Tehnologiya_konstruktsionnyh_materialov

Формовка - изменение формы заготовки за счет местных деформаций растяжения. Частными случаями формовки являются изготовление различ-

ных ребер жесткости, углублений и выступов (рис. 4.40, а), увеличение диа-

метральных размеров средней части предварительно вытянутого стакана

(рис. 4.40, б) и другие.

Рис. 4.40. Формовка (а), раздача (б) и (в) обжим:

1- части матрицы; 2 - эластичный материал; 3 –штампованное изделие.

Раздача средней части вытянутого стакана 3 производится в разъемных мат-

рицах 1 с помощью резинового вкладыша 2, газа или жидкости под давлением.

Обжим - это операция, при которой обжимаемая часть заготовки 3 за-

талкивается в матрицу 1 и принимает форму полости матрицы (рис. 4.40, в).

При превышении допустимой степени формоизменения образуются складки на обжимаемом крае заготовки, и происходит осадка (посадка) цилиндриче-

ской части. Величина деформации характеризуется коэффициентом обжима,

равным отношению диаметра заготовки к диаметру изделия, который должен быть не более 1,2…1,3.

Отбортовка - образование борта по наружному контуру заготовки,

или по контуру ранее выполненного отверстия соответственно (рис. 4.41).

Для исключения образования трещин по краю отверстия, отношение диамет-

ра отверстия детали к диаметру отверстия заготовки не должна превышать допустимого (К= dи/do =1,4…1,6).

131

Штампы для листовой штамповки делятся по технологическим, конст-

руктивным и эксплуатационным признакам.

Рис. 4.41. Отбортовка:

1 – заготовка; 2 – пуансон; 3 – прижим; 4 – изде-

лие; 5 – матрица.

По технологическому признаку штампы делятся на однооперационные и многооперационные.

Штампы однооперационные (штампы простого действия) выполняют только одну операцию (вырубку, вытяжку, формовку и т.д.). Штампы много-

операционные (комбинированные) за один ход пресса производят две или несколько операций. Многооперационные штампы делятся на две подгруп-

пы: совмещенные и последовательные. В совмещенных штампах несколько операций осуществляется в одной позиции в течение одного хода пресса. В

штампах последовательного действия каждый переход осуществляется на отдельной позиции. Заготовка или лента перемещается от одной позиции к другой после каждого хода пресса в направлении подачи.

По конструктивному принципу штампы могут быть без направляющих и с направляющими (колонками, выступами и т.п.).

По эксплуатационному признаку штампы разделяются по способу по-

дачи заготовки и способу удаления отходов.

Для листовой штамповки в качестве оборудования применяют криво-

шипные и гидравлические прессы.

Контрольные вопросы.

1.Что такое прокатка?

2.Какие заготовки получают поперечно-клиновой прокаткой?

3.В чем разница между волочением прессованием?

4.Какие заготовки получают прессованием?

5.Опишите основные операции ковки?

132

6.Какие технологические требования к заготовке предъявляются ковкой?

7.В чем сущность объемной штамповки.

8.В чем разница между горячей, теплой и полугорячей штампов-

кой?

9.В чем разница между открытой и закрытой штамповкой?

10.Что такое холодная объемная штамповка?

11.Какие технологические требования к заготовке предъявляются штамповкой?

12.Перечислите основные разделительные операции.

13.Перечислите основные формоизменяющие операции.

14.Как осуществляется вытяжка заготовки?

133

ГЛАВА 5. СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Сварка – процесс получения неразъемных соединений посредством ус-

тановления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагре-

вании и (или) пластическом деформировании (ГОСТ 2601-84*). Сварка нахо-

дит широкое применение во всех отраслях промышленности. Сварка приме-

няется как отдельный процесс при изготовлении сложных пространственных конструкций, так и в сочетании с обработкой металлов давлением, литьем,

обработкой металлов резанием.

5.1. Физико-химические основы получения сварного соединения.

Основы процесса соединения двух металлов

Всякое твердое или жидкое тело представляет собой систему атомов,

ионов или молекул, связанных между собой внутренними силами притяже-

ния. Для соединения двух твердых тел с получением общего монолита необ-

ходимо установить между их поверхностными атомами непосредственную связь, т.е. сблизить их на расстояния, сопоставимые с величиной параметра кристаллической решетки. При этом надо преодолеть энергетический барьер потенциальной энергии системы атомов поверхностных слоев (необходимо затратить дополнительную энергию - энергию активации поверхности). В зо-

ну сварки такую энергию можно внести различными способами: в виде теп-

лоты (термическая активация); в виде упруго – пластической деформации

(механическая активация); в виде электронного или ионного облучения (ра-

диационная активация).

