Технология машиностроения инжэкон

Формоизменяющие: гибка (придание заготовке изогнутой формы без применения или с применением растяжки), профилирование ленты (непрерывное превращение ленты в заданный профиль с последовательной гибкой на роликовых машинах или специальных прессах), вытяжка (без утонения материала и с утонением материала), формовка (изготовление деталей из листа и круглой заготовки посредством пластического деформирования без изменения толщины материала, раздача (образование горловины или увеличение диаметра полой заготовки), отжимка (местное уменьшение диаметра полой заготовки), отбортовка ( образование борта путём расширения ранее пробитого отверстия).

 

Пример использования  листовой штамповки.

Для деталей, получаемых листовой штамповкой, характерно то, что толщина их стенок незначительно отличается от толщины  исходной заготовки. При изготовлении листовой штамповкой пространственных деталей заготовка обычно испытывает значительные пластические деформации. Эти обстоятельства вынуждает предъявлять  к материалу достаточно высокие  требования по пластичности. Холодная листовая штамповка получила более  большое применение, чем горячая. При листовой штамповке чаще всего  используют низкоуглеродистую сталь, пластичные легированные стали, медь, латунь, содержащую более 60%Сu, алюминий и его сплавы, магниевые сплавы, магниевые сплавы, титан, и др. К преимуществам листовой штамповки относятся возможность получения деталей минимальной массы при заданных прочности и жёсткости; достаточно высокие точность размеров и качество поверхности, позволяющие до минимума сократить отделочные операции обработки резанием; сравнительная простота механизации и автоматизации процессов штамповки, обеспечивающая высокую производительность (30-40 тыс. деталей в смену с одной машины); хорошая приспособляемость к масштабам производства, при которой листовая штамповка может быть экономически целесообразна и в массовом, и в мелкосерийном производстве. Как правило, при листовой штамповке пластические деформации получает лишь часть заготовки. Различают формоизменяющие операции, в которых заготовка не должна разрушаться в процессе деформирования, и разделительные,в которых этап пластического деформирования обязательно завершается разрушением.

Вытяжка. Вытяжка бывает с утонением и без. Вытяжка без утонения стенки превращает плоскую заготовку в полое пространственное изделие при уменьшении периметра вытягиваемой заготовки. Вытяжка с утонением стенки увеличивает длину заготовки в основном за счёт уменьшения толщины стенки исходной заготовки.   

Зона термического влияния сварного шва.

 Сварное соединение можно разделить на три основные зоны, имеющие различную микроструктуру: зону основного металла, зону термического влияния и зону наплавленного металла сварного шва. При газовой сварке вследствие медленного нагрева зона термического влияния (околошовная зона) больше, чем при дуговой. Зона термического влияния имеет несколько структурных участков, вызванных температурой нагрева в пределах 450—1500°С и отличающихся между собой формой и строением зерна.

Рис. 4. Строение зоны термического влияния сварного шва

Зона термического влияния  состоит из следующих участков: 1 — неполного расплавления, 2 —  перегрева, 3 — нормализации, 4неполной перекристаллизации, 5 — рекристаллизации и 6 — синеломкости. Участок неполного расплавления является переходным от наплавленного металла к основному. Он представляет собой область основного металла, нагретого несколько выше температуры плавления, и находится в твердожидком состоянии. Характер этого участка определяет качество сварного соединения, так как в нем происходит сплавление кристаллов металла шва с зернами основного металла.

Участок перегрева — область основного, сильно нагретого (от 1100 до 1500°С) металла с крупнозернистым строением и пониженными механическими свойствами. Металл в этой зоне имеет структуру крупных перлитных зерен с ферритной сеткой. В сталях с большим содержанием углерода на участке перегрева возможно образование закалочных структур.

Участок нормализации — это область основного металла, нагретого в пределах от 930 до 1100°С. Металл при этих температурах находится сравнительно недолго и в процессе охлаждения при последующей перекристаллизации приобретает мелкозернистую структуру с наиболее высокими механическими свойствами.

Участок неполной перекристаллизации — область основного металла, нагретого в пределах 720—930°С. Этот участок характеризуется тем, что вокруг крупных зерен феррита, не прошедших перекристаллизацию, располагаются мелкие зерна феррита и перлита, образовавшиеся в результате перекристаллизации.

