируя различные участки заготовки с разными сте­пенями деформации, можно целенаправленно управлять распре­делением механических характеристик в детали.

При холодном деформировании устраняется совсем или ча­стично пористость металла, формируется благоприятно ориенти­рованная волокнистая структура металла, что придает деталям высокую усталостную прочность при динамических на­грузках. Это позволяет конструкторам уменьшать размеры дета­лей и их металлоемкость по сравнению с полученными обработкой резанием, не снижая при этом их надежность.

Холодной объемной штамповкой можно получать цельные детали из одной заготовки (например, зубчатые колеса и кулачки за одно целое с валом) взамен деталей, которые раньше собирали сваркой, клепкой и т. п. из двух или более частей. Это не только исключает расходы на сборку, удешевляет продукцию, но и улуч­шает ее качество, так как цельные детали прочнее и точнее, чем собранные из отдельных частей. Однако для холодной объемной штамповки требуется дорогостоящий специальный инструмент, что позволяет применять ее только в массовом и крупносерийном производствах.

43. Холодная листовая штамповка.

Листовую штамповку выполняют на прессах различных кон­струкций, часто оснащенных средствами механизации и автомати­зации. Процессы листовой штамповки состоят из выполняемых в определенной последовательности разделительных и формоизме­няющих операций, посредством которых исходным заготовкам (листу, полосе, ленте, трубе) придают форму и размеры деталей.

44. Разделительные операции при холодной листовой штамповке (резка. вырубка, пробивка ).

Разделительныеоперации (резка, вырубка, пробивка) сопро­вождаются разрушением металла по определенным поверхностям (рис.33).

Резка— это отделение части заготовки по незамкнутому контуру на специальных ножницах (рис.33, а)или в штампах. Обычно ее применяют как заготовительную операцию для разделе­ния листов 3, подаваемых до упора, на полосы и заготовки нуж­ных размеров для последующей штамповки. Качество поверхности среза обеспечивают необходимая величина зазора между режущими кромками, которая составляет (0,03 - 0,05) S, где S —толщина листа, и хорошая заточка режущих кромок ножей.

Рис. 33. Разделительные операции листовой штамповки

Вырубка и пробивка— отделение заготовки по замкнутому контуру в штампе (рис.33 б).Вырубным пуансоном 7 оформляют наружный контур детали (например, шайбы 5) или заготовки для последующей штамповки; пробивным пуансоном 8 — внутрен­ний контур (отверстие). При вырубке отделенная часть, проталки­ваемая в матрицу 6, является деталью 5, а при пробивке, наобо­рот — отходом 9. Характер деформирования заготовки при вы­рубке и пробивке одинаков (рис.32 в). В начальный момент пу­ансон смещает часть заготовки в отверстие матрицы без разруше­ния металла. При определенной глубине внедрения режущих кромок (тем большей, чем больше пластичность металла) в заго­товке возникают трещины, наклоненные к оси инструмента под углом 4—6°. При правильно выбранной величине зазора, завися­щей от толщины и механических характеристик металла, а также от сложности вырубаемых деталей, трещины образуют сравни­тельно гладкий срез (рис. 33, г). Он состоит из блестящего пояска (зона внедрениярежущих кромок) и наклонной шероховатой поверхностиразрушения (зона прохождения трещин). При не­правильном определенном зазоре образуется «рваный» срез, спо­собствующий возможному разрушению вырубленной заготовки при ее последующем деформировании или при работе детали.

Вблизи поверхности среза образуется зона наклепанного металла. Это затрудняет последующую штамповку вырубленных заготовок, повышает магнитные потери в электротехнической стали (особенно в высоких узких зубцах роторов электрических машин). При необходимости наклеп устраняют отжигом или наклепанный слой удаляют обработкой резанием.

