4.3 Критерии начисления баллов, присуждаемых за научную

деятельность студента, по результатам семестра.

Показатель	Баллы
Призовое место на международной конференции	6
Призовое место на всероссийской конференции	5
Призовое место на региональной конференции,	4
Участие (публикация) в международной конференции	3
Участие (публикация) в всероссийской конференции	2
Участие (публикация) в региональной конференции, итоговой конференции БИТИ	1
Работа в рамках гранта	2
Работа в студенческом научном обществе кафедры	1

4.4 Вопросы к экзамену по дисциплине

1. Литейное производство, различные технологии. Альтернативные способы получения заготовок. Литье в кокили.

Альтернативные способы получения изделий

Изделия процессов ОМД – втулки, валы, рычаги, корпуса и подобные, могут быть получены также альтернативными способами, к которым относятся литейное производство, обработка резанием, сварочное производство, и сборочные операции.

Каждый из этих способов имеет множество подспособов.

Литейное производство

Литейные технологии используются в основном для производства деталей машин: станин, корпусов, втулок и т.п.

В литейном производстве роль инструмента играет литейная форма – система элементов образующих рабочую полость, при заполнении которой расплавленным металлом формируется отливка.

Рис 1 Литейная форма и ее элементы

а) – литейная форма; б) – готовое изделие (тройник); в) – литейный стержень; г) – литейная форма; д) – стержневой ящик; е) – отливка с литниковой системой.

1 – стержень; 2 – нижняя полуформа; 3 – нижняя опока; 4 – центрирующие стержни; 5 – верхняя опока; 6 – верхняя полуформа; 7 – литейная модель; 8-12 – литниковая система.

Изготовление отливок в оболочковых формах (в этом случае форма изготавливается виде разовой тонкостенной разъемной формы из смеси со специальным связующим материалом в специальной нагреваемой оснастке) см. рисунок 2.

Рис. 2 Последовательность операций формовки при литье в оболочковые формы

1 – металлическая модель; 2 – поворотная опока; 3 – смесь связующего материала; 4 – оболочковая форма; 5 – выталкивающее устройство; 6 – оболочковая модель; 7 – кварцевый песок; 8 – специальная опока для заливки.

Изготовление отливок по выплавляемым моделям.

Рис. 3 Последовательность операций процесса литья по выплавляемым моделям

Изготовление отливок в кокилях

Рис.4 Последовательность операций изготовления отливок в кокиль.

Изготовление отливок под давлением.

В этом способе литья отливки изготавливаются в металлических пресс-формах заполняемых под воздействием внешних сил, превосходящих силы гравитации. Отличительные особенности такого литья: высокая скорость впуска расплава в полость, высокая кинетическая энергия движущегося расплава, высокая интенсивность теплового взаимодействия между расплавом, отливкой и пресс формой, что приводит к улучшению структуры в поверхностных слоях, повышению их прочности.

Существуют и другие способы получения отливок.

2. Преимуществом и недостатки горячей и холодной пластической деформации металла.

Горячая обработка металлов давлением находит широкое применение благодаря тому, что для нее требуется минимальное количество энергии, идущей на формообразование изделий, и она позволяет осуществить наибольшее преобразование формы заготовки.

Однако горячая обработка имеет тот недостаток, что в процессе ее происходит окисление поверхности или образование окалины, что снижает качество поверхности и размерную точность изделия.

Кроме того, тепло от заготовки .передается на инструмент, что сокращает срок службы последнего.

Одним из решений этих проблем является применение импульсных методов обработки, позволяющих до минимума сократить время образования окалины и передачи тепла инструменту.

Из новейших процессов детально разбираются следующие: накатка шлицевых валов и шестерен, ротационное выдавливание, внутреннее профилирование ротационной ковкой, радиальная ковка, холодное прессование многоступенчатых валов, холодное выдавливание и импульсная, или высокоэнергетическая штамповка, включая обработку взрывом.

3. Холодная прокатка металла, достоинства и недостатки по сравнению с горячей.

В настоящее время доля холоднокатаных листов в общей массе тонколистового проката составляет около 50 %.

Производство холоднокатаных листов, полос и лент продолжает интенсивно развиваться.

Основную массу (примерно 80%) холоднокатаных листов составляет низкоуглеродистая конструкционная сталь толщиной 0,5-2,5 мм, шириной до 2300 мм.

Такую тонколистовую сталь широко используют в автомобилестроении, поэтому часто ее называют автолистом. Методом холодной прокатки производят почти всю жесть - продукцию, идущую в больших количествах для изготовления пищевой тары, в частности консервных банок.

Материалом для жести также служит низкоуглеродистая сталь, но в большинстве случаев жесть выпускают с защитным покрытием, чаще всего - оловянным. Жесть прокатывают в виде полос толщиной 0,07-0,5 мм, шириной до 1300 мм. К числу распространенных видов холоднокатаной продукции также относятся: декапир (травленая и отожженная сталь, применяемая при производстве эмалированной посуды и других изделий с покрытиями), кровельный лист (часто выпускается оцинкованным), низколегированные конструкционные стали. Особо следует отметить две важные группы легированных сталей - коррозионностойкую (нержавеющую) и электротехническую (динамную и трансформаторную).

