Ермолаев Технологические процессы в машиностроении 2011

применяют как заготовительную операцию для разделения листа на полосы заданной ширины. Основные типы ножниц – это ножницы

споступательным движением режущих кромок ножа (рис. 4.26, а)

ивращательным движением режущих кромок – дисковые ножницы

(рис. 4.26, б).

а

б

Рис. 4.26. Схемы действия гильотинных (а) и дисковых (б) ножниц

При вырубке и пробивке характер деформирования заготовки одинаков. Эти операции отличаются только назначением. Вырубкой оформляют наружный контур детали (или заготовки для последующего деформирования), а пробивкой – внутренний контур (изготовление отверстий).

Вырубку и пробивку обычно осуществляют металлическими пуансоном и матрицей. Пуансон вдавливает часть заготовки в отверстие матрицы. В начальной стадии деформирования происходят врезание режущих кромок в заготовку и смещение одной части заготовки относительно другой без видимого разрушения (рис. 4.27, а).

Рис. 4.27. Последовательность деформирования

при вырубке (а) и характер среза при нормальном (б) и при малом (в) зазорах: 1 – матрица; 2 – пуансон

131

При определенной глубине внедрения режущих кромок в заготовку (возрастающей с увеличением пластичности металла) у режущих кромок зарождаются трещины, быстро проникающие в толщу заготовки. Эти трещины наклонены к оси инструмента под углом 4–6°; если эти трещины встречаются, то поверхность среза получается сравнительно ровной (рис. 4.27, б), состоящей из блестящего пояска, образующегося от внедрения режущих кромок до появления трещин, и наклонной шероховатой поверхности разрушения в зоне прохождения трещин. Возможность совпадения трещин, идущих от режущих кромок пуансона и матрицы, зависит от правильного выбора зазора между пуансоном и матрицей. Зазор Z назначают в зависимости от толщины и механических свойств заготовки, он приближенно составляет (0,05–0,1)S. При малом зазоре трещины не встречаются, и на поверхности среза появляются пояски вторичного среза (рис. 4.27, в), ухудшающие ее качество и способствующие разрушению заготовки при последующем деформировании и работе, детали.

Гибка – операция, изменяющая кривизну заготовки практически без изменения ее линейных размеров (рис. 4.28, а).

а	б
Рис. 4.28. Схема гибки (а) и изделия (б):
1 – нейтральный слой; 2 – пуансон;	3 – матрица

В процессе гибки пластическая деформация сосредоточивается на узком участке, контактирующем с пуансоном, в то время как участки, образующие полки детали, деформируются упруго. В зоне пластической деформации наружные слои растягиваются, а внут-

132

ренние (обращенные к пуансону) сжимаются. У середины заготовки (по толщине) находятся слои, деформация которых равна нулю. Из сказанного следует, что с достаточной степенью точности размеры заготовки для детали, получаемой гибкой, можно определять по условию равенства длин заготовки и детали по средней линии.

Вытяжка без утонения стенки превращает плоскую заготов-

ку в полое пространственное изделие при уменьшении периметра вытягиваемой заготовки.

Схема первого перехода вытяжки приведена на рис. 4.29, а. Исходную вырубленную заготовку укладывают на плоскость матрицы. Пуансон надавливает на центральную часть заготовки и смещает ее в отверстие матрицы. Центральная часть заготовки тянет за собой периферийную часть (фланец) заготовки, и последняя, смещаясь в матрицу, образует стенки вытянутого изделия.

а

бв

Рис. 4.29. Схема первого перехода вытяжки:

1 – заготовка; 2 – изделие; 3 – прижим; 4 – пуансон; 5 – матрица

133

Вытяжка с утонением стенки увеличивает длину полой заготовки в основном за счет уменьшения толщины стенок исходной заготовки (рис. 4.29, в). При вытяжке с утонением стенки зазор между пуансоном и матрицей должен быть меньше толщины стенки, которая, сжимаясь между поверхностями пуансона и матрицы, утоняется и одновременно удлиняется. Вытяжку с утонением стенки применяют для получения деталей с толщиной донышка, большей толщины стенок; деталей со стенкой, толщина которой уменьшается к краю (в этом случае пуансон выполняют коническим); тонкостенных деталей, получение которых вытяжкой без утонения стенки затруднительно в связи с опасностью складкообразования.