Детали повышенной точности с чистым и перпендикулярным срезом получают чистовой вырубкой и пробивкой, сущность которой заключается в создании дополнительного сжатия заготовки прижимом 10 (рис. 33 д). При этом в зоне резания создается напряженное состояние объемного сжатия, скалывающие трещины не возникают и срез получается чистым по всей толщине заготовки. Чистовой вырубкой изготовляют плоские кулачки, зубчатые колеса, секторы, рейки, пластины постоянных магнитов и т. п. Расположение контуров смежных вырубаемых заготовок на листовом материале называют раскроем. Часть листовой заго­товки, оставшаяся после вырубки, называется высечкой. Тип раскроя выбирают из условия наименьшего отхода металла в вы­сечку (рис. 27, е). Оптимальные варианты находят с помощью ЭВМ. Прессы для вырубки и пробивки оснащают ЧПУ, обеспе­чивающим быстрое (до 100 отверстий в 1 мин при межцентровом расстоянии 250 мм) выполнение операций по заданной программе, устанавливающей расположение и форму отверстий, расстояние между ними. Автоматические инструментальные головки обеспечи­вают быструю замену инструмента.

45. Формоизменяющие операции при холодной листовой штамповке.

Формоизменяющие операции —гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, раздача, рельефная формовка выполняются пластической деформацией металла без разрушения заготовок (рис. 34).

Гибка— придание заготовке криволинейной формы или изменение кри­визны заготовки. При гибке пластически деформируется только участок заготовки в зоне контакта с пуансоном 1 (рис. 34, а):наружные слои растягиваются, а внутренние (обращенные к пуан­сону) сжимаются.

Рис. 34. Формоизменяющие операции

При снятии нагрузки растянутые слои заготовки упруго сжимаются, а сжатые растягиваются, что приводит к изме­нению угла гибки.Это нужно учитывать соответствующей поправкой на угол гибки.

Вытяжка— образование полой детали из плоской или полой заготовки (рис. 34 б). Вырубленную заготовку диаметром D укладывают на плоскость матрицы 3 вручную или автоматическим подающим устройством. Пуансон 1 надавливает на заготовку, и она, смещаясь в отверстие матрицы 3, образует стенки вытя­нутой детали. Формоизменение при вытяжке оценивают коэф­фициентом вытяжки , который в зависимости от ме­ханических характеристик металла и условий вытяжки не дол­жен превышать 1,8—2,1. При D/d > (18-20)S возможна потеря устойчивости фланца, образуются складки при вытяжке. Их предотвращают прижимом 2 фланца заготовки к матрице.

Детали с большим формоизменением заготовки получают за несколько операций вытяжки с постепенным уменьшением диа­метра полой детали и увеличением его высоты (рис.34 в). Промежуточный отжиг для устранения наклепа позволяет увеличить k_B до 1,4—1,6. Опасность разрушения заготовок устраняют также скруглением кромок пуансонов и матриц r= (5-1О)S и применением пра­вильно подобранных смазок для уменьшения сил трения между поверхностями заготовок и инструмента.

Отбортовка— образование борта (горловины) вокруг отвер­стия в заготовке (рис. 34 г). Допустимое без разрушения формо­изменение характеризуют коэффициентом отбортовки , где d_Q — диаметр отверстия в плоской заготовке. Коэффициент k₀ зависит от механических характеристик металла заготовки и ее относительной толщины S/d и не превышает 1,2—1,8. Наиболее производительна пробивка отверстий под отбортовку, но из-за наклепа и заусенцев уменьшается допустимое значение k_o по­этому лучше комбинировать пробивку g последующим рассверливанием отверстий. Отбортовку применяют для изготовления кольцевых деталей с фланцами и для образования уступов в де­талях для нарезания резьбы, сварки или сборки, а также для увеличения жесткости конструкции при малой ее массе.

Обжим— уменьшение периметра поперечного сечения кон­цевой части полой заготовки производится заталкиванием за­готовки в сужающуюся полость матрицы (рис. 34 д). За один переход можно получить d = (0,7 – 0,8) D_3aг. Для большего формо­изменения делают несколько последовательных операций обжима.

