Технологии машиностроения

Размещено на http://www.allbest.ru

Сущность сварки. Классификация способов сварки

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения двух или более деталей из твердых материалов (металлов) путем их местного сплавления или совместного деформирования с нагревом и без нагрева с получением на границе их раздела прочных межатомных связей. Для реализации межатомного взаимодействия атомы следует приблизить на расстояние, равное параметру кристаллической решетки металла соединяемых деталей (этому препятствуют различные неровности, имеющиеся на поверхности деталей, загрязнения окислами и т. д.). Такое сближение достигается расплавлением кромок свариваемых деталей или их совместным пластическим деформированием посредством приложения давления. Таким образом, все виды сварки можно разделить на две основные группы: сварка плавлением и сварка давлением.

При сварке плавлением кромки свариваемых деталей и присадочный материал расплавляются теплотой сварочной дуги или газовым пламенем, образуя так называемую сварочную ванну. При кристаллизации металласварочной ванны рост кристаллов начинается с оплавленных кристаллов основного металла, металлическая связь обеспечивается образованием общих зерен сварного шва с основным металлом.

При сварке давлением совместная направленная пластическая деформация свариваемых металлов способствует соприкосновению и перемешиванию их атомов и образованию межатомной связи. При некоторых видах сварки процесс получения металлической связи сопровождается нагревом свариваемых деталей до пластического состояния или до оплавления свариваемых поверхностей.

Классификация видов сварки металлов по физическим признакам. В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, различают три класса сварочных процессов: термический, термомеханический и механический. Вид сварки объединяет сварочные процессы по виду источника энергии, непосредственно используемого для образования сварного соединения.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии, а именно: дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, ионно-лучевая, тлеющим разрядом, световая, индукционная, газовая, термитная и литейная.

К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления, а именно: контактная, диффузионная, индукционно-прессовая, газопрессовая, термокомпрессионная, дугопрессовая, шлакопрессовая, термитно-прессовая и печная.

К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления, а именно: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и магнитоимпульсная.

Классификация видов сварки металлов по техническим признакам. К техническим признакам относятся: способ защиты металла в зоне сварки, непрерывность процесса и степень механизации сварки.

По способу защиты металла различают сварку в воздухе, вакууме, защитных газах, под флюсом, по флюсу, в пене и с комбинированной защитой. В качестве защитного газа могут применяться активные газы (углекислый, азот, водород, водяной пар и смесь активных газов), инертные газы (аргон, гелий и смесь аргона с гелием), а также смесь инертных и активных газов. Защита расплавленного металла в зоне сварки может быть струйной или в контролируемой атмосфере. Струйная защита газом расплавленного металла, осуществляемая только со стороны сварочной дуги, называется односторонней, защита со стороны сварочной дуги и корня шва -- двусторонней. сварка фрезерование резание шлифование литье

По непрерывности процесса виды сварки бывают непрерывные и прерывистые; по степени механизации виды сварки подразделяются на ручные, механизированные, автоматизированные и автоматические.

Классификация видов сварки металлов по технологическим признакам. По технологическим признакам сварка подразделяется на дуговую, электрошлаковую, электроннолучевую, плазменно-лучевую, световую, газовую, контактную, диффузионную, печную, холодную и ультразвуковую.

Фрезерование

Фрезерование -- процесс резания металла, осуществляемый вращающимся режущим инструментом при одновременной линейной подаче заготовки. Материал с заготовки снимают на определенную глубину фрезой, работающей либо торцовой стороной, либо периферией. Главным движением при фрезеровании является вращение фрезы v. Скорость главного движения определяет скорость вращения фрезы. Движением подачи s при фрезеровании является поступательное перемещение обрабатываемой заготовки в продольном, поперечном или вертикальном направлениях. Процесс фрезерования является прерывистым процессом. Каждый зуб фрезы снимает дружку переменной толщины. Операции фрезерования могут быть подразделены на два типа:

а) цилиндрическое фрезерование

б) торцовое фрезерование

При цилиндрическом фрезеровании резание осуществляется зубьями, расположенными на периферии фрезы, и обработанная поверхность является плоскостью, параллельной оси вращения фрезы .

