Контрольная работа по "Материаловедению"

Технологический процесс штамповки поковок методом высокоскоростного деформирования металла состоит из резки заготовок, их нагрева и штамповки.

Заготовки должны быть отрезаны с максимально возможной  точностью, так же как и при  штамповке методом выдавливания. Излишек металла повышает трудоемкость изготовления деталей при механической обработке и снижает стойкость штампа, а недостаток ведет к браку поковки. Для получения поковок высокой точности по массе и объему заготовки следует резать на специальных ножницах, снабженных дозирующим устройством и обеспечивающих перпендикулярность плоскости среза к оси заготовки.

Для штамповки  поковок ответственных деталей  следует резать заготовки на токарных автоматах с одновременным удалением  внешних пороков металла и  образованием на одном из торцов фаски  для лучшей фиксации заготовки в штампе и лучшего его заполнения.

В тех случаях, когда используют труднодсформируемые  сплавы или металлы, не поддающиеся  механической обработке, резку заготовок  можно производить электроискровым  способом.

Нагрев не должен сопровождаться образованием окалины (при скоростном методе деформирования нецелесообразно предусматривать переход для сбивки окалины с поверхности заготовки), производить его следует в индукторе, так как при нагреве в обычных окислительных печах с последующей гидроочисткой изменяется объем заготовки и нарушается точность, достигнутая при резке.

Штамповка осуществляется в закрытом штампе обычно за один удар. Обе половины штампа подвижные —  машина работает по принципу бесшаботного молота; ход нижней рамы 15 мм, этого  достаточно, чтобы не применять громоздкие шабот и фундамент.

Подвижные части  молота после удара уравновешиваются пружинными амортизаторами, установленными с обеих сторон станины.

Штамповку на горизонтально-гибочных машинах применяют для получения  заготовок из сортового или полосового материала больших габаритных размеров. Она может осуществляться как в горячем, так и в холодном состоянии. Как правило, изделия, получаемые гибкой, не подвергаются механической обработке, поэтому при конструировании деталей в чертеже следует предусмотреть все необходимые требования для обеспечения точности формы и размеров детали:

1. по возможности избегать гибки на ребро;
2. обеспечивать внутренние радиусы изгиба максимально возможными;
3. незначительные отклонения размеров в результате искажения проката в местах изгиба не учитывать и в чертеже не указывать

Горизонтально-гибочные машины позволяют осуществлять гибку V-образных (рисунок 3.9, а), П-образных (рисунок 3.9, б), дугообразных (рисунок 3.9, в) и круглых (рисунок 3.9, г) деталей.

Рисунок 3.9 – что позволяют сделать горизонтально-гибочные машины.

Вальцовка представляет собой разновидность прокатки, когда  деформирование штучной заготовки  производится в секторных штампах  ковочных вальцов (рисунок 3.10).

Рисунок 3.10 –  стадии вальцовки.

Ковочные вальцы относительно просты по конструкции, просты в эксплуатации и высокопроизводительны. Из мерных заготовок круглого, квадратного или прямоугольного поперечных сечений вальцовкой изготавливают фасонные заготовки удлиненной формы, переменного сечения и, как правило, с прямолинейной осью. Вальцовку применяют для изготовления заготовок под дальнейшую штамповку на прессах или молотах, а также для получения готовых поковок и как отделочную операцию.

Штамповку вальцовкой применяют при массовом и крупносерийном производствах для получения мелких и средних поковок переменного сечения и различной формы (например, гаечных ключей, плоскогубцев, звеньев транспортеров и т. п.). Поковки получают в «ленте» по несколько штук, расположенных в длину и соединенных между собой заусенцем. Параметр шероховатости поверхности таких поковок Rz = 320 -s- 40 мкм, производительность процесса оценивают тысячами штук в смену.

Отделочную  вальцовку применяют для получения  профильных заготовок, например турбинных  лопаток с припуском на рабочую поверхность до 0,2-0,15 мм, параметром шероховатости поверхности Rz до 3,2 мкм. Обычно такую вальцовку проводят в холодном состоянии, причем получаемые заготовки имеют окончательные размеры по толщине и профилю. Отделочная вальцовка дает значительный эффект: снижаются расход металла в среднем на 35 %, трудоемкость на 20 %, себестоимость на 35 %.

