Зварювання бронзи

Зварені з'єднання марганцевої бронзи (0,2 - 1 % — марганцю) відрізняються високою пластичністю і міцністю, що трохи перевищує міцність зварених з'єднань міді.

Берилієві бронзи, що містять до 0,05% бериллія, утворять зварені з'єднання з задовільною міцністю.

Вміст більш 0,5% берилію в мідному сплаві приводить при зварюванні до окислювання берилію; оксиди, що утворилися, із роботою віддаляються із зварювальної ванни. Тому якість зварених з'єднань з таких бронз невисоке.

Існує кілька десятків марок бронз. По зварюваності бронзи значно відрізняються друг від друга, тому і технологія зварювання бронз різноманітна.

Зварювання бронзи можна виконувати вугільним електродом із присадочним металом, покритими електродами, що не плавиться (вольфрамовим) електродом в аргоні, плазмовою дугою й ін.

Звичайно присадочний матеріал підбирають близьким до хімічного складу металу, що зварюється.

Зварювання марганцевої бронзи (наприклад, марки Бр Мц6) виконують електродами марки ДО-100, обов'язково з попереднім підігрівом до 400 — 500 °С. Для зварювання алюмінієвих і алюмінієво-нікелевих бронз (виправлення дефектів лиття) можна застосовувати електроди марки АНМц/ЛКЗ-АБ з попереднім підігрівом до 150-300 °С. Зварювання виконують при постійному струмі при зворотній полярності.

Як правило, бронзи зварюють у нижнім або похилому (до 15°) положенні.

Газове зварювання бронз ведеться відбудовним полум'ям, тому що при окисному полум'ї відбувається вигоряння легуючих елементів (олова, алюмінію, кремнію). Потужність полум'я встановлюють 100-150 дм³ ацетилену/год на 1 мм товщини металу, що зварюється. При зварюванні користуються тими ж флюсами, що і для зварювання міді і латуні.

Газове зварювання бронз дає міцність зварних з'єднань, рівну 80—100% міцності металу, що зварюється.

2 Зварювання алюмінію та його сплавів

2.1 Зварюваність алюмінію і його сплавів

Термічно зміцнені алюмінієві сплави розміцнюються при зварюванні. Алюміній і його сплави мають велику теплопровідність, теплоємність і сховану теплоту плавлення. Теплопровідність алюмінію в три рази вище теплопровідності низьковуглецевої сталі; при нагріванні від 20 до 600 ⁰С різниця в теплопровідності ще більш зростає. Отже, зварювання алюмінію і його сплавів повинні виконуватися з відносно могутнім і концентрованим джерелом нагрівання.

Коефіцієнт лінійного розширення алюмінію в два рази вище, ніж коефіцієнт розширення заліза. Це сприяє збільшеним деформаціям і коробленню при зварюванні алюмінієвих виробів.

Низька питома густина (2,7 г/см³) і температура плавлення (660 °С) алюмінію в порівнянні з високою питомою густиною оксиду алюмінію А1₂О₃ (3,85 г/см³) і його температурою плавлення (2050 °С) ускладнюють процес зварювання. Тугоплавкий і важкий оксид може залишатися в металі і знижувати працездатність зварного з'єднання. При зварюванні алюмінію і його сплавів необхідно застосовувати різні способи боротьби з оксидом А1₂О₃. В усіх випадках поверхня металу виробу повинна зачищатися безпосередньо перед зварюванням, а процес зварювання повинен протікати з захистом розплавленого металу від дії газів повітря.

Використовують два способи боротьби з оксидом алюмінію: зварювання з розчинником оксидів (електродні покриття, флюси), зварювання без розчинників.

Розчинниками оксиду А1₂О₃ та інших оксидів є галогенні солі лужноземельних металів (хлористий, фтористий літій і ін.), що розчиняють оксиди і разом з ними піднімаються зі зварювальної ванни в зварювальний шлак. Оскільки розчин має знижену температуру плавлення, меншою питомою щільністю і меншою в'язкістю, ніж кожен компонент окремо, то він виводиться з металу шва в зварювальний шлак.

Алюмінієві сплави мають підвищену схильність до утворення пор. Пористість металу при зварюванні алюмінію і його сплавів викликається воднем, джерелом якого служить адсорбована волога на поверхні основного металу й особливо зварювального дроту, а також повітря, підсмоктуваєме у зварювальну ванну. У цьому випадку алюміній у зварювальній ванні взаємодіє з вологою по реакції: 2А1 + ЗН₂О А1₂О₃ + 6Н.

Для одержання безпористих швів при зварюванні алюмінію та його сплавів навіть невеликої товщини іноді потрібен підігрів, що знижує швидкість охолодження зварювальної ванни і сприятливий більш повному видаленню водню з металу при повільному охолодженні. Наприклад, при наплавленні на лист алюмінію товщиною 8 мм безпористий шов можна одержати при підігріві металу до 150⁰С. При збільшенні товщини металу до 16 мм навіть підігрів до температури 300⁰С не забезпечує безпористих швів.