В цветной металлургии холодная прокатка применяется для получения тонких полос, листов и лент из алюминия и его сплавов, меди и ее сплавов, никеля, титана, цинка, свинца и многих других металлов. Наименьшую толщину имеет фольга. Например, алюминиевая фольга выпускается в виде полос минимальной толщиной 0,005мм, шириной до 1000-1500 мм. Разнообразие сортамента холоднокатаной листовой продукции обеспечивается применением прокатных станов различной конструкции, с очень разными техническими характеристиками и уровнями производительности.

4. Схема работы валков при прокатки металла. Станы непрерывного действия.

Далее из блюмов и слябов делают металл необходимой формы, или, как говорят металлурги, разных профилей. Металл приобретает форму

На одних заводах прокатные станы производят стальные листы для кузовов автомобилей, на других - трубы для газопроводов, на третьих - рельсы, на четвертых - сортовой прокат, т. е. изделия относительно простых геометрических форм: квадрат, круг, полоса, угол.

Чтобы превратить заготовку (блюм или сляб) в полюсу или лист, ее пропускают между гладкими валками. А чтобы изготовить более сложные профили, в нижнем и верхнем валках делают вырезы необходимой формы.

Рис. Валки –калибры

Сблизив валки так, чтобы вырез одного точно пришелся над вырезом другого, получают ручей, или, как его называют металлурги, калибр. металл нужной формы получают постепенно, пропуская его через ряд все более и более приближающихся к окончательной форме калибров иногда их число достигает 20). Затем готовый прокат поступает на пилы или ножницы, где его разрезают на куски нужной длины.

Очень мощные и высокопроизводительные станы применяются для прокатки балок и рельсов.

На Уралмашзаводе в Свердловске построен рельсобалочный стан с автоматической поточной линией для отделки рельсов. Весь процесс протекает без применения тяжелого физического труда. Стан этот состоит из 240 отдельных машин общей массой свыше 15 тыс. т.

Удобны и высокопроизводительны станы непрерывного действия. В непрерывном стане, где осуществляется обжатие, клети устанавливаются последовательно одна за другой. Выйдя из одной клети, полоса автоматически попадает в другую, затем В третью, причем все клети работают с совершенно одинаковой скоростью. Некоторые станы такого типа способны выпускать более 2 млн. т листов в год. Толщина прокатного листа контролируется автоматически на ходу.

Все большую роль в народном хозяйстве играют трубные станы, особенно в связи с развитием трубопроводов для транспортировки на дальние расстояния нефти, природного газа и других продуктов.

При этом диаметр труб, по которым течет газ, все время увеличивается. Первые трубопроводы были диаметром 0,8 м, следующие -1,02 м, затем 1,2 и 1,4 м. На очереди прокладка трубопроводов диаметром более 2 м. Экономисты подсчитали, что увеличение диаметра труб очень выгодно.

В связи с этим возникла необходимость в коренном пересмотре технологии производства. Применяются два принципиально различных способа производства труб.

5. Виды сортового проката. Технологии производства. Сортовые станы, назначение.

В зависимости от вида прокат делят на сортовой, листовой, трубный, периодический и специальный.

На рис. приведены виды сортового проката общего назначения: 1 — квадратный; 2 — круг­лый; 3 — полосовой; 4 — угловой; 5 — двутавровый; 6 — швел­лерный; 9 — тавровый и некоторые виды сортового проката спе­циального назначения — 7 и 8 — рельсовый; 10 — шпунтовый; 11 — полоса для башмаков гусениц тракторов; 12 — полоса для ободьев колес автомобилей.

Рис. Виды сортового проката

Для прокатки нагретые или холодные заготовки пропускают между вращающимися валками прокатных станов.

Существуют три основные вида прокатки:

продольная (для сортовых и фасонных профилей),

поперечная и

поперечно-винтовая (для тел вращения).

При продольной прокатке валки вращаются в разные стороны, деформируя заготовку, толщина (высота) h₀ которой умень­шается, а длина и ширина увеличиваются. Важнейшей характеристикой при прокатке является обжатие. Абсолютное обжатие ∆h=h₀-h₁; относительное обжатие ε (%).

Относительное обжатие за один проход зависит от угла захвата а и составляет 10 — 60 %.

Путем простейших вычислений можно найти, что ∆h = D(1-cosα), т. е. абсолютное обжатие увеличивается с увеличением диаметра валка D и угла α.

6. Производство стального проката на современном металлургическом заводе. Прокатка сортового металла, основные операции.

Прокатные станы различают по назначению, количеству валков в клети, количеству клетей и схеме их расположения.

По назначению прокатные станы делятся на обжимные (блюминги и слябинги), заготовочные, сортовые, листовые и специальные. Вначале слиток прокатывают на обжимном стане, затем на загото­вочном и, наконец, на сортовом, листовом или специальном.

По количеству валков и их расположению станы продольной прокатки делят на двух-, трех-четырех- и многовалковые, а также универсальные. Двухвалковые станы (рис. 11, а) бывают реверсивные(прокатка заготовок ведется в обе стороны) и нереверсивные (прокатка ведется в одну сторону, для повторных пропусков заготовка возвращается через верхний валок).

Рис. 11.

Прокатка заготовок на трехвалковых станах (рис. 11, б) ве­дется в одну сторону между нижним и средним валками, в другую – между средним и верхним; направление вращения валков постоянное. В четырех- и шестивалковых станках (рис. 11 в, г) верхние и нижние валки являются опорными, они препятствуют прогибу сред­них рабочих валков; эта схема применяется для листовых станов.