Раздача— увеличение периметра поперечного сечения заго­товки коническим пуансоном (операция, противоположная об­жиму). Рельефная формовка — местное деформирование заготовки для образования рельефа в результате уменьшения тол­щины заготовки (рис. 34 е).Формовкой получают выступы на заготовке, ребра жесткости и т. п. в металлических штампах. Иногда пуансоном или матрицей служит эластичная среда, на­пример, резиновая подушка.

Штампы для листовой штамповки делятся по технологическому признаку в зависимости от выполняемой операции (вырубные, гибочные, вытяжные и т. д.). В зависимости от числа выполняе­мых операций различают одно- и многооперационные штампы. Многооперационные штампы бывают последовательного действия, т. е. операции выполняются последовательно при перемещении заготовки по нескольким рабочим позициям штампа (рис. 34 б), и совмещенного действия, т. е. операции выполняются на одной позиции.

Для массового и крупносерийного производства целесооб­разно применять сложные и совершенные штампы. Для штам­повки небольшого числа деталей (мелкосерийное производство) сложные и дорогостоящие штампы применять нерационально. В таких случаях применяют упрощенные и быстропереналаживаемые штампы. При штамповке эластичными средами только один рабочий элемент (пуансон или матрицу) изготовляют из металла. Другим рабочим элементом служит эластичная среда: резина, пластмасса (полиуретан) или жидкость. Для высоко­скоростной штамповки — взрывом, электрогидравлическим уда­ром или электромагнитным полем не требуется дорогостоящего прессового оборудования, штампы просты по конструкции. Им­пульсным приложением нагрузки разгоняют заготовку до боль­ших скоростей, достигающих 150 м/с, накопленная заготовкой кинетическая энергия расходуется на ее деформирование мат­рицей или пуансоном. Процесс штамповки длится тысячные доли секунды.

46. Сущность горячей объемной штамповки.

Горячая объемная штамповка— это формообразование дета­лей (поковок) принудительным перераспределением .металла на­гретой заготовки в штампе. Это дешевый и производительный процесс обработки, широко распространенный в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности. При горя­чем деформировании в штампах получают наибольшее преобра­зование формы заготовок с наименьшими затратами энергии. Однако при нагреве заготовок перед штамповкой на их поверх­ности образуется слой окалины. Наличие окалины снижает ка­чество поверхности и точность размеров поковок, что приводит к необходимости последующей обработки поковок резанием. Горячештампованные поковки обычно являются заготовками для получения из них деталей обработкой резанием. Отличия чертежа поковки от чертежа детали вызваны как технологическими особенностями штамповки, так и ограниченными возможностями получения точности размеров и качества поверхности. Проекти­рование технологического процесса начинают с разработки чер­тежа поковки.

47. Разработка чертежа поковки.

Чертежпоковки разрабатывают на основании чертежа готовой детали. Работу начинают с выбора поверхности разъема штампов. Штампы имеют один или два разъема для помещения заготовки и извлечения поковки. Обычно поверхность разъема устанавливают в плоскости двух наибольших габаритных размеров детали, чтобы полости штампа имели наименьшую глубину. Положение поверх­ности разъема устанавливают также исходя из возможности кон­троля сдвига штампов и требуемого направления волокон в по­ковке.

Далее (рис. 35), на поверхности поковок, подлежащих обра­ботке резанием, назначают припуски — удаляемые обработкой резанием слои материала — в зависимости от штамповочного оборудования, габаритных размеров и массы поковок. Кроме того, устанавливают допуски — допустимые отклонения на раз­меры поковок, которые необходимы из-за возможной их недоштамповки по высоте, сдвига штампов, их износа и т. д. Штампов­кой не всегда можно получить требуемую конфигурацию поковки. В таких случаях делают напуски для упрощения формы поковки. В штампах с одной плоскостью разъема нельзя получить сквоз­ное отверстие в поковке, поэтому делают только наметку отвер­стия с перемычкой шириной S, которую потом удаляют. Отверстия диаметром менее 30 мм в поковках не делают, их получают сверлением.