При торцовом фрезеровании резание осуществляется периферийными и торцовыми режущими кромками зубьев. Толщина среза увеличивается к центру среза и уменьшается в месте выхода фрезы из контакта с заготовкой. Начальная и конечная толщина среза зависит от отношения ширины заготовки к диаметру фрезы. Изменение толщины среза зависит также от симметричности расположения фрезы относительно заготовки. Большинство других процессов фрезерования являются комбинацией цилиндрического и торцового методов фрезерования.

Особенности стружкообразования при фрезеровании. Процесс образования стружки при фрезеровании сопровождается теми же явлениями, что и при точении. Это деформации, теплообразование, образование нароста, вибрации, износ инструмента и др. Но при фрезеровании имеются свои особенности. Резец при точении находится под постоянным действием стружки вдоль всей длины обработки. При фрезеровании зуб за один оборот фрезы находится под действием стружки незначительное время. Большую часть оборота зуб не участвует в резании, за это время он охлаждается, что положительно отражается на его стойкости. Вход зуба в контакт с обрабатываемой заготовкой сопровождается ударом о его режущую кромку; ударная нагрузка снижает стойкость зуб фрезы.

Фрезерование против подачи и по подаче. При фрезеровании цилиндрическими и дисковыми фрезами различают встречное фрезерование -- против подачи и попутное -- фрезерование по подаче. Когда окружная скорость фрезы противоположна на правлению подачи, процесс фрезерования называется встречным. Толщина среза изменяется от нуля до максимальной величины при выходе зуба из контакта с заготовкой. Когда направление окружной скорости фрезы и скорости подачи совпадают, процесс фрезерования называется «попутным» фрезерованием. При этом способе фрезерования толщина среза изменяется от максимального значения в точке В начале входа зуба в контакт с заготовкой до нуля в точке А (при выходе зуба из контакта с заготовкой).

Встречное фрезерование характеризуется тем, что нагрузка на зуб увеличивается постепенно, так как толщина среза изменяется от нуля при входе до максимума при выходе зуба из заготовки. Зуб фрезы работает из-под корки, выламывая корку снизу, фреза «отрывает» заготовку от стола, приподнимая вместе с ней и стол станка, увеличивая зазоры между направляющими стола и станины, что при значительных нагрузках приводит к дрожанию и увеличению шероховатости обработанной поверхности.

В процессе фрезерования прямозубой фрезой зуб фрезы входит в контакт с обрабатываемой заготовкой и выходит из него сразу по всей ширине фрезерования. Может оказаться, что в работе будет находиться только один зуб прямозубой фрезы, т. е. когда впереди идущий зуб уже вышел из контакта с обрабатываемой заготовкой, а следующий за ним зуб не вышел в контакт. В этом случае площадь поперечного сечения среза будет изменяться от нулевого значения до максимального с последующим падением до нуля или от максимального значения до нуля. Также неравномерно будет изменяться сила резания, а следовательно, будет неравномерная периодическая нагрузка на станок, инструмент и обрабатываемую заготовку. Это явления носит название неравномерности фрезерования.

Для обеспечения равномерности фрезерования в работе одновременно должно участвовать не меньше двух зубьев фрезы. Каждый следующий зуб должен вступать в работу в тот момент, когда предыдущий начинает выходить из металла. Это возможно, если расстояние между двумя соседними зубьями фрезы, измеренное вдоль её оси (осевой шаг), должно быть равной ширине фрезерования В. Если в работе одновременно участвует более двух зубьев, то осевой шаг должен укладываться по ширине фрезерования целое число раз. Необходимым условием равномерного фрезерования является равенство или кратность (в целых числах) ширины фрезерования В осевому шагу фрезы. При торцовом фрезеровании всегда имеет место неравномерность фрезерования. Чем больше число одновременно работающих зубьев торцовой фрезы и чем больше отношение ширины фрезерования к диаметру фрезы, тем больше будет равномерность фрезерования.

Зубонарезание

Основным методом получения зубчатых колес является обработка резанием. Неточные зубчатые колеса можно получать отливкой, а профиль зубчатых колес малого модуля - накатыванием. Получение профиля зубьев с применением лезвийного инструмента может осуществляться по методу копирования и методу обкатки. При первом способе обработки профиль инструмента (пальцевые и дисковые модульные фрезы, рис. 4.1, 4.2) определяется профилем впадины нарезаемого колеса.

