Производство прессованных профилей

При прессовании металл выдавлива­ется из замкнутой полости через от­верстие, соответствующее сечению прессуемого профиля.Этим процессом изготовляют не только сплошные профили, но и полые (рис. 27). В этом случае в заготовке необходимо предварительно получить сквозное отверстие. Часто отверстие прошивают на том же прессе. В процес­се прессования при движении пуансона1с пресс-шайбой 5 металл заготовки 2 выдавливается в зазор между мат­рицей3и иглой4.Прессование по рассмотренным схемам называется пря­мым. Значительно реже применяют об­ратное прессование, схема деформиро­вания которого аналогична схеме об­ратного выдавливания (см. рис. 27, а).

Рис. 27 Схема прессования полого профи­ля (а) и примеры профилей, полученных прессованием (б)

К недостаткам прессования следует отнести большие отходы металла: весь металл не может быть выдавлен из контейнера, и в нем остается так называемый пресс-остаток, который по­сле окончания прессования отрезается от полученного профиля. Масса пресс-остатка может достигать 40% массы исходной заготовки (при прессовании труб большого диаметра).

Волочение машиностроительных профилей

Волочение труб можно выполнять без оправки (для уменьшения внешнего диаметра) и с оправкой (для уменьше­ния внешнего диаметра и толщины стенки). На рис. 28, апоказана схема волочения трубы 7 на короткой удер­живаемой оправке3.В этом случае профиль полученной трубы определя­ется зазором между волокой 2 и оправ­кой3.

Поскольку тянущая сила, приложен­ная к заготовке, необходима не только для деформирования металла, но и для преодоления сил трения металла об инструмент, эти силы трения стараются уменьшить применением смазки и по­лированием отверстия в волоке.

Рис. 28 Схема волочения трубы (а) и при­меры профилей, полученных волочением (б)

Получение поковок машиностроительных деталей

Виды поковок

Поковкой называют заготовку дета­ли, полученную обработкой металлов давлением. Огромное разнообразие ма­шиностроительных деталей и соответ­ственно такое же разнообразие форм и размеров поковок обусловливает существо­вание различных способов изготовления поковок.

Поковки могут быть сгруппированы по признакам, определяющим техно­логию их изготовления. Такими призна­ками являются масса, конфигурация, марка сплава и тип производства.

Изготовление поковок может осуще­ствляться по схемам свободного пла­стического течения между поверхностя­ми инструмента или затекания металла в полость штампа. Для заполнения полости штампа необходимо давление, значительно превышающее давление при свободном пластическом течении металла. Вследствие этого поковки боль­шой массы затруднительно изготовлять штамповкой. Для тяжелых поковок еди­нственно возможным способом изготовления является ковка — вид горячей обработки металлов давлением, при котором деформирование производят последовательно на отдельных участках заготовки. Металл свободно течет в стороны, не ограниченные рабочими поверхностями инструмента, в качестве которого применяют плоские или фигурные бойки, а также раз­личный подкладной инструмент. Таким образом, при ковке используют уни­версальный (годный для изготовления различных поковок) инструмент, в то время как для штамповки требуется специальный инструмент — штамп, из­готовление которого при небольшой партии одинаковых поковок экономически невыгодно. Поэтому в единичном и мелкосерийном производствах ковка обычно экономически более целесообразна. Чем больше партия одинаковых поковок, тем более специализирован­ным может быть технологический процесс их изготовления, так как применение более сложного, а значит более дорогого, инструмента и специального оборудования экономически оправдано.

Рис. 29 Виды машиностроительных поковок

Упрощенно поковки можно раз­делить на такие группы:

осесимметричные типа дисков и колес (рис. 29, 1,а); втулок и колец (рис. 29,1,б);осесимметричные типа стаканов и втулок, размер которых вдоль оси больше поперечных (рис. 29, 2); осесимметричные типа ва­лов и осей (рис. 29,3),длина которых вдоль оси больше поперечных разме­ров; неосесимметричные типа рычагов, вилок, крюков (рис. 29,4} сменьшим или большим соотношением габарит­ных размеров; к этой многочисленной группе относятся поковки гаечных клю­чей, шатунов, звеньев гусениц тракто­ров, лопаток турбин, крюков грузопо­дъемных механизмов, коленчатых ва­лов и др.

Кроме такого разделения поковок по типу деталей при технологических рас­четах по конфигурации поковки делят на группы сложности. Критерием слож­ности поковки может быть отношение объемов поковки и описанной вокруг нее простой геометрической фигуры – призмы или цилиндра.

Ковка

Процесс ковки состоит из чередова­ния в определенной последовательности основных и вспомогательных операций. Каждая операция определяется харак­тером деформирования и применяемым инструментом.

К основным операциям ковки относят­ся осадка, протяжка, прошивка, отруб­ка, гибка.

Осадка - операция уменьшения вы­соты заготовки при увеличении пло­щади ее поперечного сечения (см. рис. 30, а).Осаживают заготовки меж­ду бойками или подкладными плитами.

Разновидностью осадки является высадка, при которой металл осажи­вают лишь на части длины заготовки.

Протяжка - операция удлинения заготовки или ее части за счет умень­шения площади поперечного сечения (рис. 30, а).

Рис. 30 Схемы протяжки и ее разновидностей

Протяжку производят по­следовательными ударами или нажати­ями на отдельные участки заготовки, примыкающие один к другому, с по­дачей заготовки вдоль оси протяжки и поворотами ее на 90° вокруг этой оси. При слиш­ком малой подаче могут получиться зажимы (рис. 30, б).

Прошивка - операция получения полостей в заготовке за счет вытесне­ния металла (рис. 31, а).Прошивкой можно получить сквозное отверстие или углубление (глухая прошивка).