Штамповочные уклоны на боковых поверхностях поковок облегчают их извле­чение из штампов. При штам­повке на молотах наружные уклоны α = 2-З. Внутренние уклоны Р на 2—3°

Рис. 35. Пример составления чертежа

а— деталь; б— поковка

больше наружных, так как при охлаждении поковки ее внутренние поверхности при­жимаются к штампу, а наружные отходят от стенок штампа, уменьшая возможность застревания поковки в штампе.

Радиусы закруглений на пересекающихся поверхностях по­ковки необходимы для лучшего заполнения полости штампа и предохранения ее от преждевременного износа и поломок, а также для получения качественных поковок. Наружные радиусы закруглений R устанавливают в пределах 1—6 мм, а внутренние R — (3 - 4) мм. При малом R волокна металла могут быть перерезаны, что ухудшит качество отштампованной детали.

Размеры спроектированной поковки увеличивают на 1—2% для учета температурной усадки и получают чертеж «горячей поковки» (рис. 35, а), по которому изготовляют полость штампа. Горячую объемную штамповку, так же как и холодную формовку, производят в открытых и закрытых штампах (рис. 36).

48. Горячая объемная штамповка в закрытых штампах.

В закрытых штампах получают преимущественно осесимметричные поковки. Всестороннее неравномерное сжатие при больших сжимающих напряжениях, чем при открытой штамповке, позволяет осуществлять большие степени деформации и штампо­вать малопластичные сплавы без отхода металла в заусенец. Качество поковок выше вследствие лучшего, более равномерного расположения волокон, отсутствия концентрации деформаций и перерезанных волокон в зоне заусенца (рис. 31, б).

49. Горячая объемная штамповка в открытых штампах.

В откры­тых штампах получают поковки всех типов: удлиненной формы, штампуемые плашмя, и осесимметричной формы, штампуемые в торец.

50. Многоручьевая штамповка.

Однако пониженная стойкость штампов и потребность в более дорогих заготовках точного объема ограничивают применение прогрес­сивных процессов закрытой

Рис. 36. Схемы процес­сов и расположение во-локон в поковках при штамповке:

а — в открытых штампах; б — в закрытых штампах

Поковки простой конфигурации штампуют из прокатанных заготовок постоянного профиля в штампах с одной полостью — одноручьевых штампах. Сложные поковки с резкими изменениями сечений по длине (высоте) и с изогнутой осью нельзя штамповать из заготовок постоянного профиля в одноручьевых штампах из-за незаполнения штампа или недопустимо большого отхода металла в заусенец. В таких случаях форму заготовки постепенно приближают к форме поковки в мноrоручьевых штампах, имеющих заготовительные и штамповочные ручьи

В заготови­тельных ручьях получают фасонную заготовку — полу­фабрикат для штамповки в предварительном (черновом), а затем в окончательном (чистовом) штамповочном ручье. В предвари­тельном ручье завершают основное формообразование поковки, чтобы снизить износ окончательного ручья. В окончательном ручье получают готовую поковку заданных размеров. В нем развиваются наибольшие усилия штамповки и его располагают в центре штампа, чтобы избежать больших эксцентричных на­грузок на штамповочную машину.

Те или иные ручьи и различные их комбинации применяют в зависимости от конфигурации и размеров поковки, а также от требуемого направления волокон металла, которое обеспечивает соответственно направленное течение металла в ручьях штампа. Независимо от вида штамповочного оборудо­вания процесс получения поковок состоит из следующих основ­ных этапов: подготовки заготовок, оформления поковок в штам­пах и отделочных операций. Нагрев заготовок перед штамповкой в значительной степени определяет качество, производительность и стоимость продукции. Заготовки должны быть нагреты равномерно по всему объему до заданной температуры (для среднеуглеродистой стали до 1200 °С), чтобы можно было избежать температурных напряжений и тре­щин. При превышении температуры нагрева происходит перегрев— интенсивный рост зерен, ухудшение качества металла. Перегрев можно устранить при последующем деформировании металла или термообработкой. При дальнейшем повышении температуры (для стали свыше 1350 ^CC) возникает пережог — неисправимый брак, заключающийся в окислении и расплавлении границ зерен с пол­ной потерей пластичности металла.