а) б)

Рис. 4.1 Нарезание зубчатого колеса дисковой модульной фрезой

Основные параметры процесса фрезерования дисковыми и пальцевыми фрезами по методу копирования, то есть скорость резания V, подачи , и глубина резания t определяются исходя из тех же основных положений, что и при обычном фрезеровании. Фреза прорезает одну впадину (канавку) между зубьями и возвращается в исходное положение. Заготовка с помощью делительной головки поворачивается на 1/z часть оборота и процесс повторяется. Обработка производится на универсально-фрезерных станках. Недостатком нарезания зубчатых колес по методу копирования являются низкая точность обработки и малая производительность, а также необходимость иметь наборы инструментов для каждого модуля, состоящие из 8, 15 или 26 фрез.



а) б)

Рис. 4.2 Нарезание зубчатого колеса пальцевой модульной фрезой

Нарезание зубчатых колес по методу обкатки производится червячными модульными фрезами (рис. 4.5), долбяками (рис. 4.3), строгальными и обкаточными резцами. При обкатке поверхность зуба получается в результате обработки инструментом, режущие кромки которого представляют собой профиль сопряженной рейки или профиль зуба сопряженного колеса, и во время обработки инструмент с заготовкой образует сопряженную (правильно зацепляющуюся) зубчатую пару.

На рис. 4.3 дана схема работы долбяка, где указаны движения долбяка и заготовки в процессе резания: I - врезание (радиальная подача S_рад); II - вращение долбяка вокруг своей оси и III - вращение заготовки вокруг оси (движение обкатки S_кр); IV - рабочее V_р.х. и возвратное (на холостом ходу) V_х.х. движение долбяка; V - для предохранения зубьев долбяка от трения при обратном ходе заготовка в начале обратного хода отодвигается от долбяка и в конце холостого хода возвращается обратно.



Рис. 4.3 Схема нарезания зубчатого колеса долбяком: 1 -долбяк; 2 -нарезаемое колесо.

На рис. 4.4 показана схема нарезания долбяком одной межзубой впадины зубчатого колеса, из которого видно, что размеры и конфигурации среза меняются в каждой части контура, а следовательно, изменяется и нагрузка на режущий контур зубьев долбяка. Цифрами от 1 до 12 указаны номера сечений срезов, снимаемых последовательно. Суммарное сечение, приходящееся на все одновременно работающие зубья, является величиной переменной и может быть определено по формуле:

[мм² ] ,

Рис. 4.4 Схема срезания слоев металла межзубой впадины шестерни долбяком

Процесс зубонарезания имеет следующие особенности:

1. Сечение срезаемого слоя изменяется за время обработки заготовки одним зубом. Кроме того, необходимо учитывать, что в работе участвуют одновременно несколько зубьев;

2. Различные участки лезвия неодинаково нагружаются, так как они срезают слои различного сечения и имеют различную скорость резания;

3. Оптимальная геометрия не может быть обеспечена, так как инструменты имеют весьма сложную форму и совершают сложные движения. Поэтому геометрические параметры назначают исходя из принципа сохранения точности профиля инструмента при его переточках.

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.

Рис. 122. Схема круглого шлифования

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 и число оборотов обрабатываемой заготовки подсчитывается по формулам

Где vк -- скорость шлифовального круга в м/сек;

D-- диаметр шлифовального круга в мм.

Число оборотов обрабатываемой заготовки

гдеvз -- 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.

Рис. 123. Силы, действующие при шлифовании

Сила резания, возникающая в процессе круглого шлифования, может быть разложена на три составляющие (рис. 123): 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*з,

гдез = 0,75ч0,8 -- к. п. д. привода станка.

Соответственно с учетом з подсчитывается мощность электродвигателя для вращения обрабатываемой заготовки.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь широко используется в промышленности. Основной составляющей частью, определяющей ее механические и другие свойства, является углерод. Увеличение содержания углерода в стали повышает прочность и твердость, но уменьшает вязкость и делает ее более хрупкой.