В клетях с 12 (рис. 11 д) и 20 валками обеспечивается еще большая жесткость рабочих валков; в них производят холодную прокатку ленты толщиной до 0,001 мм.

Универсальные станы (рис. 11 е) имеют горизонтальные и вер­тикальные валки и обеспечивают обжатие четырех сторон.

Сортовые станы предназначены для прокатки сортовых и фасонных профилей.

7. Направления и перспективы развития технологии и оборудования цехов холодной прокатки.

Холоднокатаный листовой прокат относится к категории высококачественной металлопродукции. Основные из них отмечены ниже.

1. Постоянно ведутся работы по замене трудоемкой и экологически вредной операции травления другими способами удаления окалины с поверхности горячекатаных полос-заготовок. Установка в составе травильных линий валковых окалиноломателей, работающих по принципу резкого перегиба и растяжения полосы, и дрессировочных клетей позволяет значительно сократить процедуру последующего травления. В последние годы развивается дробеструйный способ удаления окалины. Дробеструйные аппараты устанавливаются либо непосредственно в линиях травления, либо отдельно, в самостоятельных линиях. Обычно после дробеструйной обработки требуется лишь легкое травление; при этом расход кислоты сокращается примерно на 75 %.

2. В цехах с большим объемом производства будут сооружаться новые непрерывные станы, в основном 5-клетевые для прокатки полос толщиной не менее 0,3- 0,4 мм и б-клетевые для прокатки более тонких полос. Масса рулонов достигнет 50-60 т. Получат дальнейшее распространение станы бесконечной прокатки.

Максимальная скорость прокатки, не превысит 35-40 м/с, так как практика свидетельствует, что достижение таких скоростей вызывает трудности. На тех новых станах, на которых такие скорости запроектированы, фактически прокатка осуществляется на более низких скоростях, до 30-35 м/с.

В зарубежной практике имеются примеры использования многовалковых клетей в составе непрерывных станов (рис. 51).

Рис. 51. Схема непрерывного стана, состоящего из четырех

многовалковых клетей:

1 — разматыватель; 2 — 20-валковые рабочие клети; 3 - моталка

3. В связи с постоянным ужесточением требований по минимальной поперечной разнотолщинности листов, а также их полной планшетности, будут продолжаться работы по совершенствованию профилировок валков.

8. Технология листовой штамповки. Основные преимущества листовой штамповки. Формозаменяющие операции листовой штамповки.

Листовая штамповка

Листовая штамповка — метод изготовления плоских и объемных тонкостенных изделий из листового мате­риала, ленты или полосы с помощью штампов на прес­сах или без применения прессов (беспрессовая штам­повка). Листовая штамповка может проводиться в хо­лодном состоянии и с нагревом (горячая листовая штам­повка). Наиболее распространена холодная листовая штамповка из полос толщиной 0,1—5 мм. Горячая лис­товая штамповка производится, как правило, из полос толщиной >5 мм.

Основные преимущества листовой штамповки: воз­можность изготовления прочных, жестких, тонкостенных деталей простой и сложной формы; высокая производительность, экономный расход металла и простота процесса; относительная простота механизации и автоматизации процесса обработки.

Листовой штамповкой изготовляют детали приборов, велосипедов, мотоциклов, металлическую посуду, рамы и кузовы автомобилей, детали самолетов, вагонов, судов и т. д. Листовая штамповка широко распространена и применение ее непрерывно расширяется.

Рис. 18. Листовые штамповочные детали

а – вырубкой, б — отбортовкой, в – гибкой, г – вытяжкой и формовкой.

9. Штамповка на универсально-сборных штампах.

Наиболее приемлемой для машиностроения с экономической точки зрения в большинстве случаев является штамповка на универсально-сборных штампах. УСШ собирают из комплекта одних и тех же элементов для различных штампуемых деталей. Время на проектирование и сборку УСШ составляет 2 —8 ч вместо 3—4 недель. Проектируют и изготовляют только рабочие детали.

Разработана система УСШ, представляющая собой набор универсальных и стандартизованных элементов и узлов 55 типов и 230 типоразмеров.

По технологическому назначению различают компоновку из элементов УСШ для вырубки, пробивки, отрезки, разрезки, гибки, вытяжки, отбортовки, формовки. Точность размеров деталей 10—12-го квалитета.

Координатно-револьверные прессы позволяют одновременно установить от 18 до 32 сменных комплектов инструментов-штампов (в зависимости от модели пресса), что способствует сокращению затрат на установку и фиксацию инструмента в рабочей позиции и времени на позиционирование заготовки.

10. Горячая штамповка в открытых и закрытых штампах. Технология.

Горячая штамповка

Горячая штамповка выполняется на молотах и прессах в открытых и закрытых штампах, выдавливанием, гибкой, с применением различных процессов. С целью повышения точности размеров и улучшения качества поверхности штамповок применяют полугорячую штамповку, при которой ограничено окалинообразование.

Горячая штамповка выполняется по двум схемам: в открытых и закрытых штампах (рис. 18). При штамповке в закрытых штампах получают более точные штампованные заготовки, меньше расходуют металл; производительность высокая при пониженной стойкости штампов и ограниченности форм штамповок (круглые, типа шестерен, фланцев, стаканов). Штамповку в закрытых штампах иначе называют безоблойной.