Однак підігрів листів для зварювання деяких сплавів варто застосовувати обережно. Наприклад, при зварюванні товстолистових алюмінієво-магнієвих сплавів допускається підігрів до температури не вище 100-150 ⁰С. Більш висока температура підігріву може підсилити пористість шва за рахунок виділення з твердого розчину магнію й утворення при цьому водню по реакції:

Мg + Н₂О МgО + 2Н

Крім того, при зварюванні підігрітого металу (алюмінієво-магнієвих сплавів) знижуються механічні властивості зварених з'єднань.

При аргонодуговому зварюванню алюмінію і його сплавів боротьбу з порами ведуть за допомогою окисної атмосфери. Найкращі результати виходять при добавленні до аргону 1,5% кисню. Окисна атмосфера в районі поверхні зварювальної ванни не дає водневі розчинятися в металі, тому що водень буде знаходитися насамперед в окисленому стані і пори у швах не утворяться.

2.2 Види зварювання алюмінію і його сплавів

Деталі з алюмінію і його сплавів можна з'єднувати як зварюванням плавленням, так і зварюванням тиском. Широке поширення одержали наступні види зварювання: ручне або механізоване дугове зварювання електродом, що не плавиться, у захисному інертному газі (в основному в аргоні); механізоване дугове зварювання металевим електродом, що плавиться, у захисному газі; автоматичне дугове зварювання зварювальним дротом, що плавиться, по шарі дозованого флюсу; стикове або точкове контактне зварювання й ін.

Склад флюсів і покриттів для зварювання алюмінію і його сплавів.Ручне зварювання алюмінію дугою або газовим полум'ям виконують з підігрівом листів від 100 до 400 ⁰С; чим товстіша деталь, тим вище температура підігріву. Для зварювання використовують флюс, найчастіше марки АФ-4а, що містить 50% хлористого калію, 14% хлористого літію, 8% фтористого натрію та 28% хлористого натрію.

Склади електродних покриттів можуть бути наступні: покриття 1 — 65 % флюсу АФ-4а і 35 % кріоліту і покриття II — 50 % хлористого калію, 30 % хлористого натрію і 20% кріоліту Na₃А1F₆.

Підбір присадочного електродного металу.ДСТ 7871—75 передбачає для зварювання алюмінію і його сплавів дроти 14 марок: з технічного алюмінію (Св-А97, Св-А85Т, Св-А5), алюминієво-марганцеву (Св-аМц), алюминієво-магнієву (Св-аМг3, Св-аМг4, Св-аМг5, Св-1557, Св-аМгб, Св-аМг63, Св-аМг61), алюмінієво-кремнієву (Св-АК5, Св-АК10) і алюминієво-мідну (Св-1201).

Звичайно зварювальний дріт підбирають з умови однорідності з основним металом або з трохи підвищеним вмістом одного або декількох елементів проти основного металу з урахуванням неминучого збідніння металу шва деякими елементами (Мg, Zn) при зварюванні.

2.3 Технологія зварювання

Для дугового зварювання алюмінію застосовують покриті електроди марки ОЗА-1 зі стрижнем з алюмінієвого дроту.

Зварювання цими електродами виробляється в нижнім і вертикальному положеннях постійним струмом зворотної полярності, короткою дугою без поперечних коливань. При діаметрі електрода 4 мм струм береться 120-140 А, для інших діаметрів — вище. Зварювання здійснюють з підігрівом виробу до температури 200-250 °С при товщині металу 6 - 10мм, 300-350°С при 10-16 мм. Електроди перед використанням (за кілька хвилин) просушують при температурі 200 °С на протязі 2 год. Після зварювання зварювальний шлак негайно видаляють сталевою щіткою з промиванням гарячою водою.

Для заварки ливарних пороків у виробах застосовують покриті алюмінієві електроди марки ОЗА-2.

Форма підготовки крайок під зварювання алюмінієвих сплавів подібна підготовці при зварюванні сталей. Шви по можливості виконуються однопрохідними і на великих швидкостях.

Зварювання вугільним електродом виконується на постійному струмі прямої полярності. Зварювання більш товстих аркушів вимагає оброблення крайок і застосування присадки. Бажане застосування масивних мідних або сталевих підкладок під листи, що зварюються. Можна використовувати флюс марки АФ-4а або флюс наступного складу: 45% хлористого калію, 15% хлористого літію, 30% хлористого натрію, 7 % фтористого калію і 3 % сірчанокислого натрію.

Газове зварювання алюмінію та його сплавів забезпечує задовільну якість зварних з'єднань. Потужність газового полум'я при зварюванні підбирається в залежності від товщини металу, що зварюється.