При нагреве должно быть минимальное окалинообразование (окисление) и обезуглероживание поверхности заготовок, чтобы избежать чрезмерных потерь металла и затрат на удаление дефектного слоя. Обезуглероженный слой при большой его глубине (до 2 мм) может остаться на поверхности детали после удаления припуска обработкой резанием. Это приведет к пониженной твер­дости поверхностного слоя детали (он не закаливается) и снизит надежность работы детали, особенно в условиях динамических нагрузок. Правильный нагрев заготовок обеспечивают с помощью автоматических систем регулирования температуры и состава атмосферы в нагревательных устройствах и времени нагрева заготовок. Наиболее совершенными являются электронагревательные устройства, позволяющие автоматизировать процессы нагрева заготовок. В них легче создать защитную атмосферу для безокислительного нагрева. Это электроконтактные установки, индук­ционные установки, газовые печи с механизированной подачей заготовок в рабочее пространство.

Большое разнообразие форм и размеров штампованных поко­вок и сплавов, из которых их штампуют, обусловило применение различных способов штамповки и, соответственно, различных конструкций штампов и кузнечно-штамповочного оборудования.

После штамповки в открытых штампах производят обрезку заусенцев и пробивку перемычек в штампах на обрезных кривошипных прессах. В штампах совмещенного действия обе эти операции выполняются одновременно за один ход пресса. Обрезку и пробивку мелких поковок из низкоуглеродистых и низколегированных сталей производят в холодном состоянии, в остальных случаях — в горячем состоянии, сразу после штам­повки. При холодной обрезке и пробивке качество среза выше, чем при горячей. При соответствующих размерах пуансонов и матриц одновременно с пробивкой и обрезкой можно удалять штамповочные уклоны для уменьшения последующей обработки поковок резанием.

При удалении из штампов, обрезке заусенцев, пробивке пере­мычек и транспортировке поковки могут искривляться. На изог­нутых поковках при обработке резанием на одних участках может быть недостаток, а на других — избыток припуска, что приведет к браку детали. Поэтому при необходимости крупные поковки и поковки из высоколегированных сталей правят в горячем состоя­нии сразу после обрезки заусенца. Правку производят в чистовом ручье штампа на штамповочной машине либо в совмещенном штампе для обрезки и правки на обрезном прессе. Мелкие и сред­ние поковки правят обычно на винтовых прессах в холодном со­стоянии после их термообработки и очистки от окалины.

51. Понятие о сварке, физико-химические процессы при сварке.

Сваркой называется технологический процесс получения не­разъемных соединений из металлов, сплавов и других однородных или разнородных материалов в результате образования атомно-молекулярных связей между частицами соединяемых заготовок. Это один из наиболее распространенных технологических про­цессов, включающий в себя помимо собственно сварки наплавку, пайку, напыление и некоторые другие операции. С помощью сварки можно соединить между собой детали из различных ме­таллов и сплавов, керамических материалов, пластмассы. От сте­пени развития сварки во многом зависит уровень технологии в машиностроении, приборостроении, строительстве и других обла­стях народного хозяйства. Сварочная технология позволяет на­дежно соединять детали любых толщин и конфигураций.

В качестве исходных заготовок для изготовления сварных кон­струкций применяют продукцию проката — листы, трубы, объем­ную и листовую штамповки, отливки. Вследствие этого сварная конструкция может иметь очень сложную форму при относительно простой и нетрудоемкой технологии изготовления.