Рис.18. Схемы штамповки в штампах

а – в открытых штампах, б – в закрытых штампах

Штамповка в открытых штампах на молотах, в зависимости от расположения заготовки в окончательном ручье бывает двух видов: в торец и плашмя (рис. 19).

Штамповку на молотах выполняют из катаной заготовки за один переход для заготовок простой формы и за несколько переходов — для заготовок сложной формы.

В штампах различают: штамповочные (окончательный и предварительный), заготовительные и отрубные ручьи.

Окончательный ручей выполняют с учетом усадки металла при охлаждении (усадка стали «1,5%). По периметру окончательного ручья конструируют заусенечную канавку, создающую препятствие выходу металла из полости и обеспечивающую заполнение окончательного ручья.

11. Штамповка на горизонтально-ковочных машинах. Технология.

Штамповка в открытых штампах на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) обеспечивает изготовление относительно точных поковок без сдвига в плоскости разъема, с малыми припусками и с повышенной по сравнению с молотами производительностью. Типовые заготовки, полученные штамповкой на прессах, приведены на рис. 20.

Рис. 20. Штампованные заготовки, получаемые на кривошипных горячештампованных прессах

а – в открытых штампах, б – в закрытых штампах

При штамповке шатунов, турбинных лопаток и других сложных деталей заготовку подготовляют на ковочных вальцах (вместо подкатки и протяжки на молотах), высадкой на горизонтально-ковочных машинах, или применяют периодический прокат.

Штамповку в открытых штампах на винтовых фрикционных прессах применяют для изготовления мелких фасонных заготовок и заготовок типа болтов и заклепок только в одном ручье из-за недостаточного направления ползуна. На прессах с точным направлением ползуна можно выполнять многоручьевую штамповку.

Штамповку в открытых штампах на гидравлических прессах выполняют в одном ручье, центр давления которого расположен в центре давления пресса. Этим устраняется возможность сдвига штампа. Распространена штамповка из алюминиевых и магниевых сплавов деталей больших размеров типа панелей, рам, узких и длинных поковок типа балок и лонжеронов (длиной до 8 м), стаканов, втулок (рис. 21), из стали и титана штампуют поковки типа дисков. При изготовлении сложных поковок заготовку перед штамповкой подготовляют путем ковки.

12. Технологии при штамповке взрывом. Преимущества. Источники энергии при штамповке взрывом.

Все способы штамповки взрывом можно разделить на две группы.

К первой группе относятся те способы, при которых заряд взрывчатого вещества (ВВ) располагается на расстоянии от заготовки. При таких бесконтактных операциях энергия заряда выделяется на некотором расстоянии от обрабатываемой детали и распространяется преимущественно в виде импульса давления через промежуточную среду. Максимальные удельные давления на деталь достигают значений (10²÷10⁴) МПа, причем большинство технологических операций выполняются при нижнем пределе давлений. Рабочее время обычно измеряется миллисекундами, а скорости перемещения металла десятками метров в секунду. Разгон и последующая деформация заготовки определяются главным образом внешними силами. Волны напряжений и деформаций в металле в этом случае весьма незначительны или совсем отсутствуют. Формообразование связано, в основном, с действием волны давления.

Ко второй группе относятся так называемые контактные способы штамповки, при которых заряд ВВ располагается непосредственно на поверхности заготовки. Давления, действующие в этом случае на поверхность заготовки, достигают 10⁵ МПа, а рабочее время измеряется микросекундами. Величина импульса давления зависит от соотношения размеров заряда и заготовки и взаимного из расположения. При большинстве контактных операций в заготовке возникают неустановившиеся волны напряжений высокой интенсивности, которые распространяются в металле. Формообразование металла при таких операциях связано как с непосредственным воздействием приложенных нагрузок, так и с последующим воздействием вторичных волн напряжений.

В качестве источника энергии при штамповке взрывом используются: детонирующие (бризантные) взрывчатые вещества – тротил порошкообразный и литой, аммоний порошкообразный и прессованный, тринитролезол, тетрил, пентолит и жидкие ВВ; пороха - пироксилиновые, нитроглицериновые, дымные.

Возможны две разновидности способа штамповки взрывом в бассейне.

В первом случае площадь зеркала бассейна практически равна площади заготовки, благодаря чему вся энергия ударной волны используется для формирования заготовки.

Во втором случае площадь зеркала бассейна значительно превышает площадь заготовки, и заготовка в своем формоизменении как бы нагружается дважды: сначала прямой ударной волной, а после – отраженной от стенок бассейна.

При формообразовании – раздаче трубчатых заготовок (рис. 1-б) воду заливают непосредственно внутрь заготовки, куда помещают затем также и заряд ВВ.

Для изготовления небольших партий деталей часто вместо стационарного бассейна используют разовые емкости с водой, разрушаемые при взрыве (рис. 1-в). Такую емкость, изготовленную из картона или тонколистового металла, устанавливают непосредственно на матрицу и заполняют водой, в которой и осуществляют взрыв заряда ВВ.

Если детали типа днищ просты по форме и не требуют высокой точности изготовления, то вместо матрицы иногда применяют упрощенную оснастку, состоящую из вытяжного и прижимного колец (рис. 1-г), между которыми размещают штампуемую заготовку. возникающий при подрыве заряда импульс давления большой интенсивности распространяется в жидкости с высокой скоростью и воздействует на заготовку.