В зависимости от назначения углеродистая сталь делится на конструкционную и инструментальную.

Углеродистые конструкционные стали делятся на стали обыкновенного качества (ГОСТ 380--78) и качественные (ГОСТ 1050--74). В зависимости от условий и степени раскисления различают спокойные стали (сп), полуспокойные(пс) и кипящие (кп).

Стали обыкновенного качества маркируют буквами Ст (сталь) и цифрами 1, 2, 3.....6 (Ст0, Ст1, Ст2 и т.д.). Чем больше это число, тем больше в ней содержится углерода.

В зависимости от назначения эти стали делятся на три группы:

группа А -- стали, поставляемые по механическим свойствам без уточнения их химического состава (Ст0, Ст1кп, Ст2пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2сп, Ст3кп и др.);

группа Б -- стали с гарантийным химическим составом (БСт0, БСт1кп, БСт1сп, БСт2кп и др.);

группа В -- стали повышенного качества с гарантированным химическим составом и механическими свойствами (ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5).

Цифры, обозначающие марку стали, показывают среднее содержание в стали углерода в сотых долях процента (например, сталь марки 45 содержит в среднем 0,45% углерода).

Низкоуглеродистые стали марок 05, 08, 10, 20, 25 применяются для малонагруженных деталей, изготовление которых связано со сваркой и штамповкой.

Из среднеуглеродистых сталей марок 40, 45, 50, 55 изготовляют оси, валы, зубчатые колеса и другие детали.

Высокоуглеродистые стали идут на изготовление спиральных пружин, тросов и других ответственных деталей.

Инструментальная качественная сталь обозначается буквой У, после которой ставится цифра, указывающая содержание углерода в десятых долях процента, например У7, У8, У10 и т. д.

Инструментальная высококачественная сталь содержит меньше, чем качественная, вредных примесей (серы, фосфора). Маркируют ее так же, как и качественную, но с добавлением буквы А, например У7А, У8А и т. д.

Применяется инструментальная углеродистая сталь для изготовления различных инструментов (ударных, режущих, измерительных и др.).

Литьё под давлением

Сущность этого способа заключается в том, что расплав металла подается в стальную разъемную пресс-форму под давлением. Рабочее давление на расплав осуществляется непосредственно сжатым воздухом (газом) или поршнем, который перемещается под действием сжатого воздуха (газа), эмульсии или масла. Давление может достигать нескольких сот атмосфер, что обеспечивает хорошую заполняемость пресс-формы и получение отливок 3-5-го классов точности и с шероховатостью поверхности, соответствующей 5-8-му классам. При этом обеспечивается большая производительность.

Литье под давлением ведут на компрессорных и прошневых машинах. Поршневые машины выполнены с вертикальной и горизонтальной камерами прессования. Камеры могут быть холодными и горячими.

Схема литья под давлением на машине с вертикальной камерой (рис. 15, а) следующая. Расплав 2 заливают мерной ложкой в камеру прессования 3. Верхний поршень 1, опускаясь, оказывает большое давление на порцию расплава, который передает давление на нижний поршень 8. Поршень, передвигаясь, открывает литниковый канал 11, через который расплав заполняет полость пресс-формы.



Рис. 15. Схемы процесса литья под давлением на машине:

а - с холодной вертикальной камерой прессования, б - с холодной горизонтальной камерой прессования; I - положение перед заливкой, II - во время заливки, III - после заливки

Пресс-форма состоит из двух полуформ 4 и 5. После затвердевания расплава полуформа 4 отходит в сторону, а отливка 7 вместе с литником 10 выталкивается толкателями 6. Излишек металла 9, который не вошел в полость пресс-формы, выталкивается из камеры поршнем 8 и поступает на переплавку.

Литье под давлением на машине с горизонтальной камерой (рис. 15, б) протекает в той же последовательности.

Основные преимущества литья под давлением заключаются в следующем. Литье под давлением позволяет решить одну из важнейших задач литейного производства: максимально приблизить размеры отливки к размерам готовой детали. Отливки, полученные в металлических пресс-формах, имеют чистую и гладкую поверхность, что значительно сокращает поверхностную отделку деталей (шлифование, полирование и т. д.). Этим способом отливают ответственные детали с тонкими стенками, сложной конфигурации. Кроме того, литье под давлением применяют для соединения нескольких деталей или получения отливок с арматурой из других металлов. Отливки, полученные литьем под давлением, имеют мелкозернистую структуру и высокие механические свойства.