Разработано и внедрено в производство большое число разно­видностей сварочных процессов. В зависимости от агрегатного состояния металла в месте соединения во время сварки их под­разделяют на способы сварки давлением, осуществляемые с при­ложением давления в холодном или в подогретом состоянии, и способы сварки плавлением, при которых соединение получают расплавлением соединяемых поверхностей.

52. Сварка давлением.

Сварка давлением.Сущность получения неразъемного сварного соединения двух металлических заготовок в твердом состоянии состоит в сближе­нии идеально чистых соединяемых поверхностей на расстояния (2-4)·10^⁸ см, при которых возникают межатомные силы при­тяжения. При достижении таких расстояний возможен процесс образования металлических связей, т. е. появление коллективных электронов двух соединяемых поверхностей и их взаимодействие с положительно заряженными ионами кристаллических решеток.

Строение и состояние реальной поверхности соединяемых заго­товок характеризуется наличием большого количества дефектов, неровностей и загрязнений. Поверхность любого, даже тщательно отполированного твердого тела всегда волниста, шероховата и имеет множество выступов микроскопической величины, высота каждого из которых, однако, на несколько порядков больше, чем расстояния, необходимые для возникновения сил межатомного взаимодействия. Вследствие наличия неровностей и выступов действительная поверхность металла в много раз превышает наши представления о ее величине, составленные на основании измере­ний обычными методами. Кроме того, наружную поверхность металла характеризует наличие нескомпенсированных металли­ческих связей и большое количество дефектов кристаллического строения, что способствует ее активному взаимодействию с внеш­ней средой и приводит к быстрому окислению и осаждению на поверхности жидкости и газов. Практически после любой обработки поверхность мгновенно покрывается тонкой пленкой окис­лов, а также слоем адсорбированных молекул воды и жировых веществ. Толщина этого слоя составляет 100—200 молекул и уда­лить его полностью не удается, так как этому препятствует воз­никшая между слоем и поверхностью электрическая связь. Сле­довательно, даже если создать идеально плоские соединяемые поверхности, при их сближении соединение не может возникнуть из-за слоя окислов и масляных пленок.

Получить прочнее неразъемное соединение двух поверхностей в твердом состоянии можно при условии удаления загрязняющих пленок и осуществления затем плотного контакта по всей соеди­няемой плоскости. Практически при сварке в твердом состоянии этого достигают при приложении к свариваемым заготовкам давления, величина которого должна быть достаточной для смятия всех неровностей в соединяемом сечении. В начальный момент сближения в точках касания разрушается слой осажденных на поверхности примесей и появляются «островки» металлических соединений. При возрастании давления площадь контакта поверхностей (сближения до расстояний начала действий межатомных сил притяжения) увеличивается. Вследствие большой плотности контакта соединяемые поверхности не сообщаются с атмосферой, поэтому новых окисных и жировых пленок не об­разуется, а имевшиеся до этого частично выдавливаются из зоны соединения наружу, частично диффундируют в глубь металла и не препятствуют образованию металлических связей.

Описанный способ может быть применен для заготовок из ме­таллов и сплавов, имеющих относительно небольшое сопротив­ление пластическому деформированию и достаточно пластичных в холодном состоянии, — Рb, Sn, Zn, Аl, Сu. Для заготовок из малопластичных и обладающих высоким пределом текучести металлов приложение давления в холодном состоянии не позво­ляет получить необходимую степень течения металла вследствие быстрого наклепа. Для высокопрочных материалов можно уве­личить пластические свойства и снизить сопротивление дефор­мированию, предварительно подогрев соединяемые поверхности и прилегающие к ним зоны. Благодаря этому удается при отно­сительно небольших усилиях сжатия удалить загрязняющий слой и активизировать процесс образования металлических связей.

Все методы сварки в твердом состоянии с приложением давле­ния носят название сварки давлением. Различают множество разновидностей способов сварки давлением, которые отличаются между собой источником нагрева либо видом энергии, применяе­мым для активизации процесса.

53. Контактная электрическая сварка.