Удельные усилия на контактных поверхностях при вытяжке с утонением стенки значительно больше, чем при вытяжке без утонения стенки. Так как при вытяжке с утонением стенки заготовка скользит по матрице в направлении движения пуансона и по пуансону в обратном направлении (от торца пуансона), то и силы трения на наружной и внутренней поверхностях заготовки направлены

впротивоположные стороны. Это обстоятельство увеличивает допустимую степень деформации (силы трения по матрице увеличивают растягивающие напряжения в стенках протянутой части заготовки, а по пуансону – уменьшают).

При вытяжке с утонением стенки ее толщина за один переход может быть уменьшена в 1,5–2 раза.

Размеры заготовки для получения деталей вытяжкой с утонением стенки определяют из условия равенства объемов заготовки и детали, принимая при этом, что толщина донышка не изменяется.

Отбортовка – получение бортов (горловин) путем вдавливания центральной части заготовки с предварительно пробитым отверстием в матрицу (рис. 4.30, а). При отбортовке кольцевые элементы

вочаге деформации растягиваются, причем больше всего увеличивается диаметр кольцевого элемента, граничащего с отверстием.

Допустимое без разрушения (без образования продольных трещин) увеличение диаметра отверстия при отбортовке составляет

dб/d0 = 1,2–1,8 в зависимости от механических свойств материала заготовки, а также от ее относительной толщины S/d0. Разрушению

134

заготовки способствует наклепанный слой у кромки отверстия, образующийся при пробивке. Большее увеличение диаметра можно получить, если заготовку отжечь перед отбортовкой или изготовить отверстие обработкой резанием (сверление с развертыванием), создающим меньшее упрочнение у края отверстия.

а

б

в

г

Рис. 4.30. Схема отбортовки (а), обжим (б), формовка ребер жесткости (в) и формовка с раздачей (г)

Обжим – операция, при которой уменьшается диаметр краевой части полой заготовки в результате заталкивания ее в сужающуюся полость матрицы (рис. 4.30, б). Обжимаемая заготовка получает форму рабочей полости матрицы.

Допустимое уменьшение диаметра при обжиме ограничивается появлением продольных складок в обжимаемой части заготовки или поперечных кольцевых складок в ее недеформируемой части. Обычно за один переход можно получить dизд = (0,7–0,8)Dзаг. Если диаметр краевой части необходимо уменьшить на большую величину, заготовку обжимают за несколько переходов. Толщина заготовки в очаге пластических деформаций увеличивается, причем больше утолщается краевая часть заготовки.

Формовка – операция, при которой изменяется форма заготовки в результате растяжения отдельных ее участков. Толщина заготовки в этих участках уменьшается. Формовкой получают местные выступы на заготовке, ребра.

Оборудование для листовой штамповки. При листовой штам-

повке наиболее применимы кривошипные прессы, которые разделяют па прессы простого и двойного действия.

135

Кинематическая схема кривошипного пресса простого действия аналогична схеме кривошипного пресса для объемной штамповки. Пресс двойного действия для штамповки средне- и крупногабаритных деталей имеет два ползуна; внутренний (и к нему крепят пуансон) и наружный (приводит в действие прижим). Внутренний ползун, как у обычного кривошипного пресса, получает возвратнопоступательное движение от коленчатого вала через шатун. Наружный ползун получает движение от кулачков, закрепленных на коленчатом валу, или системы рычагов, связанных с коленчатым валом. Кинематическая схема пресса такова, что наружный ползун обгоняет внутренний, прижимает фланец заготовки к матрице и остается неподвижным в процессе деформирования заготовки пуансоном, перемещающимся с внутренним ползуном. После окончания штамповки оба ползуна поднимаются.