Экономически выгодным также является то, что в одной пресс-форме можно изготовить в короткий срок большое количество отливок. Высокая производительность этого способа литья и минимальные припуски снижают себестоимость производства как в литейном, так и в механических цехах.

Кроме того, литье под давлением исключает применение формовочных смесей, поэтому санитарно-производственные условия лучше, чем в обычных литейных цехах.

Таким образом, литье под давлением - один из наиболее прогрессивных способов изготовления отливок.

С другой стороны, литье под давлением - сложный технологический процесс, который требует знаний металлургии сплава, технологии литья, специальных знаний инструментального производства при изготовлении пресс-форм и, наконец, механики при эксплуатации машин для литья под давлением.

Литье под давлением имеет некоторые недостатки, например появление в отливках мелких воздушных раковин (пористости). Находящийся в полости пресс-формы воздух не успевает полностью выходить наружу и частично смешивается с расплавом. Не успевают выйти из отливки и газы, растворенные в металле, из-за пористости отливки нельзя подвергать термообработке, так как при нагреве появляются вздутия. Трудно, а иногда и невозможно, отлить этим способом деталь с поднутрением и внутренними полостями.

Существующие в современном производстве машины и пресс-формы пригодны лишь для изготовления отливок из сплавов с температурой плавления ниже 1000° С. Для литья стали изготовлены специальные опытные литейные машины и пресс-формы. Литьем под давлением можно получать отливки не из всех сплавов. Наиболее пригодные - цинковые сплавы, некоторые алюминиевые, латуни. Труднее получать этим способом детали из стали и чугуна. Не отливают под давлением детали из бронз.



Элементы и режимы резания

К элементам режима резания относятся глубина резания, подача и скорость резания.

Глубина резания определяется в основном величиной припуска на обработку. Припуск на обработку выгодно удалять за один проход. Глубина резания оказывает большое влияние на силы резания, поэтому иногда возникает необходимость разделить припуск на несколько проходов. Суммарный припуск разделяется следующим образом: 60%--на черновую обработку, 20--30% -- на получистовую и 10--20%--на чистовую.

Для черновой обработки глубину резания принимают t = 3-- 5 мм, получистовой -- 2--3 мм и чистовой -- 0,5--1,0 мм.

Величина подачи ограничивается силами, действующими в процессе резания; эти силы могут привести к поломке режущего инструмента, деформации и искажению формы заготовки, поломке станка. Целесообразно работать с максимально возможной подачей. Обычно подача назначается из таблиц справочников по режимам резания, составленным на основе специальных исследований и изучения опыта работы машиностроительных заводов. После выбора величины подачи из справочников ее корректируют по кинематическим данным станка, на котором будет вестись обработка (берется ближайшая меньшая величина подачи).

Для черновой обработки принимают s = 0,3--1,5 мм/об, для чистовой -- 0,1 --0,4 мм/об.

При одинаковой площади поперечного сечения среза нагрузка на резец меньше при работе с меньшей подачей и большей глубиной резания; нагрузка на станок (по мощности), наоборот, меньше при работе с большей подачей и меньшей глубиной резания, так как на силу резания глубина оказывает большее влияние, чем подача.

Скорость резания зависит от конкретных условий обработки, которые влияют на, стойкость инструмента (время работы инструментом от переточки до переточки). Чем большую скорость резания допускает инструмент при одной и той же стойкости, тем выше его режущие свойства, тем более он производителен.

На скорость резания, допускаемую резцом, влияют следующие факторы: стойкость режущего инструмента, физико-механические свойства обрабатываемого металла, подача и глубина резания, геометрические элементы режущей части резца, размеры сечения державки резца, смазочно-охлаждающая жидкость, максимально допустимая величина износа резца.

Стойкость резцов из быстрорежущих сталей уменьшается с увеличением скорости резания. Рациональная скорость резания для этих резцов от 20 до 50 м/мин.