При газовому зварюванні алюмінію та його сплавів застосовують флюси. Флюс АФ-4а розводять дистильованою водою і наносять на крайки, що зварюються. При зварюванні застосовують присадочний дріт тієї ж марки, що і метал, що зварюється.

3 Зварювання титанових сплавів

При питомій густині в 4,5 г/см³ титан і його сплави мають тимчасовий опір розривові (45 150) • 10⁷ Па. Заміна сталі титаном зменшує масу виробів на 20 - 30%.

Титан має також високу антикорозійну стійкість. Для зварних виробів використовується технічний титан марок ВТ 1-00, ВТ 1-0, ВТ-1 і його сплави з алюмінієм, хромом, молібденом, оловом, ванадієм, марганцем, церієм марок ВТ5, ВТ5-1, ВТ6, ВТ8, ВТ 14 і ін.

Титан більш активний у порівнянні з алюмінієм до поглинання кисню, азоту і водню в процесі нагрівання. Тому при зварюванні технічного титана необхідний особливо надійний захист від цих газів. Такий захист здійснюється при дуговому зварюванні в інертному газі, а також при використанні флюсу-пасти, наносимої на крайки, що зварюються. Інститут електрозварювання ім. Е. О. Патона розробив серію спеціальних флюсів-паст (від АН-ТА до АН-Т17А), що по складу є безкисневими фторидно-хлоридними. Дугове зварювання титана і його сплавів покритими електродами, вугільною дугою, а також газовим полум'ям не застосовується. Останніми видами зварювання не можна забезпечити високу якість зварених з'єднань через занадто велику активність титана до кисню, азоту і водню.

Технічний титан з'єднують аргоно-дуговим, дуговим під флюсом і деякими видами зварювання тиском.

4 Зварювання магнієвих сплавів

Магній має велику спорідненість до кисню, ніж титан. Магній, з'єднуючись з киснем, утворить тугоплавкий і важкий оксид магнію. Температури плавлення магнію й оксиду магнію відповідно рівні 651 і 2150°С, питома густина — відповідно 1,74 і 3,2 г/см³. Густина магнієвих сплавів близько 1,8 г/см³. Тимчасовий опір сплавів при розтяганні складає (21 34)10⁵ Па.

Магнієві сплави зварюють вольфрамовим електродом в аргоні. Газове зварювання, дугове зварювання покритими електродами і вугільним електродом застосовуються рідко. Аргонодугове зварювання рекомендується застосовувати для магнієвих сплавів. Газове зварювання можна застосовувати тільки для сплавів марок МА1, МА2, МА8, МЛ2, МЛ5 і МЛ7 і лише з застосуванням флюсу з фтористих солей. Найкращим флюсом вважають флюс марки ВФ-156 (33,3% фтористого барію, 24,8% фтористого магнію, 19,5% фтористого літію, 14,8% фтористого кальцію, 4,8 натрієві кріоліти, 2,8 % оксиду магнію).

Питання для самоперевірки

1. Які основні перешкоди виникають при зварюванні кольорових металів і сплавів звичайними методами?

2. Пояснити технологічний процес зварювання алюмінію?

3. Як відбувається технологічний процес зварювання латуні, бронзи?

4. Які матеріали використовуються при зварюванні кольорових металів?

5. Як здійснюється зварювання магнієвих сплавів?

Список використаних джерел:

1. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. -Л.: Машиностроение 1987 г.-363с., ил.

2. Технология металлов и материаловедение. Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф., Третьяков А. В. И др. - М.: Металлургия, 1987 г. - 800 с., ил

3. Хільчевський Б. В., Кондратюк С. Є., Степаненко В. О. Матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів. Навч. посібник. – К.: Либідь, 2002. -328 с.

СРС № 13

Тема: Принципи обробки металів тиском

Мета: пояснити принципобробки металів тиском, розглянути процеси, що відбуваються при цьому, фактори, які впливають на пластичність металу, сформувати вміння виділяти головне в отриманій інформації, робити висновки

План

1 Суть та особливості обробки металів тиском

2 Фактори, що впливають на пластичність металу

3 Холодна та гаряча обробка металів тиском

3.1 Зміцнення та рекристалізація металів

3.2 Холодна та гаряча деформації

4 Вплив обробки тиском на структуру та механічні властивості металів та сплавів

1 Суть та особливості обробки металів тиском

Обробка металів тиском базується на використанні однієї з основних властивостей металів — пластичності. Вона проявляється, в незворотній змінній формі та розмірів тіла під дією зовнішніх; сил без порушення його цілісності, яке супроводжується зміною структури та механічних властивостей металу.

