- •Введение
- •1. Краткие теоретические сведения об обработке материалов резанием
- •1.1. Усадка стружки, относительный сдвиг и деформации в зоне стружкообразования с параллельными границами
- •1.2. Силы резания
- •1.3. Предел текучести в зоне стружкообразования и температура деформации при резании
- •Для решения уравнения (1.40) воспользуемся заменой переменной:
- •Интегрируя уравнение (1.40), получаем функцию, описывающую влияние истинного сдвига p на удельную работу деформации aw и на предел текучести
- •1.4. Температуры передней и задних поверхностей инструмента
- •1.5. Определение допускаемых скоростей резания
- •2. Краткие теоретические сведения об обработке металлов давлением
- •2.1. Термомеханические модели сопротивления материалов пластическим деформациям. Горячая и холодная обработка металлов давлением.
- •2.2. Нагрев металла перед обработкой давлением
- •Ковка и горячая объемная штамповка. Определение деформаций, работы и усилия при осадке
- •2.4. Ковочные молоты. Обоснование выбора молота
- •Прессовое оборудование. Определение деформаций, работы и усилия при выдавливании и прошивке
- •3. Проектирование заготовок
- •3.1. Маршрутный технологический процесс механической обработки заготовки
- •3.2. Обоснование допусков на диаметральные размеры обработанных цилиндрических поверхностей
- •3.3. Определение диаметральных размеров заготовки
- •В соответствии с принятой маршрутной технологией первой из цилиндрических поверхностей обрабатывается пов. 5 на операции 10. При этом известны:
- •3.4. Определение линейных размеров заготовки на основе чертежа детали и технологии ее последующей обработки на металлорежущих станках
- •3.5. Проектирование чертежа заготовки
- •4. Разработка технологии получения заготовки «коронная шестерня» обработкой давлением и резанием
- •4.1. Разработка и описание вариантов маршрутной технологии получения заготовки «Коронная шестерня»
- •4.2. Разрезание прутков проката дисковыми пилами
- •4.3. Нагрев заготовок «Коронная шестерня»
- •4.4. Ковка на молоте, прошивка отверстия на прессе
- •4.5. Сверление и зенкерование заготовок на вертикально-сверлильных станках
- •4.6. Растачивание отверстия на токарном вертикальном шестишпиндельном полуавтомате
- •4.7. Обоснование способа получения заготовки путем сравнения технологических себестоимостей различных вариантов получения заготовки
- •Библиографический список
- •Примеры графического оформления результатов
- •Определение смещений и допусков
- •Расчет диаметральных размеров заготовки
- •Расчет линейных размеров заготовки
- •Чертеж заготовки
- •Растачивание отверстия на токарном вертикальном шестишпиндельном полуавтомате
- •Обоснование способа получения заготовки
2.2. Нагрев металла перед обработкой давлением
Металл нагревают перед обработкой давлением в нагревательных печах или в электронагревательных устройствах. Наиболее распространены камерные печи (рис. 2.4), в которых рабочее пространство печи нагревается путем передачи тепла конвекцией и излучением из окружающего пространства нагревательной камеры до необходимой и контролируемой температуры сжиганием газообразного или жидкого топлива (мазута).
Максимальную температуру нагрева заготовок под обработку давлением назначают такой, чтобы снизить механические характеристики до требуемого уровня, но избежать при этом пережога и перегрева.
Рис. 2.4. Камерная нагревательная печь
1 – под, 2 – заготовки, 3 – горелки, 4 – окно загрузки-выгрузки
заготовок
Рациональные температуры нагрева различных материалов определяются на основании опытных или теоретических данных с учетом диаграмм состояния сплавов (табл. 2.1.).
Таблица 2.1
Рациональные температуры нагрева различных сплавов
под обработку давлением
Материал |
Диапазон рациональных температур, С |
Алюминиевый сплав АК4 |
470–350 |
Медный сплав БрАЖМц |
900–750 |
Титановый сплав ВТ8 |
1100–900 |
Сталь 45 |
1200–750 |
Сталь У10 |
1100–850 |
Пережог металла может произойти при температурах, близких к температуре плавления. Он проявляется в окислении границ между зернами и появлении хрупкой пленки, вызывающей потерю пластичности. Пережог не подлежит исправлению, такой металл отправляется в переплавку. Перегрев металла происходит при несколько более низких температурах, чем пережог. Перегрев проявляется в чрезмерном росте размеров аустенитных зерен при первичной кристаллизации и как следствие в крупнозернистой вторичной кристаллизации (феррит и перлит или перлит и цементит). Это приводит к снижению механических характеристик. Последствия перегрева в большинстве случаев удается устранить с помощью термообработки, однако это сопряжено со значительными трудностями и дополнительными затратами.
Нагрев заготовок в нагревательных печах происходит медленнее, чем в электронагревательных устройствах. Этот способ менее производителен, экологически менее чист, однако он с большей надежностью позволяет избежать перегрева и пережога. Это связано с тем, что внутри рабочего пространства печи устанавливается требуемая максимальная контролируемая и регулируемая температура, которая не может быть превышена. Время нагрева заготовки может быть приближенно оценено с помощью известного решения о количестве тепла, поступающего в стержень, торец которого находится при постоянной температуре. Существуют и другие, более точные теоретические решения, учитывающие конечные размеры и форму заготовок, однако для качественного анализа ограничимся упомянутым более простым решением.
При большом времени нагрева увеличивается окисление поверхности металла, в результате чего образуется окалина – слой, состоящий из оксидов железа: Fe2О3, Fe3O4, FeO. Кроме того, происходит обезуглероживание поверхностного слоя металла. Толщина обезуглероженного слоя в отдельных случаях достигает 1,5 – 2 мм. Для уменьшения окисления заготовки нагрев следует производить в нейтральной или восстановительной атмосфере.
Определим количество тепла Q , поступившего через торец стержня площадью F при его нагреве:
. (2.7)
Общее количество теплоты, которое должно быть сообщено заготовке соответствует
. (2.8)
Приравнивая количество тепла Q требуемому Q*, найдем время нагрева.
Из приведенных примеров видно, что увеличение размеров заготовки существенно влияет на время ее нагрева. Если для нагрева заготовки под штамповку весом 7,8 кг до температуры 1200 С потребовалось около 5 минут, то для нагрева слитка весом 7,8 т, предназначенного для обжима на блюминге, – 8,5 часа (рис. 2.5).
а)
б)
Рис. 2.5. Оценка времени нагрева заготовок из стали 45