Лабораторна робота №7 Відновлення деталей правленням

1 МЕТА ЗАНЯТТЯ

Основна мета роботи – ознайомити студентів з технологіями відновлення деталей методами правлення.

1.1 Знання і вміння:

1.1.1 У результаті виконання лабораторної роботи студент повинен знати:

• суть процесу правлення;

• способи правлення, їх технологічні особливості, основні характеристики та умови використання;

• термічна обробка при правленні деталей.

1.1.2 Після виконання лабораторної роботи студент повинен вміти:

• обґрунтовувати застосування того, чи іншого способу правлення;

• визначати кількісні характеристики відхилення деталей від правильної форми, наприклад, стрілу прогину;

• правити вал способом вигину;

• правити вал і листову деталь методом наклепу.

2 ОБЛАДНАННЯ

2.1 Деталі для правлення.

2.2 Прес гідравлічний.

2.3 Індикаторна стійка з індикатором.

2.4 Правильна плита.

2.5Молоток.

3 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

При місцевих статичних і динамічних навантаженнях деталі механізмів і конструкцій деформуються настільки, що їх подальша нормальна експлуатація стає неможливою. При виготовленні різноманітних деталей і інструменту у багатьох випадках також відбувається їх викривлення, що є результатом виникнення температурних напружень при нагріванні і охолодженні, напруження, що з’являються при фазових перетвореннях, і залишкові напруження через нерівномірну деформацію при термічній обробці за рахунок різниці коефіцієнтів об’ємного розширення структурних складових. Викривлення деталей визначається в основному хімічним складом матеріалу, геометрією, температурно-швидкісними умовами нагріву і охолодження. Істотний вплив на ступінь викривлення мають також конструктивні особливості виробу - жорсткість, наявність перехідних перетинів і асиметричність розташування елементів різної форми, що підсилюють дію термічних і структурних чинників.

Для виправлення викривлення деталей і інструменту в промисловості використовують різні способи правлення. Правлення це виправлення дефектів заготовок (з листового, пруткового матеріалів), а також дефектів виробів (наприклад, згину, жолоблення і інших). Правлення дозволяє отримувати деталі із зменшеними допусками і припусками, внаслідок чого скорочуються об’єми механічної обробки, знижуються трудомісткість і собівартість виробів.

Способи правлення ділять на наступні групи:

• механічне;

• термічне;

• термомеханічне.

По технологічних ознаках механічні способи правлення (і відповідне устаткування) поділяються на правлення вигином, розтягуванням, малими поверхневими деформаціями. Вибір способу правлення залежить від величини деформації, розмірів деталі і фізичних властивостей металу.

До спеціальних способів відноситься правлення дією радіальних зусиль, за допомогою дисперсійного затвердіння шляхом зміни температури виробу в зоні деформації, в зібраних вузлах за допомогою радіоактивного опромінювання і ін., правлення складних за формою деталей і довгомірного інструменту безпосередньо в процесі гартування. Правлення легко здійснюється у момент протікання фазових перетворень в сталі, які обумовлюють її високу пластичність, а отримана геометрія деталі стабілізується в процесі продовження термічної обробки. У випадках виправлення геометрії виробів з високоміцних сталей після гартування і високого відпускання застосовують правлення в нагрітому до температур 260...485°С стані. Правлення вигином складного і дорогого ріжучого інструменту, що має високу твердість, проводиться зазвичай з газовим підігрівом для підвищення пластичності. Правлення може здійснюватися за допомогою наклепу, наприклад, ударами молотка, проте при цьому способі правлення на поверхні деталі, як правило, залишаються вм’ятини, які можуть служити концентраторами напружень, викликаючи швидке руйнування в процесі експлуатації. Проте перераховані способи правлення відрізняються специфікою технологічного виконання і тому застосовуються до достатньо обмеженої номенклатури виробів. У технології машинобудівного виробництва та у ремонтній практиці найбільш поширене правлення вигином, що відрізняється простотою виконання і порівняно високою продуктивністю. В цьому випадку використовують преси для правлення по схемі вільного вигину (таблиця 7.1), при якому кривизна, що отримується на виробі з даною геометрією і механічними властивостями, залежить тільки від відстані між опорами і величини навантаження, що прикладається.