Рисунок 1 – Схема ковзання (а) і зміни мікроструктури металу при його деформуванні (б,в,г)

Пластична деформація полягає в переміщенні одних атомів відносно інших на відстані, більші міжатомних в одній кристалографічній площині. При зміщенні атомів без зміни відстаней між

кристалографічними площинами силова взаємодія атомів не зникає, деформація відбувається без порушення суцільності тіла за рахунок ковзання зсуву однієї частини кристалу відносно іншої. Але цей зсув відбувається не при одночасному зміщенні атомів, а поступовим переміщенням мікро-стрибками вздовж площини ковзання порушень (дефектів) кристалічної будови. При одночасному зсуві частин кристалів потрібні були б напруження в тисячі разів більші, ніж ті, що спостерігаються при деформації реальних металів.

При пластичній деформації, на відміну від пружної, відсутня лінійна залежність між напругами та деформаціями.

При обробці тиском виготовлення заготовок та деталей дося­гається пластичним переміщенням часток металу. В цьому основ­на відмінність і перевага обробки тиском порівняно з обробкою різанням, при якій форма виробів досягається вилученням частини заготовки. Завдяки цьому обробка тиском відзначається малими відходами металу. Разом з тим вона є високопродуктивним про­цесом, оскільки зміна розмірів та форми заготовок досягається одноразовим прикладанням зовнішнього зусилля. Ці особливості зумовлюють зростання ролі обробки тиском в машинобудуванні. Такій обробці піддається близько 90 % сталі і більше 50 % кольо­рових металів.

2 Фактори, що впливають на пластичність металу

1. Вплив складу. Найбільшу пластичність мають чисті мета­ли. Сплави — тверді розчини більш пластичні, ніж сплави, що утворюють хімічні сполуки. Компоненти сплавів впливають також на їх пластичність. З підвищенням вмісту вуглецю пластич­ність сталі зменшується. Сталі, що містять понад 1,5 % вуглецю, майже не піддаються куванню. Кремній знижує пластичність ста­лі, тому киплячу мало-вуглецеву сталь (08кп, 10кп) з малим вміс­том кремнію застосовують при виготовленні деталей холодним штампуванням глибоким витягуванням.

У легованих сталях хром і вольфрам зменшують, а нікель та ванадій підвищують пластичність сталі. Сірка з залізом утворює сульфід (FeS), що у вигляді евтектики розміщується на границях зерен і при нагріванні до 1000 °С розплавляється. Внаслідок цього, зв'язок між зернами порушується, і сталь стає крихкою. Таке яви­ще має назву червоноламкості. Марганець, утворюючи тугоплавку сполуку MnS, нейтралізує шкідливу дію сірки. Фосфор збільшує, міцність, твердість сталі, але зменшує, особливо при низьких тем­пературах, пластичність та ударну· в'язкість, викликаючи холодно­ламкість сталі.

2. Вплив температури. З підвищенням температури нагріву, пластичність металів зростає, а міцність зменшується. Але у вуглецевих сталей при температурах 100...400 °С пластичність знижується, а міцність підвищується. Цей інтервал температур має назву зони крихкості, або синьоламкості сталі, що пояснюється появою найдрібніших часток карбідів по площинах зсуву при деформації.

Рисунок – 2 Схеми головних напруг та деформацій

3. Швидкість деформації — зміна ступеня деформації ε за одиницю часу dе/dt. (Від швидкості деформації слід відрізняти швидкість деформування, що дорівнює швидкості переміщення деформуючого інструмента).

Механічні властивості металів визначаються при швидкостях деформування до 10 мм/с. Обробку тиском на пресах та кувальних машинах проводять при швидкостях робочих органів 0,1... 0,5 м/с, а на молотах в момент удару вони досягають 5... 10 м/с. Ще більші швидкості виникають при штампуванні на високошвидкісних молотах (20....30 м/с), штампуванні вибухом та електромаг­нітному.

З підвищенням швидкості деформації межа міцності зростає, а пластичність зменшується. Особливо різко зменшується пластичність деяких високолегованих сталей, магнієвих та мідних сплавів. При обробці тиском нагрітого металу це можна пояснити впливом двох протилежних процесів: зміцненням при деформації та зміцнюванням внаслідок рекристалізації. При великих швидкостях деформації знеміцнювання може відставати від зміцнення.

4. Напружений стан в малому елементарному об'ємі визначають схемою головних напруг. Головні напруги — це нормальній напрузі, що діють в трьох взаємно перпендикулярних площинах, на яких дотичні напруги дорівнюють нулю, на рисунку 2, а, б, в, г на ведені схеми головних напруг, які найчастіше зустрічаються при обробці тиском.

Деформований стан визначається схемою головних деформацій, тобто деформацій у напрямах, перпендикулярних до площин, на яких відсутні дотичні напруги (рисунку 2, д, е, є).