Стойкость резцов, оснащенных пластинками твердых сплавов, находится в более сложной зависимости от скорости резания. Рациональная скорость резания для этих резцов находится в пределах v = 80-- 140 м/мин при стойкости T=30--60 мин. Скорость резания уменьшается с увеличением содержания в стали легирующих элементов: хрома, вольфрама, марганца, кремния и др.

Скорость резания уменьшается с увеличением сопротивления резанию, которое приводит к возникновению больших сил, высокой температуры, интенсивному износу режущего инструмента.

С большей скоростью резания обрабатываются автоматные стали, цветные и легкие сплавы. Алюминий обрабатывается со скоростью в 5--6 раз большей, чем скорость обработки углеродистой конструкционной стали.

Подача и глубина резания определяют нагрузку на резец и температуру резания. С увеличением подачи и глубины резания интенсивнее износ резца, что ограничивает скорость резания. Для достижения большей производительности резания выгоднее работать с большими сечениями среза за счет уменьшения скорости резания. Например, при увеличении подачи в 2 раза (с 0,3 до 0,6 мм/об) скорость резания необходимо уменьшить на 20--25%. При удвоении глубины резания скорость резания должна быть уменьшена на 10--15%. На практике скорость резания увеличивают после того, как достигнуты предельные величины по глубине резания и подаче.

Необходимая скорость резания и стойкость инструмента определяются правильным выбором геометрии режущей части резца, необходимо также учитывать обрабатываемость заготовки, режущие свойства материала резца и другие условия обработки.

Чем больше площадь сечения державки быстрорежущего резца, тем допускаются большие скорости резания, так как этим улучшается теплоотвод и повышается жесткость резца.

При черновом точении сталей быстрорежущими резцами обильное охлаждение смазочно-охлаждающими жидкостями (8-12 л/мин) повышает скорость резания на 20--30%. При чистовом точении интенсивность охлаждения 4--6 л/мин обеспечивает повышение скорости резания на 8--10%.

Для твердосплавного инструмента особенно необходимо постоянное охлаждение, так как в случае прерывистого охлаждения могут образоваться трещины на пластинке и резец выйдет из строя.

Допустимая величина износа резцов определяет выбор величины скорости резания. Увеличение допустимой величины износа резцов по задней поверхности от 0,8 до 1,6 мм позволяет увеличить скорость резания на 30%.

Ориентировочные значения скорости резания для наружного точения по стали и чугуну приведены в табл.

Скорости резания для наружного точения, м/мин

Материал резца	Обрабатываемый металл	Вид обработки
		черновая	чистовая
Быстрорежущая сталь Р9, Р12, (Р18)	Сталь	20--30	35--45
Твердый сплав ВК8	Чугун	60--70	80--100
Твердый сплав Т15К6	Сталь	100--140	150--200

Резцы, оснащенные минералокерамическими пластинками, при чистовой и получистовой обработке стальных деталей позволяют повысить скорость резания на 20--30% по сравнению с резцами, оснащенными твердосплавными пластинками марки Т15К6, а при чистовой и получистовой обработке чугунов -- на 50% по сравнению с твердосплавными резцами с пластинками марки ВК8.

Ковка

Ковка - процесс горячей обработки металлов давлением с помощью бойков или универсального подкладного инструмента. При ковке заготовка постепенно меняет форму за счет неоднократных ударов молота (ходов пресса) при кантовке, подаче, повороте заготовки.

При деформировании между бойками молота или пресса металл заготовки течет свободно в направлениях, не ограниченных рабочими плоскостями инструмента. Течение металла определяется главным образом силами контактного трения, возникающими в месте контакта поковки с инструментом, и в редких случаях -- формой инструмента.

Рис. 1.4. Операции ковки: а - протяжка, б - осадка; 1, 2 - нижний и верхний бойки молота или пресса, 3, 4- заготовка до и после осадки; Н и h - высота заготовки до и после деформации, ф тр - силы контактного трения

Основными операциями ковки являются протяжка (рис. 1.4, a) -удлинение заготовки или ее части за счет уменьшения плошади поперечного сечения -- и осадка (рис. 1.4, б) -- уменьшение высоты заготовки при увеличении площади её поперечного сечения.