Кроме кривошипных прессов, для листовой штамповки применяют гидравлические прессы (штамповка резиной, штамповка крупногабаритных толстостенных деталей).

Автоматизация листовой штамповки. В массовом производ-

стве деталей широко применяют оснащение прессов листовой штамповки устройствами, автоматизирующими подачу заготовки к рабочему инструменту и удаление отштампованных деталей из пресса. Устройства автоматизации можно подразделить на две группы: автоматизирующие подачу листового материала в штамп и автоматизирующие подачу штучной заготовки в штамп.

Наиболее просто поддается автоматизации подача полосы (ленты) в штамп. Для этого применяют механизмы периодического действия, которые подают полосу при обратном ходе ползуна и оставляют полосу неподвижной в процессе штамповки. Автоматизация подачи листового металла при штамповке крупногабаритных деталей более сложна.

Механизмы подачи штучной заготовки весьма разнообразны и в общем случае имеют устройства для захвата и ориентации заготовки в пространстве и устройства для подачи ориентированной заготовки в штамп. Для этой цели применяются и роботы, которые по программе осуществляют движения, аналогичные движениям руки человека при манипулировании заготовкой в процессе штамповки.

136

Применение роботов позволяет автоматизировать процесс штамповки в гибких модулях для изготовления ограниченных серий деталей. В этом случае автоматизируются не только подача заготовок и удаление деталей и отходов, но и смена штампов. Робот заменяет инструмент в пуансонодержателе и матрицедержателе пресса. Пресс снабжен устройством для перемещения заготовок. В магазине, содержащем ряд полок, располагается инструмент, который по команде системы управления захватывается роботом с определенной полки. Рычаг робота с захватом поворачивается вокруг вертикальной оси и устанавливает комплект инструмента в пресс. Использование роботов-манипуляторов значительно расширяет универсальность автоматизированных прессов.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие факторы обуславливают точность тонколистового проката?

2.Каким способом можно получить цельный профиль в форме трубы с внутренними рёбрами?

3.Почему у прокатанных фасонных профилей (швеллер, двутавр и др.) полки всегда имеют уклоны?

4.Какова последовательность изготовления стальной проволоки диаметром, например, 0,5 мм?

5.Какую трубу – бесшовную или сварную – целесообразнее использовать в рамной конструкции (например, в раме велосипеда)?

6.Каким видом обработки металлов давлением предпочтительно произвести небольшое количество (несколько тонн) профиля простой геометрической формы, но нестандартного размера?

7.Почему прессование стали производят в горячем состоянии?

8.Как различаются свойства стального прутка до и после волочения?

9.Из каких соображений выбирают плоскость разъема штампов при проектировании поковки?

10.Как влияет пористость детали на ее механические характеристики?

137

Тема 5. ПОНЯТИЕ О ТЕХНОЛОГИИ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

5.1. Метод технологии порошковой металлургии

Порошковая металлургия – отрасль технологии, занимающаяся получением порошков и изделий из них.

Конкурентная способность порошковой металлургии по сравнению с традиционными способами получения заготовок литьем из металла все больше проявляется за счет факторов, к которым относятся:

-возможность получения материала со специальными физическими и эксплуатационными свойствами;

-применение в качестве исходных материалов отходов основного производства – обрезков, стружки, окалины и т.д., а так же получение материала из руды, минуя стадию металлургии;

-практическое отсутствие необходимости и дальнейшей механической обработки получаемых заготовок и тем самым снижение трудоемкости и себестоимости их изготовления и увеличение коэффициента использования материала;

-совмещение процессов получения необходимого материала и готового изделия;

-высокий уровень механизации и автоматизации всех технологических операций.

Технологический процесс сводится к формованию порошковых или волокнистых компонентов в заготовки, которые подвергают термической обработке – спеканию.