3 Холодна та гаряча обробка металів тиском

3.1 Зміцнення та рекристалізація металів

При деформації ме­талів підвищується щільність дефектів кристалічної будови та зростає опір їх переміщенню. З підвищенням ступеня деформації; межі міцності і текучості, а також твердість зростають, а пластич­ність і в'язкість зменшуються; зростають залишкові напруги. Зміц­нення металів при пластичній деформації називається наклепом. Внаслідок зміцнення пластичні властивості металів можуть погіршитись настільки, що подальша деформація викличе руйну­вання.

При зміцненні метал переходить до термодинамічне несталого стану з підвищеним рівнем внутрішньої енергії. Тому він намагається самочинно перейти до більш сталого стану. При нагріванні зміцненого металу до температури, що становить 0,2...0,3 від температури плавлення Т_Пл: (поверненні) частково зменшуються спо­творення кристалічної решітки та внутрішні напруги без суттєвої зміни мікроструктури та властивостей деформованого металу.

При нагріванні деформованих металів вище 0,4 Т_пл утворюються нові рівноважні зерна, і властивості металу відновлюються до їх вихідних значень перед деформацією. Процес утворення нових центрів кристалізації та нових рівноважних зерен у деформо­ваному металі, що супроводиться зменшенням міцності, зростан­ням пластичності та відновленням інших властивостей, називає­ться рекристалізацією. Найменша температура, при якій починає­ться процес рекристалізації та знеміцнювання металу, є температурою рекристалізації. Розмір зерна після рекристалізації залежить від ступеня та швидкості деформації, а також від температури та тривалості нагрівання.

3.2 Холодна та гаряча деформації

Залежно від температурно-швидкісних умов при деформуванні можуть відбуватись два про­тилежних процеси: зміцнення, що викликане деформацією, та знеміцнення, що обумовлене рекристалізацією. Відповідно розрізняють: холодну та гарячу деформації. Холодне деформування відбувається при температурах, нижчих від температури рекристалізації, і супроводжується зміцненням металу. Гаряче деформування проходить при температурах, вищих від температури рекристалізації. При гарячій деформації відбувається також зміцнення металу (гарячий наклеп), але воно повністю знімається в процесі рекристалізації. Під час рекристалізації пластичність металу вища, а опір деформації приблизно в 10 разів менший, ніж при хо­лодній деформації. Деформація, після якої відбувається тільки часткове знеміцнювання, називається неповною гарячою дефор­мацією.

4 Вплив обробки тиском на структуру та механічні властивості металів та сплавів

1. Зміна структури литого металу при деформуванні. Структу­ра зливків, що є вихідними заготовками при обробці тиском, не­однорідна (див. рисунок 1,б). Основу її складають зерна первинної кристалізації (дендрити) різних розмірів та форми, на границях яких накопичуються домішки та неметалеві включення. В будові зливка мають місце також пори, газові раковини. Високий ступінь (деформації при підвищеній температурі приводить до подрібнення зерен, а також до часткового заварювання пор.

2. Волокнистість. Зерна та міжкристалічні прошарки з підви­щеним вмістом неметалевих включень витягуються у напрямі най­більшої деформації. В результаті структура металу набуває во­локнистої (смугастої) будови (див. рисунок 1, в). Волокнистість впливає на механічні властивості, викликає їх анізотропію. В поперечному напрямі ударна в'язкість на 50.„70 %, відносне звужен­ня— на 40 %, відносне здовження — на 20 % менше, ніж вздовж волокон. Наявність смугастої мікробудови та анізотропії власти­востей у деформованому металі потрібно враховувати при проек­туванні та виготовленні деталей. Треба намагатись отримати в них таке розташування волокон, щоб найбільші розтяжні напруги діяли вздовж, а перерізні зусилля—поперек волокон, щоб вони не перерізувалися при обробці різанням. Бажано, щоб біля по­верхні деталі волокна відповідали її обрису (див. рисунок 1, г). При необхідності підвищити пластичність металу в поперечному напрямі слід зробити обтискування заготовки вздовж волокон.

До основних видів обробки металів тиском належать прокат­ка, пресування, волочіння, кування, об'ємне і листове штампу­вання.

Питання для самоперевірки

1. На чому базується обробка металів тиском?

2. В чому полягає пластична деформація?

3. Які основні переваги обробки металів тиском?

4. Як впливає склад сплаву на його пластичність?

5. Що визначають схемою головних напруг?

6. Що називається наклепом?

7. Які основні види обробки металів тиском вам відомі?

Список використаних джерел:

1. Берлин В.И., Захаров Б.В, Мельниченко П.А. – Транспортное материаловедение. М.: Транспорт, 1982 г.- 358 с.

2. Никифоров В.М. Технология металлов і конструкционные материалы. -Л.: Машиностроение 1987 г.-363с., ил.