Штамповку на радиально-обжимных и ротационно-ковочных машинах осуществляют как в горячем, так и в холодном состоянии, обрабатывая осесимметричные детали с вытянутой осью.

Ротационное деформирование как метод точной обработки изделий  получило применение в производстве сравнительно недавно, чему способствовало появление специализированных радиально-обжимных и ротационно-ковочных машин с  программным управлением. Изделия, изготовляемые на этом оборудовании, имеют широкий диапазон размеров диаметра: от 0,15 мм (для прутка) до 600 мм (для трубной заготовки). Эскизы деталей, получаемых ротационным деформированием, приведены на рисунке 3.11.

На радиально-обжимных и ротационно-ковочных машинах можно изготавливать ступенчатые и удлиненные поковки и изделия из жаропрочных и малопластичных сталей и сплавов, сплавов на основе алюминия, а также из металлокерамики и металлопорошков, получать отверстия малых диаметров на относительно большой длине, производить сборочные операции.

Рисунок 3.11 - эскизы деталей, получаемых ротационным деформированием.

Точность и  шероховатость поверхности поковок  зависят от качества изготовления и  геометрии инструмента, режимов  обработки. При удовлетворительном сочетании всех факторов можно получить параметры шероховатости поверхности: Rz = 1,6 -J- 0,4 мкм при холодной и Rz – 2,0 -s- 6,3 мкм при горячей обработке. В этих случаях обжатие позволяет одновременно заменить точение и шлифование. Точность обработки при холодном обжатии соответствует 6-8-му при горячем — 11-13-му квалитетам.

В процессе ротационного обжатия улучшается структура металла, повышаются его механические свойства. Повышение прочности изделий  после обжатия предопределяет применение этого вида обработки в тех случаях, когда затруднено выполнение термической обработки.

Сущность процесса состоит в следующем: прутковая  заготовка подвергается обжатию  бойками, движущимися навстречу  друг другу; движение бойков у разных конструкций машин осуществляется по-разному; число бойков также может быть различным: два, три, четыре. Число обжатий у различных машин колеблется от нескольких сот до нескольких тысяч в минуту.

Основным преимуществом  данного вида обработки является получение поковок высокой точности с высокой чистотой поверхности. Дальнейшая механическая обработка, за исключением шлифования (в целях достижения необходимой точности) и последующих доводочных операций, в большинстве случаев излишняя.

Прочность изделий  увеличивается примерно на 30 %. Процесс позволяет значительно экономить металл. Так, при переводе изделий типа ступенчатых валов со штамповки или механической обработки на горячее обжатие экономия металла достигает 40-60 %. Производительность (по сравнению с токарной обработкой) возрастает в четыре-пять раз.

Поэтому перевод  изделий с обработки резанием на ротационное обжатие во всех типах  производства, кроме единичного, всегда является экономически целесообразным.

Раскатка кольцевых  заготовок широко распространена в  промышленности для получения заготовок колец сложного профиля, с поднутрениями, буртами, выточками и т. д.

Раскатка не является самостоятельным процессом  обработки металлов давлением, так  как исходные заготовки для раскатки обычно получают штамповкой, ковкой, литьем или из труб. Раскатку осуществляют как в горячем, так и в холодном состоянии.

В соответствии с габаритными размерами применяемого оборудования раскатке подвергают заготовки  с наружным диаметром от 40 до 2000 мм при высоте обрабатываемого обода  до 180 мм.

Основные преимущества раскатки следующие:

1. получение более сложного профиля и более точных размеров, чем при штамповке;
2. обеспечение в заготовке тангенциального расположения волокон металла, что значительно увеличивает надежность изделий;
3. значительная экономия металла, повышение коэффициента весовой точности до 0,7-0,75;
4. высокая производительность процесса (250 шт./ч крупных и 500 шт./ч мелких поковок);
5. снижение трудоемкости механической обработки на 20-30 %.