Однако энергия, которая преобразуется в механическую работу деформации, находится в зависимости от взаиморасположения заготовки, заряда и поверхности жидкости, так как газовый пузырь для каждого заряда имеет вполне определенные размеры. проведенные исследования показали, что при размещении заготовки на расстоянии меньше радиуса газового пузыря можно добиться увеличения энергии формообразования на 60 – 80%.

При подрыве заряда на относительно небольшой глубине газовый пузырь разбивается о поверхность жидкости. Образующиеся при этом отраженные ударные волны ослабляют импульс давления, идущий к заготовке. Поэтому глубину погружения заряда применяют больше максимального радиуса газового пузыря, который соответствует первому периоду колебаний.

13. Технологии штамповки высоковольтным электрическим разрядом.

Как и при штамповке взрывом, под заготовкой в полости матрицы создается вакуум. Электрогидравлическая штамповка применяется на многих операциях листовой штамповки для изготовления таких небольших и средних размеров (до 1000-1500 мм, толщиной до 3 мм) деталей, как различные элементы жесткости, окантовки, полупатрубки, законцовки, обечайки, обтекатели и т.д.

Процесс отличается импульсным характером и высокой скоростью приложения нагрузки. Конденсаторы разряжаются в течение 40-50 мксек. и выделяют электроэнергию огромной мощности, исчисляемой миллионами джоулей в секунду; в рабочем промежутке разрядника возникают давления, равные сотням МПа; ударная волна, распространяющаяся в жидкости с высокой скоростью, несет в себе большую энергию, часть которой расходуется на полезную работу деформирования.

.

Рис. 7. Схема установки для электрогидравлической штамповки.

14. Обработка металла волочением. Технология. Преимущества. Продукция.

Рис. 13. Виды профиля после волочения:

а – круглого сплошного профиля; б – фасонного сплошного профиля;

в – круглой трубы без утонения стенки; г - круглой трубы с утонением стенки

Обработка металла волочением находит широкое применение в металлургической, кабельной и машиностроительной промышленности. Волочением получают проволоку с минимальным диаметром 0,002 мм, прутки диаметром до 100 мм, причем не только круглого сечения, трубы главным образом небольшого диаметра и с тонкой стенкой. Волочением обрабатывают стали разнообразного химического состава, прецизионные сплавы, а также практически все цветные металлы (золото, серебро, медь, алюминий, и др.) и их сплавы. Изделия, полученные волочением, обладают высоким качеством поверхности и высокой точностью размеров поперечного сечения. Если изделию требуется придать в основном эти характеристики, то такой вид обработки называют калибровкой.

Так, например, арматурная проволока диаметром 3...12 мм из углеродистой конструкционной, стали (0,70...0,90%С) при производстве ее волочением обеспечивает предел прочности 1400... 1900 МПа и предел текучести 1200... 1500 МПа.

Волочение выгодно отличается от механической обработки металла резанием (строганием), фрезерованием, обточкой и пр., так как при этом отсутствуют отходы металла в виде стружки, а сам процесс заметно производительнее и менее трудоемок.

Волочением можно изготовлять полые и сплошные изделия часто сложного поперечного сечения, производство которых другими способами не всегда представляется возможным (например, тонкие изделия, прутки значительной длины).

15. Исходного материал для волочения. Удаление окалины.

В качестве исходного материала для волочения применяют катаную и прессованную заготовки. При производстве алюминиевой, медной и другой проволоки в качестве исходной заготовки используют катанку, получаемую непосредственно из плавильной печи через кристаллизатор и непрерывный прокатный стан. Независимо от способа получения исходная заготовка перед волочением проходит тщательную предварительную подготовку, которая заключается в проведении того или иного вида термической обработки, удалении окалины и подготовке поверхности для закрепления и удержания на ней смазки в процессе волочения.

Удаление окалины в калибровочных и волочильных цехах производят механическим, химическим и электрохимическим способами, а также комбинациями этих способов.

При механической очистке поверхности от окалины проволоку или пруток подвергают периодическим перегибам в разных плоскостях между роликами, после чего металл поступает на завершающую очистку стальными щетками. Такой способ экономически целесообразен, пригоден для очистки поверхности главным образом из углеродистой стали, окалина которой при перегибах сравнительно легко разрушается и опадает.

Из механических способов, обеспечивающих достаточно успешную очистку поверхности металла, находит применение дробеструйная обработка. Под действием ударов дроби из отбеленного чугуна. стального литья или высокопрочной мелко нарезанной стальной проволоки окалина на поверхности обрабатываемого изделия разрыхляется и удаляется. Этот способ очистки поверхности металла от окалины во многих случаях не требует дополнительного травления и наиболее часто применяется в калибровочных цехах.

Химические способы удаления окалины получили широкое распространение благодаря своей надежности, хотя они менее экономичны по сравнению с механическими способами. Травление углеродистых и ряда легированных сталей производят в серной или соляной кислотах. Высоколегированные стали (кислотоупорные, нержавеющие и др.) травят в смесях кислот (серная и соляная, серная и азотная и др.). Медь и ее сплавы травят в 5...10%-ной серной кислоте при температуре 30...60°С. Травление металла в кислотах для очистки от окалины обычно производят с добавлением в ванну присадок (ингибиторов травления), которые значительно уменьшают скорость растворения основного металла, но не влияют на скорость растворения окалины, что предотвращает перетравливание. Кроме того, присадки снижают диффузию водорода (Н2) в металл, уменьшают загазованность травильных отделений, улучшают условия труда.