3. Технология металлов и материаловедение. Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф., Третьяков А. В. И др. - М.: Металлургия, 1987 г. - 800 с., ил

4. Хільчевський Б. В., Кондратюк С. Є., Степаненко В. О. Матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів. Навч. посібник. – К.: Либідь, 2002. -328 с.

СРС № 14

Тема: Технологія штампування

Мета: пояснити основні технологічні властивості, переваги та недоліки, вимоги до технологічного процесу штампування, сформувати у студента потреби у набутті практичних навичок.

План

1 Суть процесу і види штампування

2 Устаткування для об'ємного штампування

3 Розробка технологічного процесу об'ємного штампування

1 Суть процесу і види штампування

Характеристика процесу. Об'ємне штампування — процес ви­готовлення поковок в штампах, при якому переміщення металу в сторони під час деформування обмежене поверхнями порожнини штампа. Робоча порожнина штампа при стулюванні його складо­вих частин в кінці штампування (рівчак) відповідає конфігурації поковки.

Порівняно з вільним куванням об'ємне штампування має такі переваги: в 50...100 разів вища продуктивність, більші однорід­ність і точність поковок (припуски і допуски в 3...4 рази менші, ніж при куванні), можливість виготовлення поковок складної фор­ми без напусків, висока якість поверхні, сприятливе розташування волокон. На одному штампі залежно від матеріалу і типу поковки можна виготовити 10...25 тис. поковок.

Недоліки об'ємного штампування: складність і дорожнеча штам­пів, обмеженість маси поковок (0,3..100 кг), бо зусилля деформу­вання при штампуванні значно вищі, ніж при куванні. Тому об'єм­не штампування найбільш ефективне в масовому і великосерійному виробництві.

Види штампів і способи штампування. Розрізняють об'ємне штампування у відкритих і закритих штампах.

У відкритих штампах, (рисунок 1, а) між рухомою і нерухомою частинами штампу є зазор — облойна (чи задиркова) канавка, куди витікає надлишковий об'єм металу заготовки. Облой (задир­ка), що утворюється при цьому, потім обрізується.

У закритих, штампах, (рисунок 1, б) деформування металу від­бувається в закритій порожнині. Штампування не супроводиться утворенням облою, і в цьому випадку витрати металу менші, але. висуваються підвищені вимоги до точності об'єму заготовки. Штампування в закритих штампах забезпечує більший ступінь деформа­ції, поліпшення мікроструктури і дає можливість штампувати малопластичні сплави. Закриті штампи можуть бути з однією і двома площинами розніму (рисунок 1, в). Близьким до схеми штам­пування в закритих штампах є штампування видавлюванням (рисунок 1, г). Штампи для гарячого штампування виготовляють з штам­пових сталей 5ХНМ, 4ХЗВМФ, 4Х2В5МФ та ін.

Поковки простої форми штампують в однорівчакових штампах.

Складні поковки з різкими змінами перерізу по довжині виготов­ляють з багаторівчакових штампах з послідовним деформуван­ням заготовки в кількох рівчаках з поступовим наближенням до кінцевої форми поковки.

Рівчаки штампів в багаторівчакових штампах поділяють на заготівельні і штампувальні.

Заготівельні рівчаки призначені для виготовлення фасонної за­готовки для наступного штампування. В них виконують: осадку (на рівній площадці штампа); протягування — видовження части­ни заготовки 3 (рисунок 1, д); підкатку—місцеве збільшення перерізу

Рисунок 1 – Схеми гарячого об’ємного штампування і заготівельних рівчаків

заготовки за рахунок стоншування сусідніх ділянок (рисунок 1, е); пережим — розплющування заготовки; формовку — для надання заготовці форми, наближеної до поковки (рисунок 1, є); згинання (рисунок 1, ж), відрубування при штампуванні з прутка. Штампувальні рівчаки є чорнові (попередні) і чистові (оста­точні). Чорновий рівчак не має канавки для облою і його призна­чення — захистити чистовий рівчак від зношування. Форма чорно­вого рівчака така ж, як у чистового, але з більшими радіусами за­округлень і штампувальними уклонами. Чистовий рівчак є точним відображенням поковки, але з розмірами, більшими, на величину усадки при остиганні (близько 1,5%). По периметру чистового рівчака розміщується канавка для облою. Вона складається з вузького містка (рисунок 1, а) і магазина 2. Призначення містка перешкодити вільному витісненню металу з рівчака, щоб і створити в порожнині штампа високий тиск і полегшити обрізування облою.

2 Устаткування для об'ємного штампування

Гаряче об'ємне штампування виконують на штампувальних мо­лотах, пресах, горизонтально-кувальних машинах і спеціальних ма­шинах вузького призначення.

Штампувальні молоти застосовуються для штампування по­ковок різноманітної форми переважно в багаторівчакових відкри­тих штампах.