Недостаточная производительность (в ряде случаев  и точность) шлицефрезерования обусловила возникновение новых методов образования шлицев, в частности пластическим деформированием накаткой, т. е. превращением гладкой поверхности заготовки в ребристую определенного профиля. Этот процесс комбинированный, заготовки под накатку получают либо штамповкой, либо ковкой, в некоторых случаях заготовкой может служить пруток. Диаметр заготовки под накатку определяют опытным путем.

Основным оборудованием  являются специальные станы, действующие  по принципу поперечной прокатки, с принудительным вращением заготовки и пары накатных валков. Такой способ накатки в основном используют для горячей накатки зубьев колес, шлицев на валах и крупной резьбы. Мелкую резьбу накатывают в механических цехах плоскими плашками или роликами на резьбонакатных станках. [Ссылка 4]

4 Свариваемость металлов и сплавов

Совокупность технологических  характеристик основного металла, определяющих его реакцию на изменения, происходящие при сварке, и способность  при принятом технологическом процессе обеспечивать надежное в эксплуатации и экономичное сварное соединение, объединяют в понятие «свариваемость». Свариваемость не является неотъемлемым свойством металла или сплава, подобным физическим свойствам. Кроме технологических характеристик основного металла свариваемость определяется способом и режимом сварки, составом дополнительного металла, флюса, покрытия или защитного газа, конструкцией сварного узла и условиями эксплуатации изделия.

В зависимости от марки основного  металла и условий эксплуатации конструкции изменяется и совокупность показателей, определяющих понятие свариваемости. Так, под хорошей свариваемостью низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления конструкций, работающих при статических нагрузках, понимают возможность при обычной технологии получить сварное соединение, равнопрочное с основным металлом, без трещин в металле шва и без снижения пластичности в околошовной зоне. Металл шва и околошовной зоны в рассматриваемом случае должен быть стойким против перехода в хрупкое состояние при температуре эксплуатации конструкций и при концентрации напряжений, обусловленной формой узла.

При сварке легированных сталей, применяемых  для изготовления химической аппаратуры, под свариваемостью кроме указанных  выше показателей подразумевают  также стойкость против образования трещин и закалочных структур в околошовной зоне и обеспечение специальных свойств (коррозионной стойкости, прочности при высоких или низких температурах). При наплавке деталей, работающих на истирание, особое значение приобретает стойкость металла шва против эрозии, т. е. постепенного разрушения его вследствие механического износа.

С развитием техники одновременно с усложнением условий работы конструкций, применением высокопрочных  конструкционных материалов и предъявлением  повышенных требований к работоспособности изделия увеличивается и число показателей, входящих в понятие свариваемости.

В начальный период развития сварочной  техники все материалы и сплавы в зависимости от их способности  образовывать сварные соединения необходимого и достаточного качества разделяли на обладающие хорошей, удовлетворительной и неудовлетворительной свариваемостью. Для сталей в основном эта характеристика была связана с содержанием в них углерода. Современные знания о природе сварочных процессов позволяют утверждать, что все однородные металлы и сплавы могут образовывать при сварке плавлением сварные соединения удовлетворительного качества. Разница между металлами, обладающими хорошей и плохой свариваемостью, заключается в том, что для соединения последних необходима более сложная технология сварки (предварительный подогрев, ограничение погонной энергии сварки, последующая термообработка, сварка в вакууме, облицовка кромок и т. п.).

Усложнение технологии и применение специальных сварочных материалов делает изготовление сварных конструкций из этих материалов во многих случаях экономически нецелесообразным. По мере усовершенствования существующих и разработки новых сварочных процессов и сварочных материалов сокращается количество металлов и сплавов, изготовление сварных конструкций из которых не обеспечивает необходимой работоспособности и экономически нецелесообразно.

Оценку свариваемости, как правило, производят не по абсолютным величинам, а по сравнению со свойствами ранее  применявшихся материалов или со свойствами основного металла. Результаты испытания на свариваемость признают удовлетворительными в том случае, если они соответствуют нормативам, установленным техническими условиями на данный вид продукции. Ввиду того, что свариваемость определяется многими показателями, не удается создать единую методику испытания, позволяющую однозначно описать эту комплексную технологическую характеристику. Поэтому для оценки свариваемости применяют ряд испытаний. Выбор методов испытания обусловлен назначением конструкции и свойствами основного металла или сплава.