Процес правлення вигином зазвичай розглядають з позицій пружно-пластичної деформації. Зігнутий стрижень слід перегнути у зворотному напрямі з таким розрахунком, щоб після зняття навантаження і пружної складової (радіус пружного вигину R₁) він був випрямлений (радіус вигину R = ∞ ). При цьому деформація ε на відстані z від нейтральної осі складає

(7.1)

де R₀ - радіус викривлення ділянки стрижня до правки; R₁- радіус пружного перегину.

Момент, що вигинає, при правці вигином

(7.2)

де b, h - параметри прямокутного перетину стрижня;

ε - відносна деформація крайнього волокна;

- напруження, відповідне деформації ε .

В кожному випадку, залежно від величини кривизни що усувається К₀=1/R, необхідно підбирати величини зусилля Р і моменту згину М для необхідного прогину у зворотному напрямі з урахуванням відстані між опорами, при яких вигин зводиться до нуля після зняття навантаження (рисунок 7.1).

Сумарна кривизна виробу при правленні вигином

1/R_cум=1/R₀+1/R_пр, (7.3)

де 1/R₀- початкова кривизна;

1/R_пр - кривизна виробу при вигині під дією навантаження.

Таблиця 7.1 - Характеристики способів правлення вигином

Спосіб правлення вигином			Область застосування		Устаткування, яке використовується для правлення	Точність способу мм на 1 пог. м
Тепловий режим правлен-ня	Вид наванта-ження	Спосіб прикла-дення наванта-ження
Без нагріву	Статичний	Механічний	Великогабаритні деталі витягнутої форми (осі, штоки, вали і ін.) переважно після термічної обробки; спеціальний сталевий прокат (рейки, спеціальні профілі і ін.)		Кривошипні преси, спеціальні гідравлічні і пневматичні преси	0,5
Без нагріву	Статичнй	Ручний	Деталі середніх і малих розмірів, ріжучі інструменти після термічної обробки. Протяжки, прошивки, калібрування після гарту перед відпусткою, у момент фазового перетворення		Ручні преси	0,2
Без нагріву	Дина-мічний	Механічний	Поковки, штампування, виливки з різних конструкційних металевих матеріалів, деталі різних машин		Преси фрикційні, молоти	0,8
З нагрівом	Статичний	Механічний	Вироби складної форми із складнолегованих сталей переважно після термічної обробки		Кривошипні і гідравлічні преси	0,3
З нагрівом	Статичний	Ручний	Ріжучий інструмент (протяжки, прошивки, калібровки) після термічної обробки.		Ручні преси	0,1
				Рисунок 7.1 - Схема правлення зі зосередженим вигином: δ0 початковий прогин виробу; δпр-перегин виробу

Ідеальним є випадок, коли виріб згинають в протилежну початковій кривизні сторону на величину пружної віддачі, тобто 1/R_пр=1/R_прв

При цьому сумарна кривизна 1/R_cум =1/R₀ +1/ R_прв

Пружну віддачу оцінюють зазвичай залежно від початкової кривизни виробу на основі розподілу напружень в його поперечному перетині при пружнопластичному вигині. Це завдання ускладнюється, по-перше, можливим зсувом нейтрального шару виробу з порушенням симетрії областей розтягування і стиснення. Для найбільш поширених профілів перетинів застосовують складні математичні перетворення або графічні залежності між максимальним прогином і кривизною. Проте вони не дозволяють отримати похибку у визначенні геометричних параметрів виробу після правлення меншу 5...7%. Не можуть бути вони практично використані і для правлення конкретних виробів. Це приводить до необхідності багатократного (до 7-10 разів) повторення процесу деформації вигином в різних напрямах. Поява залишкового "перегину" в процесі правлення небезпечне: оскільки у високоміцних сталях (20ХН2М, 40Х і ін.) напруження початку пластичної течії близькі до межі міцності і перегини при правленні створюють напруження, що призводять до виникнення тріщин або руйнування матеріалу.