Непосредственно после травления металл тщательно промывают для удаления остатков раствора кислоты, солей железа, шлама, травильной присадки, грязи.

16. Волочение, его основные разновидности и деформационные показатели.

Чтобы уменьшить внешнее трение, между поверхностями протягиваемого металла и волочильного канала вводят смазку. Это уменьшает расход энергии на волочение, способствует получению гладкой поверхности, уменьшает износ инструмента и позволяет проводить процесс с повышенными степенями деформации.

Все способы волочения отличаются от прочих видов ОМД тремя особенностями:

а) линейные размеры сечения протягиваемого металла уменьшаются до заданных величин во всех направлениях одновременно;

б) возможность получения сплошных и полых конфигураций поперечного сечения, не изменяющегося по длине профиля;

в) величина деформации за один переход ограничивается максимально допустимым напряжением растяжения в поперечном сечении протягиваемого металла у выхода из деформационной зоны.

Рис. 1.  Основные разновидности процесса волочения: 

а) – круглого сплошного профиля; б) – некруглого сплошного профиля; в) – круглой трубы, без оправки; г) – круглой трубы, на закрепленной оправке; д) – круглой трубы, на самоустанавливающейся оправке;

 е) – круглой трубы, на подвижной оправке; 

 1 – волока; 2 – протягиваемое изделие; 3 – оправка

17. Гибка труб в горячем состоянии. Механизация при гибке металла.

Ручная гибка в тисках - сложная и трудоемкая операция, поэтому для снижения трудовых затрат и повышения качества ручной гибки используют различные приспособления. Эти приспособления, как правило, предназначены для выполнения узкого круга операций и изготавливаются специально для них. На рис. 2 показано приспособление для гибки угольника ножовки. Перед началом гибки ролик 2 гибочного приспособления смазывают машинным маслом. Рычаг l с гибочным роликом 2 отводят в верхнее положение А. Заготовку вставляют в отверстие, образовавшееся между роликом 2 и оправкой 4. Рычаг l перемещают в нижнее положение Б, придавая заготовке 3 заданную форму.

Рис. 2. Приспособление для гибки рамки ножовочного станка:

а, б - схемы применения приспособления; в - готовая рамка;

1 - рычаг; 2 - ролик; 3 -заготовка; 4 - оправка;

А, Б - соответственно верхнее и нижнее положения рычага

По аналогичной схеме работают и другие гибочные приспособления, например, приспособление для гибки кольца из прутка круглого сечения (рис. 3).

Рис. 3. Приспособление для гибки кольца

Наиболее сложной операцией является гибка труб. Необходимость в гибке труб возникает в процессе сборочных и ремонтных операций.

Гибку труб производят как в холодном, так и в горячем состоянии. Для предупреждения появления деформаций внутреннего просвета трубы в виде складок и сплющивания стенок гибку осуществляют с применением специальных наполнителей. Эти особенности обусловливают применение при гибке труб некоторых специфических инструментов, приспособлений и материалов.

18. Листогибочные прессы. Роликовые гибочные станки.

Механизация при гибке

Гибка - весьма трудоемкая и сложная операция, поэтому предпринимаются попытки ее механизировать. Для механизации работ при гибке используют различные гибочные машины. Рассмотрим подробнее конструкции некоторых из них.

Листогибочные вальцы (рис. 4) состоят из двух нижних валков 5, которым сообщают вращательное движение при помощи механизма привода 1 и верхнего валка 2, смонтированного на плите 4. Верхний валок движется от изгибаемого листа 3 и имеет возможность перемещаться по высоте для придания листу заданного радиуса при гибке. Для получения конической формы изгибаемой детали верхнему валку придают наклон, равный углу наклона образующей конуса.

Рис. 4. Листогибочные вальцы:

1 - механизм привода; 2 - верхний валок; 3 - изгибаемый лист; 4 - плита; 5 - нижний

Листогибочные прессы (рис. 5) применяют для выполнения самых разных работ - от гибки кромок до гибки профилей в одной или нескольких плоскостях под разными углами. Гибка профилей осуществляется пуансоном 2 (рис. 5, б), закрепленным на раме ползуна 7, на матрице 3, которая устанавливается на подкладке 4 плиты 5 пресса или непосредственно на плите. Пуансоны различаются по форме и радиусам гибки. Рабочая часть матрицы представляет собой гнездо, выполненное обычно в форме угольника или прямого паза. Применяемые для гибки пуансоны 2 и матрицы 3 для гибки различных профилей показаны на рис. 5, в.

Рис. 5. Листогибочный пресс:

а - общий вид; 6 - конструктивная схема; в - формы изгибаемого профиля;

1 - рама ползуна; 2 - пуансон; 3 - матрица; 4 - подкладка; 5 - плита

19. Технология пластического формообразования резьбы плоскими плашками. Накатывание резьбы роликами.

Процесс пластического формообразования резьбы плоскими плашками либо роликами производится на специальных резьбонакаточных станках. Резьбонакаточные и зубонакатные инструменты изготавливают из высоколегированных сталей Х12М, ХФ12, Х12ФН, 9ХС.

Рис. 2. Накатывание резьбы плоскими плашками

При формировании резьбы плашками заготовку 2 помещают между неподвижной 1 подвижной 3 плашками. На рабочих поверхностях у них имеется рифления, профиль и расположение которых соответствует профилю и шагу накатываемой резьбы. При перемещении подвижной плашки заготовка катится между инструментом, а на ее поверхности образуется резьба.