Отрубка - операция отделения ча­сти заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку дефор­мирующего инструмента - топора (рис. 31,г).

Гибка - операция придания заго­товке изогнутой формы по заданному контуру (рис. 31,е). Этой операцией получают угольники, скобы, крючки, кронштейны и т. п.

Рис. 31 Схемы операции ковки:а—двусторонняя прошивка;б—сквозная прошивка;в—прошивни;г—отрубка;д—топоры;е—гибкаж—штамповка в подкладных штампах

Оборудование для ковки выбирают в зависимости от режима ковки дан­ного металла или сплава, массы поков­ки и ее конфигурации. Необходимую мощность оборудования обычно определяют по приближенным формулам или справочным таблицам.

Ковку выполняют на ковочных моло­тах и ковочных гидравлических прессах.

Молоты — машины динамического, ударного действия. Продолжительность деформации на них составляет тысяч­ные доли секунды. Металл деформиру­ется за счет энергии, накопленной по­движными (падающими) частями мо­лота к моменту их соударения с за­готовкой. Поэтому при выборе моло­тов руководствуются массой их падающих частей. -

Гидравлические прессы — машины ста­тического действия; продолжительность деформации на них может составлять от единиц до десятков секунд. Металл деформируется приложением силы, со­здаваемой с помощью жидкости (вод­ной эмульсии или минерального масла), подаваемой в рабочий цилиндр пресса.

Технологические требования к дета­лям, получаемым из кованых поковок, сводятся главным образом к тому, что поковки должны быть наиболее про­стыми, очерченными цилиндрическими поверхностями и плоскостями (рис. 32, 1-4). В поковках следует избегать конических (рис. 32, 5) и клиновых (рис. 3.22, 6) форм. Необходимо учиты­вать трудности выполнения ковкой участков пересечений цилиндрических по­верхностей между собой (рис. 32, 7) и с призматическими поверхностями (рис. 32, 8). В поковках следует избегать ребристых сечений, бобышек, выступов и т. п., учитывая, что эти элементы в большинстве случаев из­готовить ковкой невозможно. В местах сложной конфигурации приходится при­бегать к напускам в целях упрощения конфигурации поковки, что вызывает удорожание детали. Кроме того, следу­ет стремиться, чтобы конфигурация детали позволяла получать при ковке наиболее благоприятное расположение волокон.

61. (2)Остановимся подробнее на первой части доклада - термодинамике процесса резания.

Закон сохранения энергии в процессе резания выражается, как известно, в превращении работы резания Ap в тепловую Q и скрытую (внутреннюю) энергию деформации деформируемых объемов стружки - _стр, поверхностных слоев детали - _дет и рабочих поверхностей инструмента - _инс т.е.

Так как долевой вклад в общие энергозатраты незначителен - всего 0,5..3,0%, она в исследованиях, как правило, не учитывалась. Это обстоятельство, видимо, отвлекло внимание ученых от целесообразности изучения термодинамики процесса резания, которая до последнего времени оставалась не раскрытой [1]. Тем не менее именно эта часть энергии - , вносящая изменения в энергию межатомных связей деформируемого материала, ответственна за изменение свойств контактных слоев стружки, детали и инструмента, соотношение твердостей которых, как известно, и определяет стойкость инструмента.

Действительно, действие всех параметров нагружения и сопутствующих процессов на интенсивность износа инструмента проявляется, в конечном итоге, через изменение (трансформацию) свойств взаимодействующих поверхностей инструмента, стружки и детали. Степень этих изменений в соответствии с принципами термодинамики определяется уровнем приращения их внутренней энергии за счет поглощения (или выделения) части энергии, развиваемой процессом в целом. Трансформация свойств деформируемых поверхностей - явление присущее всем контактным процессам, оно имеет место при всех условиях резания и сопутствует в той или иной форме всем видам износа, вследствие чего представляет наиболее широкие возможности для управления этими процессами. Таким образом, проблема повышения стойкости инструментов, связанная в общем случае с разработкой как оригинальных методов, так и с усилением эффективности традиционных, должна основываться на следствиях, вытекающих из термодинамики процесса резания, т.е. технологические меры, направленные на повышение стойкости, должны обеспечивать реализацию в непосредственных условиях резания одну из следующих задач:

1. Упрочнение рабочих поверхностей инструмента, т.е. увеличение их внутренней энергии за счет поглощения части подведенной внешней энергии;

2. Разупрочнение контактных поверхностей срезаемого слоя, т.е. выделение накапливаемой ими в процессе деформации (или предыдущих операций) внутренней энергии;

3. Направленную трансформацию свойств взаимодействующих поверхностей за счет перераспределения составляющих энергобаланса и, как следствие, .

Вторая и третья задачи принципиально известны. Прямыми методами, направленно решающими эти задачи, является резание с искусственным нагревом и применением смазочно-охлаждающих жидкостей: в первом случае за счет теплонагрузки зоны резания, во втором, наоборот,- теплоразгрузки, т.е. путем воздействия на требуемые составляющие баланса. Однако отсутствие экспериментальных данных по влиянию искусственного нагрева и СОЖ на теплоэнергобаланс процесса резания затрудняет реализацию указанных методов в оптимальном режиме.

62. Рассмотренные характеристики поверхностного слоя - шероховатость поверхности, структура и наклеп слоя, остаточные напряжения оказывают существенное влияние на такие важные эксплуатационные свойства деталей машин, как износостойкость, статическую, длительную и усталостную прочность, коррозионную стойкость, прочность соединений с натягом.Шероховатость и волнистость поверхности, структура, фазовый и химические составы поверхностного слоя по-разному влияют на эксплуатационные свойства деталей.