Основные стадии технологии. Технологический процесс получения изделий из порошков состоит в основном из трех стадий:

1)приготовления исходных шихтовых материалов (металлических порошков, пластификаторов),

2)формообразования изделий или заготовок из шихты прессованием или прокаткой,

3)спекания полученных изделий для придания им требуемых физико-механических свойств.

138

В ряде случаев, в зависимости от свойств исходных материалов, требований, предъявляемых к готовым изделиям, применяемого оборудования на практике наблюдаются отклонения от этой схемы (совмещают прессование и спекание).

Приготовление исходных шихтовых материалов. Промыш-

ленность выпускает различные металлические порошки: железный, медный, никелевый, хромовый, кобальтовый, вольфрамовый, молибденовый, титановый и др. Способы получения порошков условно разделяют на механические и физико-химические.

Наибольшее практическое применение имеет способ механического измельчения исходного сырья (стружки, обрезков, скрапа и т.д.). Измельчение проводят в механических мельницах. Размолом получают порошки из легированных сплавов строго заданного химического состава и из хрупких материалов (кремний, бериллий и т. д.).

При применении механических способов исходный продукт измельчают без изменения химического состава. К недостаткам механического измельчения следует отнести высокую стоимость порошков, так как в нее входит стоимость изготовления исходных литых металлов и сплавов.

К физико-химическим способам относят такие технологические процессы, в которых получение порошка связано с изменением химического состава исходного сырья или его состояния в результате химического или физического (но не механического) воздействия на исходный продукт.

Физико-химические способы получения порошков более универсальны, чем механические. Возможность использования дешевого сырья (руды, отходов производства в виде окалины, оксидов) делает многие физико-химические способы экономичными. Порошки тугоплавких металлов, а также порошки сплавов и соединений на их основе могут быть получены только физикохимическими способами (табл. 5.1).

Наиболее дешевы порошки, получаемые методом восстановления руды и окалины. Почти половину всего порошка железа получают восстановлением руды.

139

Таблица 5.1

Классификация композиционных порошковых материалов

Группа	Вид изделий	Состав материала
материалов
	Магниты	Порошки из чистого железа, сплавов, окси-
		дов и т.д.
Электротех-
	Электрокон-	Смесь тугоплавких материалов (вольфрама,
нические	такты	молибдена и др.) с медью или серебром
	Электрощет-	Композиции графита с медью или серебром
	ки
		Порошки из бронзы, железа, титана, ни-
	Фильтры	хрома, коррозионно-стойкой стали и т.д.
Пористые		Материалы изготовляют из порошков с
		частицами преимущественно сферической
		формы, с пористостью до 50 %
	«Потеющие»	Материалы с пористостью до 30–40 % из
	изделия	коррозионно-стойкой стали, нихрома и др.
Фрикцион-		Композиции на основе медного или желез-
ные и анти-	Подшипники	ного порошка с пористостью до 10–35 %,
фрикцион-	скольжения	пропитанные парафином, маслом или пла-
ные		стмассой
		Композиции на основе железного или мед-
	Тормозные	ного порошка с различными легирующими
	накладки	добавками (свинец, никель и др.) и неме-
		таллическими компонентами (асбест,
		кварц, графит и т.д.).
	Пластинки	Композиции на основе карбидов тугоплав-
	из твердых	ких металлов (вольфрама, титана, тантала).
	сплавов	В качестве связующего используют кобальт
	Пластинки	Композиции на основе зерен алмаза, эльбо-
Инструмен-	из сверх-	ра, гексанита. Связующим служит более
тальные	твердых ма-	мягкий металл
	териалов
	Минерало-	Композиции на основе оксида алюминия с
	керамиче-	незначительным количеством примесей
	ские пла-
	стинки
Компактные	Различные	Порошки из различных легированных уг-
конструкци-	детали ма-	леродистых сталей, цветных металлов и их
онные	шин и при-	сплавов с пористостью не более 1,0–2,0 %
	боров

140