Участок рекристаллизации — область основного металла, нагретого в пределах от 450 до 720°С. Участок характерен восстановлением формы и размеров разрушенных зерен металла, ранее подверженного практике или обработке давлением.

Участок синеломкости, лежащий в интервале температур от 200 до 450°С, видимых структурных изменений не получает. Однако характеризуется снижением пластических свойств.

Общая протяженность околошовной зоны при газовой сварке в зависимости от толщины металла составляет примерно от 8 до 28 мм. Для улучшения структуры и свойств металла шва и зоны термического влияния, выполненных газовой сваркой, применяют горячую проковку металла шва, термообработку нагревом сварочной горелкой и общую термообработку сварного изделия нагревом в печах и медленным охлаждением.

 

Сварка трением

Сварка трением  это разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия (рисунок 1).

Рисунок 5. Схема сварки трением

Процесс образования  сварного соединения:

1. Вследствие действия сил трения сдираются оксидные плёнки;
2. Наступает разогрев кромок свариваемого металла до пластичного состояния, возникает временный контакт, происходит его разрушение и высокопластичный металл (металл шва)* (см.рисунок 1) выдавливается из стыка;
3. Прекращение вращения с образованием сварного соединения.

Сварка трением  является разновидностью сварки давлением, при которой механическая энергия, подводимая к одной из свариваемых  деталей, преобразуется в тепловую; при этом генерирование теплоты происходит непосредственно в месте будущего соединения.

Теплота может  выделяться при вращении одной детали относительно другой (рис. 6, а) или вставки между деталями (рис. 6, б, в), при возвратно-поступательном движении деталей в плоскости стыка с относительно малыми амплитудами Д и при звуковой частоте (рис. 6, г). Детали при этом прижимаются постоянным или возрастающим во времени давлением Р. Сварка завершается осадкой и быстрым прекращением вращения.

В зоне стыка  при сварке протекают следующие  процессы. По мере увеличения частоты  вращения свариваемых заготовок  при наличии сжимающего давления происходит притирка контактных поверхностей и разрушение жировых пленок, присутствующих на них в исходном состоянии. Граничное  трение уступает место сухому. В контакт вступают отдельные микровыступы, происходит их деформация и образование ювенильных участков с ненасыщенными связями поверхностных атомов, между которыми мгновенно формируются металлические связи и немедленно разрушаются вследствие относительного движения поверхностей.

Этот процесс  происходит непрерывно и сопровождается увеличением фактической площади  контакта и быстрым повышением температуры  в стыке. При этом снижается сопротивление  металла деформации, и трение распространяется на всю поверхность контакта. В  зоне стыка появляется тонкий слой пластифицированного металла, выполняющего роль смазочного материала, и трение из сухого становится граничным.

Рис.6. Схемы процесса сварки трением: 1 - свариваемые детали; 2 - вставка; 3 - зона сварки

Под действием  сжимающего усилия происходит вытеснение металла из стыка и сближение  свариваемых поверхностей (осадка). Контактные поверхности оказываются  подготовленными к образованию  сварного соединения: металл в зоне стыка обладает низким сопротивлением высокотемпературной деформации, оксидные пленки утонены, частично разрушены  и удалены в грат, соединяемые  поверхности активированы. После  торможения, когда частота вращения приближается к нулю, наблюдается  некоторое понижение температуры металла в стыке за счет теплоотвода. Осадка сопровождается образованием металлических связей по всей поверхности.

Рис. 7. Типы сварных соединений, выполненных  сваркой трением

Сваривать стержни  диаметром более 200 мм нецелесообразно, потому что для реализации этого  процесса потребовались бы машины с  двигателями мощностью ~ 500 кВт при  скорости вращения ~2 с^-1 и с осевым усилием более 3 * 10^б Н. Сооружение такой машины и ее эксплуатация были бы настолько дорогими, что не окупили бы выгоды, которую может дать сварка трением.

Не удается  сварить даже в лабораторных условиях и стержни диаметром менее 3,5 мм, для которых нужна установка  со скоростью вращения шпинделя ~ 200 с^-1 и сложным устройством для осуществления мгновенного его торможения.