Наличие на контактных поверхностях сил трения ф тр приводит при осадке цилиндрической заготовки к бочкообразности поковки, т.е. появлению максимального D max и минимального D min диаметров. Ковка является рациональной и экономически выгодной в условиях единичного и мелкосерийного производства. Поковки небольшой массы получают на ковочных молотах, крупные -- на гидравлических ковочных прессах. В отличие от крупных заготовок, полученных литьем и сваркой, кованые заготовки обладают более высокими механическими свойствами и предназначаются поэтому для изготовления деталей ответственного назначения.

Горячая объёмная штамповка

Объемная штамповка-- придание заготовке заданной формы и размеров путем принудительного заполнения материалом рабочей полости штампа, называемой ручьем. Различают горячую и холодную объемную штамповку.

Горячая объемная штамповка, применяющаяся в машиностроении шире, чем холодная, по сравнению с ковкой обладает рядом преимуществ: позволяет получать более сложные по форме и более точные, с меньшими припусками и допусками поковки с лучшим качеством поверхности; ее производительность значительно превышает производительность ковки; уменьшаются объем последующей обработки резанием и соответственно расход металла.

К недостаткам горячей объемной штамповки относятся:

относительно небольшая масса поковок, обычно не превышающая 50 кг и только в отдельных случаях достигающая 0,2--3 т;

значительно большие по сравнению с ковкой усилия;

высокая стоимость штампа и пригодность его для изготовления поковки только одного вида.

В связи с этим горячая объемная штамповка наиболее эффективна при массовом и крупносерийном изготовлении поковок.

Рис. 1.5. Схемы горячей объемной штамповки

Различают горячую объемную штамповку с облоем в открытых (рис. 1.5, а) и безоблойную штамповку -- в закрытых (рис. 1.5, б) штампах. Открытым называют состоящий из половин 1 и 5 штамп, у которого вдоль внешнего контура штамповочного ручья имеется облойная канавка 4, выполненная в виде углубления небольшой высоты. При штамповке в магазин облойной канавки 4 вытекает избыточный металл заготовки, который образует на поковке облой, компенсирующий неточность объема исходной заготовки.

Большое сопротивление течению металла, создающегося в конце штамповки мостиком 2 облойной канавки, имеющим вид узкой шели, и быстрое охлаждение относительно тонкого облоя способствуют лучшему заполнению ручья 3 штампа. Облой после штамповки удаляют на кривошипных, а с крупных поковок -- на гидравлических прессах в обрезных штампах.

Закрытым называют состояший из двух половин 1 и 5 штамп, в котором металл деформируется в замкнутом пространстве ручья 3 без образования облоя. При безоблойной штамповке поковки получаются с более благоприятной структурой, так как в процессе образования поковки в полости штампа волокна заготовки "обтекают" ее контур. Однако для такой штамповки требуются точные по массе заготовки.

Для горячей объемной штамповки используют штамповочные молоты, прессы, горизонтально-ковочные машины и другое оборудование.

Серый чугун. Свойства, марки и области применения

Наиболее широкое распространение в литейном производстве получил сплав железа с углеродом и кремнием, известный под названием серого чугуна. Этот чугун имеет хорошие литейные свойства, значительно дешевле других сплавов и достаточно прочный.

Серый чугун широко применяют в машиностроении, так как он дешев, хорошо обрабатывается, обладает высокими литейными и механическими свойствами. Однако он имеет низкую вязкость, и поэтому отлитые из чугуна детали не должны подвергаться ударному воздействию.

Механическая прочность серого чугуна зависит от формы, величины и распределения графитовых включений, а также от прочности основной металлической массы - структуры.

В расплавленном чугуне углерод находится в растворенном состоянии и равномерно распределяется по всей массе расплава. В твердом чугуне углерод может находиться в виде химического соединения с железом (карбида железа), называемого цементитом. При медленном охлаждении расплавленного чугуна часть углерода выделяется в виде пластинок графита (рис. 3), что придает излому отливок серый цвет. Пластинки графита, вкрапленные в металлическую основу, бывают различными по величине и форме. Нарушая сплошность основы, включения графита делают чугун сравнительно хрупким и снижают его механические свойства. Чем крупнее включения графита, тем ниже прочность чугуна. Структура металлической основы серого чугуна может состоять из феррита и перлита.