Рисунок 2 – Пароповітряний штампувальний молот (а) та схема кривошипного гаряче штампувального пресу (б)

Основним типом штампувальних молотів є параповітряні штампувальні молоти з масою падаючих частин 630...25000 кг. За принци­пом дії вони подібні до пароповітряних кувальних молотів, але за­безпечують більшу точність переміщення частин штампів. З цією метою станина 4 (рисунок 2, а) і шабот 2 мають загальний фунда­мент, а маса шаботу в 20...30 разів переважає масу падаючих час­тин. Стояки станини 4 розміщені безпосередньо на шаботі і з'єд­нані з ним за допомогою болтів з пружинами. Баба 5 з закріпленою на ній верхньою частиною штампа переміщується по встановлених на стояках напрямних 3, які мають пристрій для регулювання за­зору.

Штампувальні молоти мають педально-автоматичне керування. Якщо педаль 9 не натиснута, баба здійснює зворотно-поступальний рух, витримуючи зазор між частинами штампа 200...300 мм. Це хо­лоста робота молота, що забезпечується шаблевидним важелем 8, поворот якого визначається положенням баби і який через золот­никовий пристрій 7 керує подачею пари в робочий циліндр 6. При натисненні на педаль 9 зростає розмах коливань баби, і верхня половина штампа б'є по заготовці.

Застосовуються також молоти гідравлічні, фрикційні з дошкою, безшаботні пароповітряні. Штампування поковок на молотах здійс­нюється, як правило, за 3...5 ударів. В кінці останнього удару обид­ві частини штампа стикуються по площині рознімання. Середня ма­са поковок при масі падаючих частин 1000 кг становить 0,5...2 кг, при 10000кг —40...100 кг.

Штампувальні преси. Для об'ємного штампування застосовують гвинтові фрикційні, гідравлічні і кривошипні гаряче штампувальні преси.

Гвинтові фрикційні преси зусиллям до 6,ЗМН використовують для штампування у відкритих і закритих, штампах невеликих поковок (до 20 кг) і використовуються в малосерійному виробництві.

Гідравлічні преси для штампування аналогічні кувальним гідравлічним пресам, але більш жорсткої конструкції і мають виштовхувачі для видалення поковок із штампа. Ці преси з зусиллям до 750 МН застосовують для штампування великих поковок у відкритих і закритих штампах з однією і двома площинами рознімання.

Кривошипні гарячештампувальні преси (КГШП) з зусиллям 6,3...100 МН застосовують для виготовлення поковок різноманітної форми з сортового або періодичного прокату у відкритих і закритих штампах, а також видавлюванням. На рисунку 2, б наведено схему КГШП. Від електродвигуна клинопасовою передачею рух передається великому зубчастому колесу 2, яке вільно обертається на колінчастому валу 4.

За допомогою фрикційної дискової муфти З зубчасте колесо 2 з'єднується з валом 4, який передає рух шату­ну 5. Останній перетворює обертовий рух вала 4 у зворотно-посту­пальний рух повзуна 7. Для зупинки колінчастого вала у верхньому, положенні після виключення муфти використовується гальмо 6. До повзуна 7 і столу 14 преса кріпляться відповідно верхня 10 і ниж­ня 13 плити штампа з рівчаковими вставками 11 і 12. Суміщення верхньої і нижньої частини штампа забезпечується напрямними колонками 9. Якщо повзун 7 піднімається вгору, виштовхувачі 8 виштовхують поковку з рівчака.

На КГШП деформування металу в кожному рівчаку відбува­ється за один хід повзуна. Значне число ходів за хвилину (35...90) забезпечує високу продуктивність преса. Незмінність хо­ду повзуна і застосування штампів з напрямними колон­ками дає можливість досягти.високої точності поковок, а на­явність виштовхувачів дає змо­гу зменшити штампувальні ук­лони. До недоліків КГШП на­лежать: необхідність точного визначення маси заготовок, ви­мога відсутності окалини на заготовках, неможливість за­стосовувати протягувальний і підкатний рівчаки; вартість їх в 3...4 рази вища, ніж молотів.

3 Розробка технологічного процесу об'ємного штампування

Технологічна підготовка виробництва штампованих поковок включає, такі етапи: складання креслення поковки, розробку техно­логічного процесу, конструювання і виготовлення штампа. Техно­логічний процес об'ємного штампування складається з таких опе­рацій: виготовлення вихідних заготовок, нагрівання заготовок, штампування поковок, обрізування облою, обробка поковок.

Конструювання поковки. Форму і розміри поковки (рисунок 3, а) визначають за кресленням деталі (рисунок 3, б) з урахуванням припусків на механічну обробку.