Рис. 3. Накатывание резьбы роликами

При формировании резьбы роликами ролики 1 и 3 получают принудительное вращение. Заготовка 2 свободно обкатывается между ними. Ролику 3 придается радиальное движение для вдавливания в металл заготовки на необходимую глубину. Обкатка роликами требует меньших усилий. С их помощью накатываются резьбы с более крупными шагами.

20. Листовые ножницы с наклонными ножами. Назначение, устройство. Принципиальная схема разрезки прутков.

Исходный металл в листах или прутках торговой длины необходимо разрезать на полосы или мерные заготовки. Для этого в заготовительных отделениях листоштамповочных цехов устанавливают листовые ножницы, а в кузнечных цехах - кривошипные закрытые ножницы для резки сортового проката.

Листовые ножницы с наклонными ножами. Современные листовые ножницы с наклонными ножами (гильотинные ножницы) представляют собой двухкривошипные прессы с открытой сварной станиной, имеющей нижний вылет для размещения листа. Как правило, главный механизм имеет кривошипноползунное исполнение. Однако некоторые заводы выпускают ножницы с кривошипно-рычажным механизмом.

Малые ножницы с Рном < 1,6 МН имеют жесткий прижим с винтовой регулировкой и пружинным удерживателем. Современные сортовые ножницы с Рном > 2,5 МН оборудуют для подачи прутков приводными рольгангами из двух секций: неподвижной и качающейся, установленной непосредственно перед ножами.

Рис. 1. Принципиальная схема разрезки прутков:

1 - ползун; 2 - профильный нож; 3 - прижимной плунжер; 4 - прутик; 5 — упор

Привод ножниц осуществляется от индивидуального электродвигателя через клиноременную и зубчатую одно- или двухступенчатую передачи. Муфта и тормоз - фрикционные дисковые с электропневматическим управлением.

Основные параметры и размеры кривошипных закрытых ножниц для резки заготовок с ном = 1... 16 МН регламентированы ГОСТ 8248.

Комбинированные пресс-ножницы.

Основные параметры и размеры комбинированных пресс-ножниц регламентированы ГОСТ 7355 с заданием по каждому агрегату:

у листовых ножниц - толщины листа,

у сортовых ножниц - размера сечения прутка,

у дыропробивного пресса - размеров пробиваемого отверстия.

21. Технология очистки поковок от окалины, назначение. Последовательность травление стальных поковок.

В кузнечно-штамповочном производстве широко распространен такой метод очистки поковок от окалины как химическое травление. Готовые поковки перед травлением обезжиривать и промывать не требуется. При этом выявляются все поверхностные дефекты (трещины, волосовины, зажимы и т. д.).

Травление стальных поковок производят в следующей последовательности:

1. Заправка ванны:

а) заполнение травильной ванны приблизительно на 70% от ее объема;

б) осторожное прибавление кислот до требуемой концентрации;

в) перемешивание;

г) подогрев ванны до наименьшей рекомендуемой температуры;

д) добавление присадки;

е) перемешивание.

2. Загрузка ванны: загрузка поковок в корзины из дерева, кислотоупорной проволоки, или в корзины, отлитые из кислотоупорной стали; погружение корзин с поковками в ванну с таким образом, чтобы они не соприкасались с трубами и стенками ванны.

3. Травление: начало – при температуре наименьшей из рекомендуемых по мере ослабления концентрации раствора температуру повышают и к концу цикла доводят до наибольшей. Продолжительность процесса травления 15 – 18 минут в зависимости от концентрации раствора и температуры ванны, а также толщины слоя окалины.

4. Промывка от остатков кислоты и железного купороса в ванне с проточной горячей водой повторными погружениями поковок в воду в течении 3 – 5 минут при температуре 60 – 70 °С или в течении 2 – 3 минут при температуре 85 - 90 °С.

5. нейтрализация в щелочной ванне (5-70 г/л NaOH и КОН) при 20°С.

6. промывка в горячей воде (60 - 70 °С) в течении 3 – 5 минут и последующая сушка.

7. контроль качества травления на полное снятие окалины.

22. Основное назначение смазки при обработке металлов давлением. Требования к смазывающим материалам.

При обработке давлением широко применяют смазки.

Основное значение смазки - снижение коэффициентов трения. Смазка образует промежуточный слой между деформируемым телом и инструментом, полностью или частично изолирующий их друг от друга. Если смазка полностью изолирует трущиеся поверхности, то получается трение жидкостное. При обработке металлов давлением вследствие высоких удельных давлений смазка не всегда полностью изолирует трущиеся поверхности, поэтому получается трение полужидкостное.

Для того чтобы смазка в достаточной степени изолировала деформируемое тело от инструмента, не разрывалась и не выдавливалась, она должна иметь достаточную активность и вязкость.

Активность смазки - способность образовывать на поверхности трения прочный защитный слой из ее полярных молекул. Активность смазки зависит от наличия в ней поверхностно активных веществ, к которым относят жирные кислоты (олеиновая, стеариновая, пальмитиновая) и их соли, являющиеся мылами. Для создания активности достаточно небольшой добавки жирных кислот к смазке.

Вязкость смазки обеспечивает ее сопротивление выдавливанию из места контакта трущейся пары. Смазка, обладающая достаточной активностью и вязкостью, при высоком качестве отделки поверхности трущихся тел и высокой скорости скольжения может создать условия для жидкостного или полужидкостного трения.