Механічне холодне правлення вигином погнутих валів здійснюється таким чином. Після виправлення центрових гнізд для визначення величини (стріли) прогину вал встановлюють в центр токарного верстата або спеціального пристосування. Значення стріли прогину визначають як половину величини биття валу, що вимірюється індикатором. Для правлення вал 4 (рисунок 7.2) встановлюють на призми або опори 5 гвинтового або гідравлічного преса опуклою стороною догори і перегинають натиском гвинта або штока 3 преса через м’яку прокладку 2 так, щоб зворотна стріла прогину f₁ була в 10-15 разів більше того прогину f, який мав вал до правлення. Точність правлення контролюють індикатором. Поширений також метод подвійного правлення валів, застосування якого значно збільшує опір виправленого валу повторним деформаціям. Подвійне правлення виконують таким чином. Вал, що підлягає правленню встановлюють на призмах (рисунок 7.3) опуклою стороною вгору і плавно натискають на нього гвинтом або штоком преса. Зусилля натиску повинне бути таким, щоб вал після цього залишився прогнутим у зворотний бік на ту ж величину. Потім вказана операція повторюється, але вже з таким зусиллям натиску, щоб вал виявився виправленим.

Рисунок 7.2 – Схеми холодного правлення: а – монтажна; б – розрахункова: 1 – індикатор; 2 – прокладка; 3 шток; 4 – вал; 5 - опора

Правлення деталей, що володіють невеликою жорсткістю, часто виконують на токарному верстаті. При цьому деталь правлять, не знімаючи з центрів, і тут же перевіряють результати правлення. Холодне правлення деталей є найбільш простим і поширеним способом. Проте вона часто не забезпечує стабільності форми виправленої деталі. В процесі експлуатації усунена правленням деформація деталі може виникнути знов. Причиною нестійкості форми виправленої деталі є неоднорідні залишкові напруження, що виникають по її перетину в результаті нерівномірної деформації металу.

Рисунок 7.3 - Схема подвійного правлення вала: а-перше правлення вала; б-форма вала після першого правлення; в-друге правлення вала; г-вал після другого правлення

Для підвищення стійкості форми деталі і зняття внутрішніх напружень, що виникає в результаті правлення, проводять відпускання при 400…450 °С протягом 0,5... 1 год. Тривалість нагріву встановлюють залежно від розмірів деталі.

Правлення наклепом може проводитися наступним чином. Зігнутий вал укладають на жорстку рівну плиту прогином вниз. Потім молотком завдають частих легких ударів по поверхні валу до усунення просвіту між його поверхнею і плитою. Після цього вал перевіряють на биття індикатором або рейсмусом. Термічна обробка валу після правки не обов’язкова.

Для правлення крупних валів, тяг і інших деталей застосовують наклеп вгнутої поверхні у положенні, при якому деталь прогнута гвинтом або штоком преса у напряму, протилежному згину. Легкі удари молотком по випуклій стороні деталі через мідну прокладку викликають розтягування волокон на цій стороні валу. Після невеликої витримки зусилля знімають, і вал піддають перевірці.

Подібним же чином правлять листові деталі. Молотком ударяють не по опуклих місцях деталі, поміщеної на чавунній або сталевій плиті, а по сусідніх з ними ділянках, причому слід ударяти від краю листа у напрямку до опуклості, кожну з яких обводять заздалегідь крейдою. У міру наближення до опуклості ударів повинні завдаватися все частіше і слабкіше. За наявності декількох опуклих місць листи правлять, завдаючи ударів, перш за все в проміжках між цими місцями. Таким чином, розтягують лист і зводять всі опуклості до однієї, яку виправляють звичайним способом (від країв до середини). Потім лист перевертають і таким же чином остаточно відновлюють його площинність.