Рисунок 3 – Креслення деталі і поковки для неї

Виготовлення вихідної заготовки. Об'єм і масу вихідної за­готовки визначають за кресленням поковки з урахуванням зовнішнього і внутрішнього облою, кліщовини (для захвату заготовки клі­щами при штампуванні), угару. Поковки простої форми одержу­ють, з круглого або квадратного сортового прокату. Розрізують прокат на мірні заготовки кривошипними прес-ножицями, дискови­ми пилами, газовим різанням.

При штампуванні складних поковок доцільно застосовувати фа­сонні заготовки, форма яких наближена до поковки, їх виготовля­ють куванням на молотах і кувальних вальцях, але найбільш ефек­тивним є застосування періодичного прокату, що дає змогу заоща­дити 15% металу і на 30% зменшити трудомісткість виготовлення поковок.

Вибір устаткування і методу штампування здійснюють залеж­но від форми і розмірів поковки, властивостей матеріалу, кілько­сті деталей та інших факторів.

Потрібну масу падаючих частин G (кг) штампувальних паро­повітряних молотів визначають залежно від площі горизонтальної проекції поковки F (см²) за формулою G=5F.

Зусилля преса чи ГКМ для штампування Ρ також визначають за площею проекції поковки на площину рознімання штампа (м²): P=kFσ (H), де k = 6,4...7,3 — для преса і k=1,5...4 — для ГКМ; σ—межа міцності металу при температурі штампуван­ня, ΜΠΑ.

Залежно від характеру деформування, форми головної осі, поло­ження площини рознімання, поперечного перерізу поковки поділя­ються на групи. Для кожної групи рекомендується свій метод штам­пування і вибір переходів.

Однорівчакове штампування застосовують для виготовлення ве­ликих поковок на молотах і пресах за одне нагрівання. Багаторівчакове штампування виконують на молотах також на одне нагрі­вання.

Рисунок 4 - Штампування шатуна в багаторівчаковому молотовому штампі

На рисунку 4 показані загальний вигляд нижньої половини штампа і схема.штампування шатуна автомобіля 9 на молоті. Ви­гідна заготовка 5 квадратного перерізу на дві поковки після нагрі­вання протягується в рівчаку 4. Далі за кілька ударів (з кантуванням на 90° після кожного удару) її підкатують в підкатному рівчаку і, надаючи наближену до готової поковки форму 6, отри­мують фасонну заготовку. Штампуванням фасонної заготовки по­слідовно в чорновому 5 і чистовому 2 штампувальних рівчаках одержують поковку з облоєм 7. Потім в такій же послідовності штампують другу поковку 5. На спеціальному обрізному штампі, проштовхуючи поковку крізь отвір матриці, обрізують облой.

Штампування двох шатунів відбувається за 40 ударів молота за­гальною тривалістю 25...30 с.

Рисунок 5 – Послідовність переходів при штампуванні на пресі

На рисунку 5 показана послідовність переходів при штампуван­ні на пресі колінчастого вала і поворотного кулака автомобіля. Колінчастий вал штампується з круглого прокату І в двохрівчаковому штампі. В першому рівчаку виконується згинання заготов­ки 2, а у другому—чистове штампування. 3. Штампування видавлюванням поворотного кулака з циліндричної заготовки 4 викону­ється за три переходи 5, 6,7.

Обробка поковок включає виправлення, термообробку, очи­щення від окалини

Виправлення виконують для усунення викривлення осі та спо­творення поперечних перерізів поковок. Воно здійснюється в нагрі­тому і холодному стані в чистових рівчаках штампів або в правиль­них штампах.

Метою термообробки поковок (найчастіше відпалювання і нор­малізація) є усунення залишкових напружень після штампування · і поліпшення оброблюваності різанням.

Очищення від окалини виконують у обертових барабанах, на дробометальних апаратах та травленням у 15...18 % розчині сірчаної кислоти, нагрітої до 60 °С.

Питання для самоперевірки

1. Що називається об'ємним штампуванням?

2. Які переваги порівняно з вільним куванням має об'ємне штампування?

3. На чому виконують гаряче об'ємне штампування?

4. Яка технологічна послідовність процесу штампування?

5. Пояснити будову гідравлічних пресів для штампування?

6. Що таке поковка?

Список використаних джерел:

1. Берлин В.И., Захаров Б.В, Мельниченко П.А. – Транспортное материаловедение. М.: Транспорт, 1982 г.- 358 с.

2. Никифоров В.М. Технология металлов і конструкционные материалы. -Л.: Машиностроение 1987 г.-363с., ил.

3. Технология металлов и материаловедение. Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф., Третьяков А. В. И др. - М.: Металлургия, 1987 г. - 800 с., ил

СРС № 15

Тема: Ливарне виробництво, види лиття

Мета: ознайомити студентів з будовою, принципом роботи ливарного обладнання, класифікацією способів лиття, сформувати активність, виробити навички самостійного вибору правильного варіанта використання основних видів ливарного виробництва

План