Феррит представляет собой почти чистое железо, содержащее незначительное количество углерода; он обладает низкой твердостью и прочностью, но отличается, высокой вязкостью.

Перлит представляет собой смесь цементита (в виде тонких пластинок или округлых зерен) и феррита. В перлите содержится 0,7-0,8% связанного углерода. Перлит имеет достаточно высокую твердость. Чугуны, имеющие перлитную структуру, обладают высокими механическими свойствами.

Кремний способствует выделению графита в чугуне (способствует графитизации чугуна), улучшает его литейные свойства и понижает твердость.

Марганец препятствует выделению углерода в виде графита (графитизации), увеличивает прочность чугуна, способствует образованию цементита (отбелу), часть его соединяется с серой. При содержании марганца более 1,2% увеличивается усадка чугуна и повышается его хрупкость.

Фосфор увеличивает жидкотекучесть чугуна и повышает его хрупкость. При художественном литье применяют чугуны с высоким содержанием фосфора. Для высокопрочных отливок, подвергающихся ударам, содержание фосфора должно быть не выше 0,15%.

Сера тормозит выделение графита, увеличивает усадку и хрупкость чугуна. Сернистые соединения, образующиеся при плавке, частично уходят в шлак и частично остаются в металле в виде отдельных включений.

Серые чугуны по структуре бывают ферритные, перлитно-ферритные и перлитные.

Ферритиый серый чугун состоит из очень вязкой основы - феррита и крупных пластинок графита, что обусловливает его низкую прочность. Такой чугун применяют для производства неответственных отливок.

Перлитно-ферритный серый чугун состоит из перлита, феррита и графита. Такой чугун обладает довольно высокой прочностью, меньшей стоимостью по сравнению с перлитным чугуном и поэтому широко применяется в машиностроении.

Перлитный серый чугун обладает высокой прочностью, умеренной твердостью и хорошей обрабатываемостью резцом. Высокая прочность этого чугуна объясняется присутствием в его структуре перлита и мелких пластинок графита. Вязкость и хорошая обрабатываемость получаются вследствие того, что цементит находится не в свободном состоянии, а в сочетании с вязким ферритом, входящим в состав перлита. Так как перлитный чугун дорог, то идет только на получение ответственных литых деталей машин и станков.

Классификация чугунов по микроструктуре и методы ее определения приведены в ГОСТ 3443-77. Качество чугунных отливок определяют по механическим свойствам (табл. 1).

Большое распространение имеют высокопрочные чугуны, получающиеся за счет малых добавок магния, церия, силикокальция и других присадок, резко изменяющих структуру и прочностные свойства чугуна. Такие чугуны сочетают в себе высокопрочную перлитную и. очень вязкую ферритную основу и наиболее выгодную (шаровидную) форму графита, что обусловливает высокие показатели их механических свойств. Использование высокопрочного чугуна для получения ответственных отливок еще больше расширило область применения чугунов в машиностроении.



Механические свойства серого чугуна для отливок (ГОСТ 1412-70)

Марка чугуна	Предел прочности при растяжении, кгс/мм2, не менее	Предел прочности при изгибе, кгс/мм2, не менее	Стрела прогиба, мм, при расстоянии между опорами, мм	Твердость по Бринеллю, НВ
			600	300
СЧ 00	Испытания не производятся
СЧ 12-28	12	28	6	2,0	143-229
СЧ 15-32	15	32	8	2,5	163-229
СЧ 18-36	18	36			170-229
СЧ 21-40	21	40	9	3,0	170-241
СЧ 24-44	24	44			170-241
СЧ 28-48	28	48			170-241
СЧ 32-52	32	52			187-255
СЧ 35-56	35	56			197-269
СЧ 38-60	38	60	10	3,5	207-269



Список литературы

1. http://delta-grup.ru/bibliot/

2. https://ru.wikipedia.org/wiki

3. Изготовление штампов, пресс-форм и приспособлений.

4. Литейные формы и их сборка

5. Технология тяжелого машиностроения.

Размещено на Allbest.ru