Расчеты и  опыт практического применения сварки трением показывают, что ее пока целесообразно применять для  сварки деталей диаметром от 6 до 100 мм. Наиболее эффективно применение сварки трением для изготовления режущего инструмента при производстве составных сварно-кованых, сварно-литых  или сварно-штампо-ванных деталей. Она оказывается незаменимой при соединении трудносвариваемых или вовсе не сваривающихся другими способами разнородных материалов, например стали с алюминием, аусте-нитных сталей с перлитными. Эффективно применение сварки трением и для соединения пластмассовых заготовок.

Машины для  сварки трением обычно содержат следующие основные узлы (рис. 8): привод вращения 1 шпинделя с ременной передачей 2; фрикционную муфту 3 для сцепления шпинделя с приводным устройством; тормоз 4 для торможения шпинделя; два зажима для крепления свариваемых заготовок 7; переднюю бабку 5 со шпинделем, несущим на себе вращающийся зажим 6; заднюю бабку 8 с неподвижным зажимом; пневматические или гидравлические цилиндры 9, обеспечивающие создание необходимого рабочего (осевого) давления машины; пневматическую, пневмогидравлическую или гидравлическую схему управления силовым приводом машины; шкаф управления.

Рис. 8. Принципиальная конструктивно-кине- матическая схема машины для сварки трением

В большинстве  машин в состав привода вращения входят трехфазный асинхронный электродвигатель, клиноременная передача с зубчатым ремнем. В машинах для микро- и  прецизионной сварки, шпиндель которых  должен развивать очень высокую  частоту вращения (80-650 с^-1), в качестве привода применяются пневматические турбинки, которые характеризуются быстрым разгоном и торможением, позволяют обходиться без передачи при помощи непосредственного сочленения вала со шпинделем машины.

На рис. 9 приведен общий вид установки сварки трением с последующим удалением грата в автоматическом режиме автомобильных выпускных клапанов.

Мировой опыт применения сварки трением позволяет  сделать вывод, что этот вид сварки - один из наиболее интенсивно развивающихся  технологических процессов, особенно в странах с высоким уровнем  развития промышленности.

 

Рис. 9. Установка СТ110 для сварки трением

Некоторые примеры  применения сварки трением приведены на рис. 10.

Рис. 10. Примеры применения сварки трением: 

а - промежуточный  вал коробки передач автомобиля; б - карданный вал тяжёлого грузового  автомобиля; в - карданный вал автомобиля «Форд»; г - коническое зубчатое колесо с удлинённой ступицей; д - вал рулевого управления легкового автомобиля; е - гладкие и резьбовые калибры; ж - сталеалюми-ниевый трубчатый переходник диаметром 90 мм с толщиной стенки 4 мм

Разновидностью  сварки трением является инерционная сварка.

В этом способе  вращаемую деталь располагают в  маховике, который раскручивают до заданной скорости, детали соединяют  и сварка завершается остановкой вращения маховика.

Достоинства инерционной  сварки трением:

• Не требуется большой мощности;
• Быстрота сварки, меньшая зона разогрева, вследствие точного дозирования энергии   
  

Стойкость инструмента.

В процессе резания в результате трения стружки о переднюю поверхность инструмента и задней поверхности о заготовку режущие поверхности инструмента изнашиваются. Независимо от вида и назначения инструменты изнашиваются: по задней поверхности (рис. 11,а); по передней поверхности

 

Рис. 11. Схема износа резцов:

а — по задней поверхности, б—по передней поверхности, в—по задней я передней поверхностям

(Рис.11,6); одновременно по передней и задней поверхностям (рис. 11, в). В зависимости от условий обработки может преобладать тот или иной вид износа. Износ по задней поверхности характеризуется площадкой с высотой hз (рис. 11, а). В процессе резания увеличиваются площадка, трение, нагрев, быстрее протекает процесс износа. Быстрый рост износа является опасным, так как может привести к разрушению режущей кромки инструмента. Износ инструмента .допускается в определенных  пределах  (допустимый износ), после которого инструмент надо переточить, возобновить его режущие способности. Износ передней поверхности инструмента образуется от трения сходящей с нее стружки. Износ образуется в виде лунки глубиной hл (рис. 11,б,в). Края лунки располагаются  приблизительно параллельно главному лезвию инструмента, а длина лунки равна его рабочей длине.