Для правлення деталей з листового металу можуть бути також використані вальці. При ручному правленні краще користуватися молотком з круглим, а не квадратним бойком, оскільки кутами квадратного бойка можна пошкодити поверхню листа, що випрямляється. Молоток для правлення повинен мати гладку і добре відшліфовану поверхню бойка. Деталі з обробленою поверхнею, а також тонкі сталеві або з кольорових металів і сплавів правлять молотками з м’яких матеріалів (міді, латуні, свинцю, дерева). При правленні особливо тонкого металу користуються металевими і дерев’яними брусками-гладилками. Правлення деталей з обробкою поверхні сталевим молотком слід проводити, використовуючи прокладку з м’якого металу. Сталеві деталі при температурі нижче 0°С правити холодним способом не рекомендується, оскільки це може призвести до їх поломки.

Термічний спосіб правлення полягає в нагріванні обмежених ділянок деталі (валу) з опуклого боку. В результаті нагріву метал прагне розширитися, але протидія сусідніх холодних ділянок призводить до появи стискаючих зусиль. Виправлення валу відбувається під дією не центрових стягуючих зусиль, що є результатом пластичного скорочення волокон. Ефективність правлення залежить від ступені закріплення кінців: при жорсткому закріпленні прогин усувається значно швидше, ніж при незакріплених кінцях балки (у 5...10 разів). Оптимальна температура нагріву сталевих деталей складає 750...850 °С. Швидкість охолоджування слід вибирати по кривим ізотермічного розпаду переохолодженого аустеніту з урахуванням отримання бажаної структури металу. Термічний спосіб правлення широко використовується для усунення деформацій корпусних конструкцій і валів

Термомеханічний спосіб правлення полягає в рівномірному прогріванні деталі по всьому деформованому перетину з подальшим правленням за рахунок зовнішнього зусилля. Нагрів здійснюється газовими пальниками або індуктором до температури відпалу (750...800°С). Індукційний нагрів струмами промислової частоти відбувається таким чином: деталь (наприклад, вал) ізолюють листовим азбестом і обмотують зварювальним кабелем перетином 80...100 мм² (з розрахунку 16...20 витків на метр довжини ділянки, що нагрівається). Поверх кабелю укладають другий шар азбесту. Струм подається від зварювальних трансформаторів (напруга 50...60 В, сила струму 800...1000 А). Щоб відновити структуру металу, відповідним чином підбирають температуру нагріву, час витримки і швидкість охолодження. Якість правлення залежить від прийнятого режиму і ретельного контролю за температурою нагріву і зміною деформації валу (температурний контроль здійснюється термопарами або термоолівцями).

4 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

4.1 Визначити величину (стрілу) прогину зразка валу.

4.2 Розрахувати значення зворотної стріли прогину.

4.3 Здійснити механічне холодне правлення згідно технології описаній у розділі 3.

4.4 Визначити залишкову величину прогину після процесу правлення.

5 ОФОРМЛЕННЯ І ЗАХИСТ ЗВІТУ

5.1 Виконати ескіз валу до і після правлення.

5.2 Описати технологію механічного холодного правлення вигином.

5.3 Запропонуйте термічну обробку після правлення.

6 ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

6.1 Причини виникнення деформацій деталей у формі викривлення.

6.2 Дайте визначення процесу правлення.

6.3 Класифікація процесів правлення.

6.4 Суть процесу правлення вигином. Схема цього процесу.

6.5 Термічна обробка при правленні деталей.

6.5 Правлення наклепом. Опишіть техніку виконання цього процесу.

6.6 Особливості правлення листових деталей.

6.7 Суть термічного способу правлення. Температура цього процесу.

6.8 Яким чином здійснюють процес термомеханічного правлення.

6.9 Технологія правлення у відновному виробництві.

7 РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА [4, 6, 7]