Влияние скорости скольжения при жидкостном трении противоположно ее влиянию при сухом трении. Так, при сухом трении сила трения уменьшается с увеличением скорости скольжения, а при жидкостном, наоборот, с увеличением скорости скольжения сила трения растет. Однако при увеличении скорости скольжения большее количество смазки увлекается в зону контакта при этом толщина пленки увеличивается и сила трения уменьшается.

При холодной обработке давлением с большими степенями деформации и высокими скоростями (прокатка тонких полос и лент, волочение проволоки), когда выход тепла значителен, смазка, помимо основного требования - снижения силы и коэффициента трения, должна охлаждать инструмент и обрабатываемый металл. В связи с этим она должна обладать высокой теплоемкостью.

23. Сварке плавлением. Дуговая сварка, разновидности. Основные типы сварных соединений.

Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений в результате возникновения атомно-молекулярных связей между соединяемыми деталями при их нагреве и пластическом деформировании.

Сварные соединения можно получать двумя принципиально разными путями: сваркой плавлением и сваркой давлением.

При сварке плавлением атомно-молекулярные связи между деталями создают, оплавляя их примыкающие кромки, так, чтобы получилась смачивающая их, общая ванна. Эта ванна затвердевает при охлаждении и соединяет детали в одно целое. Как правило, в жидкую ванну вводят дополнительный металл, чтобы полностью заполнить зазор между деталями, но возможна сварка и без него.

При сварке давлением обязательным является совместная пластическая деформация деталей сжатием зоны соединения. Этим обеспечивается очистка свариваемых поверхностей от пленок загрязнений, изменение их рельефа и образование атомно-молекулярных связей. Пластической деформации обычно предшествует нагрев, так как с ростом температуры уменьшается значение деформации, необходимой для сварки и повышается пластичность металла.

Нагрев свариваемых деталей осуществляется разными способами: электрической дугой, газокислородным пламенем, пропусканием тока, лазером и т.д. По-разному обеспечиваются защита зоны сварки от воздействия воздуха и ее принудительная деформация.

Существует множество технологических процессов сварки (более 70).

Сварка является наиболее важным способом получения неразъемных соединений из различных материалов, свариваются металлы и сплавы, керамика, стекло, пластмассы, разнородные материалы. Сварка применяется во всех областях техники.

24. Плазменная сварка. Схема электрошлаковой сварки. Лучевые способы сварки.

Плазменная струя, применяемая для сварки, представляет собой направленный поток частиц или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10000…20000⁰С. Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ через столб сжатой дуги. В качестве плазмообразующих газов применяют азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси.

Применяют два основных плазменных источника нагрева: плазменную струю, выделенную из столба косвенной дуги и плазменную дугу, в которых дуга прямого действия совмещена с плазменной струей.

Плазменная струя представляет собой независимый источник теплоты, позволяющий в широких пределах изменять степень нагрева и глубину проплавления поверхности заготовок. Тепловая мощность плазменной струи ограничена, и ее применяют для сварки и резки тонких металлических листов и неэлектропроводящих материалов, для напыления тугоплавки материалов.

Плазменная дуга обладает большой тепловой мощностью, имеет более широкое применение: для сварки высоколегированной стали, сплавов титана, никеля, молибдена, вольфрама. Плазменную дугу применяют для резки материалов (меди, алюминия), наплавки тугоплавких материалов на поверхность.

Плазменной дугой можно сваривать металл толщиной до 10 мм без разделки кромок и применения присадочного материала. Так как плазменная дуга обладает высокой стабильностью, то обеспечивается повышенное качество сварных швов. Это позволяет выполнять микроплазменную сварку металла толщиной 0,025…0,8 мм.

Недостаток плазменной сварки – недолговечность горелок.

25. Причины возникновения дефектной продукции при обработки металлов давлением. Основы снижения количества дефектной продукции.

Обеспечение высокого качества продукции возможно только при систематическом, постоянном контроле технологического процесса и состояния изделий на всех основных переделах их производства.

Возникновение дефектной продукции возможно по большому количеству причин. Это может быть:

• плохой материал,

• плохая технология,

• плохая организация поставок,

• плохое освещение,

• перебои в электропитании,

• необученность персонала,

• большие потери на больничные листы,

и т.д.,

это может быть и злостная халатность и злой умысел.

Только последние две причины связаны с человеческим фактором. Все остальное – не вина, а беда, привнесенная плохим менеджментом.

Ликвидировать проблемы, значительно уменьшить количество брака, можно устранив основные причины возникновения брака на производстве.

При этом причины можно объединить в две большие группы: несовершенная работа и неполные знания.

26. Последовательность действий для улучшения качества технологического процесса. Виды брака и способы его устранения.

Обобщая сказанное можно определить следующую последовательность действий для улучшения качества технологического процесса:

Шаг 1 Оценка ситуации, предварительный анализ параметров, причин их отклонения от установленных норм (построение кривых нормального распределения)

Шаг 2 Выбор наиболее важных причин, от которых зависит решение задачи (построение диаграммы Парето).

Шаг 3 Выявление причин возникновения проблемы (построение диаграммы «причина-результат»).

Шаг 4 Разработка мер корректирующего воздействия. Их применение в технологическом процессе.

Шаг 5 Подтверждение полученных результатов (построение новых диаграмм и сравнение их с ранее построенными).