Контактная электрическая сварка, при которой подогревают соединяемые поверхности проходящим электрическим током и затем их сдавливают, является одним из самых распространенных способов сварки давлением. Сварку производят на машинах, со­стоящих из источника тока, прерывателя тока и механизмов за­жатия заготовок и давления. В качестве источника тока в кон­тактных машинах применяют понижающий трансформатор, его вторичная обмотка состоит всего из одного витка, либо набран­ного из медной фольги, либо литого полого, охлаждаемого водой. Большой коэффициент трансформации обеспечивает вторичное рабочее напряжение от 1,5 до 12 В и величины проходящих токов от 10 тыс. до 500 тыс. ампер. Прерыватель тока электромагнит­ного или электронного типа служит для регулирования времени пропускания тока через нагреваемое сечение. Механизмы зажатия заготовок и давления механического, пневматического или гид­равлического типа служат для закрепления свариваемых загото­вок и их сдавливания после нагрева.

Контактную сварку по виду получаемого соединения подраз­деляют на стыков>ю, точечную и шовную.

54. Конденсаторная сварка.

Рис. 38 Схема конденсаторной сварки

Конденсаторная сварка(рис. 38) является одной из разновид­ностей контактной электрической сварки. Энергия, необходимая для подогрева места сварки, накапливается в конденсаторах, а затем в процессе разряда преобразуется в теплоту. Величину накопленной энергии можно регулировать изменением емкости конденсаторов и напряжения зарядки.

При замыкании ключа К влево происходит зарядка конден­сатора C_p от источника постоянного тока. В момент подачи дав­ления на свариваемые заготовки 1 ключ К автоматически перебpасывается в правое положение. Конденсатор разряжается через первичную обмотку понижающего трансформатора, вторичная обмотка 2 которого соединена с неподвижным 3 и подвижным 4 электродами. При разряде конденсатора продолжительность протекания тока составляет (0,6 – 0,8)·10^-4 с. Кратковременность процесса при достаточно большой мощности разряда обеспечи­вает локальное выделение теплоты, что позволяет сваривать между собой заготовки из материалов, различных по теплофизическим свойствам. Кроме того, возможность весьма точной дози­ровки энергии подбором емкости конденсаторов позволяет при­менить этот способ для соединения заготовок очень малых толщин (несколько десятков микрометров). Способ широко применяют в радио- и электротехнической промышленности.

55. Сварка трением.

Сварка трениемобразует соединение в результате пластиче­ского деформирования заготовок, предварительно нагретых в месте контакта теплотой, выделившейся в результате их трения (рис. 40). Основным отличием ее от других видов сварки давле­нием с подогревом является способ введения тепла в свариваемые поверхности. Свариваемые заготовки 1 устанавливают соосно в зажимах машины, один из которых 2 неподвижен, а второй 3 может иметь вращательное и поступательное — вдоль оси загото­вок — движение (рис. 37, а). Заготовки сжимаются силой Р

Рис. 40. Схема сварки трением

дости­жении и включается механизм вращения. На соединяемых поверхностях возникают силы трения; работа на преодоление этих сил пре­вращается в теплоту, выделяющаяся на поверхности трения. При температуры по­верхностей 980—1300 °С вращение резко прекра­щают и заготовки допол­нительно сдавливают (про­цесс проковки).

Иногда сварку трением производят через промежуточный вра­щаемый элемент (рис. 40, б) или заменяя вращательное движение вибрацией (рис. 40, в). Сваркой трением можно сваривать заго­товки диаметром от 0,75 до 140 мм. Главные из ее достоинств — высокая производительность, малая энергоемкость процесса, воз­можность сварки заготовок из материалов различных сочетаний, стабильность качества и отсутствие таких вредных факторов, как ультрафиолетовое излучение, газовые выделения, брызги.

56. Холодная сварка.

Холодная сварка— один из способов сварки давлением без подогрева. Для ее осуществления с соединяемых поверхностей вращающейся металлической щеткой, шабрением и последующим обезжириванием тщательно удаляют окислы и загрязнения. Детали 1, подлежащие сварке, помешают между неподвижным 3 и подвижным 2 пуансонами (рис.41). Оба пуансона имеют вы­ступы, которые при сварке должны быть полностью вдавлены в поверхность металла. Это необходимо для создания значитель­ного пластического течения металла и удаления из зоны контакта загрязненного слоя.

Рис. 41. Схемыхолодной сварки: а — точечной, 6 — по контуру

Необходимая величина пластической деформации зависит от силы Р, свойств металла, толщины заготовки и способа подготовки поверхности. Холодную сварку применяют для соединения заго­товок из цветных металлов и сплавов, для заварки оболочек кабелей, сварки корпусов полупроводниковых приборов, а также в электромонтажном производстве для сварки проводов, шин, троллейных токопроводов и др.

57. Физико-химические процессы при сварке плавлением.

Сварка плавлением.При сварке плавлением силы межатомного взаимодействия возникают между материалами двух свариваемых заготовок, на­ходящихся в месте соединения в жидком состоянии. Для получе­ния неразъемного соединения кромки свариваемых заготовок расплавляются с помощью мощного источника теплоты; расплав­ленный металл образует общую сварочную ванну, смачивающую оставшуюся твердой поверхность соединяемых элементов. При этом происходит смешивание расплавленного металла соединяемых заготовок и установление межмолекулярных связей. В процессе расплавления устраняются все неровности поверхностей, органи­ческие пленки, адсорбированные газы, окислы и другие загряз­нения, мешающие сближению атомов. По мере удаления источ­ника нагрева жидкий металл остывает, начинается процесс кри­сталлизации с образованием сварного шва, соединяющего заго­товки в единое целое. Кристаллизация начинается от частично оплавленных зерен основного металла и заканчивается обычно в центре шва, где происходит встреча двух фронтов кристалли­зации, начинающихся от кромок свариваемых заготовок. Сварку можно осуществлять расплавлением только кромок свариваемых заготовок, либо дополнительно к этому расплавляется присадоч­ный металл, как правило, металл электрода.

В зависимости от типа выбранного источника теплоты сверку плавлением можно подразделять на разновидности, название которых указывает на тип примененного источника энергии, на­пример, электродуrовая сварка плавлением, электронно-луче­вая сварка плавлением, ацетилено-кислороднаяи т. п.

Металл сварного шва, полученный при сварке плавлением, по своей структуре и химическому составу существенно отличается от металла свариваемых заготовок, так как в процессе расплав­ления в сварочной ванне происходят металлургические про­цессы: испарение и окисление некоторых элементов, поглощение газов, легирование, диффузия и др. Полученный в процессе сварки плавлением сварной шов имеет литую структуру. Основной металл заготовок, прилегающий к сварному шву, в процессе сварки на­гревается до значительных температур, в результате чего в нем происходят структурные изменения — укрупнение зерен, выде­ление новых фаз, появление новых структур типа закалочных. Зону основного металла, прилегающего к сварному шву, в кото­рой происходят структурные изменения, вызываемые нагревом при сварке, называют зоной термического влияния (ЗТВ). Свар­ной шов, ЗТВ и основной металл называют сварным соединением.

Механические, антикоррозионные, магнитные и другие свой­ства сварного соединения могут существенно отличаться от свойств основного металла. При сварке стремятся к получению равно­прочного соединения, т. е. равенству всех его показателей с пока­зателями основного металла. К сварке плавлением относится и наплавка металлов, широко применяемая, как при изготовлении новых конструкций, так и при ремонтных работах. Наплавкой называют процесс нанесения слоя металла на нагретую до расплав­ления поверхность заготовки. Наплавка необходима для созда­ния на поверхности слоя металла, обладающего особыми свой­ствами, либо для восстановления размеров изношенных деталей.

58. Электрическая дуговая сварка.

Электрическая дуговая сваркаявляется одним из наиболее распространенных способов сварки плавлением (рис. 42).