По агрегатному состоянию зоны сварки различают сварку плавлением и сварку давлением.

Различают два вида сварки: сварку давлением и сварку плавлением.

При сварке давлением заготовки соединятся путем совместной пласти-

ческой деформации поверхностей. В процессе сближения заготовок пласти-

чески деформируются микронеровности, разрушаются и удаляются окисные пленки, обеспечивается плотный контакт между заготовками и условия для

134

возможно появление закалочных структур. Участок 3 – нормализация. Уча-

сток относительно недолго нагревается от 930 до 1 100ºС. Металл участка имеет мелкозернистую структуру с вы-

сокими механическими свойствами.

Рис. 5.2. Строение зоны сварного со-

единения легированной стали: 1…6 –

участки зоны термического влияния.

Участок 4 – неполная рекристаллиза-

ция. Это участок, в котором крупные зерна феррита окружены мелкими зер-

нами феррита и перлита. Участок 5 – рекристаллизация. Участок часто на-

блюдается после сварки заготовок прошедших предварительную пластиче-

скую деформацию (поковки, прокат). Участок характеризуется восстановле-

нием формы и размеров разрушенных при деформации зерен. Участок 6 - си-

неломкость. Участок лежит в интервале температур 200…400оС, что соответ-

ствует, синим цветам побежалости и характеризуется снижением пластично-

сти металла.

При высоких температурах в зоне сварки (2 000…6 000оС) молекулы газовой атмосферы переходят в атомарное состояние, одновременно проис-

ходит разложение материала покрытий. Атомарный водород, кислород и азот интенсивно растворяются в металле, что ухудшает механические свойства шва (снижается пластичность, повышается хрупкость). Плавиковый шпат и известняк, входящие в состав многих покрытий разлагаются на составляю-

щие с прохождением следующих реакций: CaF2 → Ca+2F; CaCO3 →

CaO+CO2. Свободный фтор ухудшает условия горения сварочной дуги (при дуговой сварке), одновременно, свободный водород связывается в устойчи-

вые, нерастворимые в металле молекулы: CaF2+H =CaF+HF. Часть серы, рас-

137

творенной в стали в виде FeS, удаляется в шлак вследствие протекания реак-

ции FeS+CaO = CaS+FeO.

Жидкий металл сварочной ванны может окисляться свободным кисло-

родом газовой атмосферы, кислородом, находящимся на кромках заготовок в виде оксидов (в окалине и в ржавчине), под влиянием химически активных к кислороду окислов кремния SiO2 и марганца MnO, паров воды и углекислого газа. Оксиды Fe3O4 и Fe2O3 при сварочных температурах переходят в закись

FeO (Fe3O4+Fe = 4FeO; Fe2O3+Fe = 3FeO), растворимую в железе. В результа-

те в шве образуются включения, ухудшающие его качество. Железо, медь,

кобальт, никель поглощают водород в твердом состоянии. При плавлении этих металлов, растворимость водорода увеличивается. Поэтому при кри-

сталлизации сварного шва возможна его пористость. Титан, ванадий, тантал,

ниобий, редкоземельные металлы при большой концентрации водорода по-

глощают его с образованием гидридов, при малых концентрациях – с образо-

ванием твердых растворов. Кремний, алюминий, хром, углерод уменьшают растворимость водорода в сталях. Азот растворяется в железе, молибдене,

титане, марганце, с образованием нитридов MeN. Нитриды, увеличивая прочность сварного шва, снижают его пластичность. Взаимодействуя с желе-

зом, сера образует сернистые соединения. При кристаллизации сульфид же-

леза FeS образует эвтектику FeS - Fe, имеющую температуру плавления

940оС. Эвтектика располагается между зернами кристаллизующегося железа и вызывает т.н. горячие трещины (красноломкость). Фосфор содержится в металле шва в виде фосфидов железа FeP и FeP2. Фосфиды уменьшают удар-

ную вязкость стали и способствуют появлению т.н. холодных трещин. Для уменьшения вредного влияния фосфора, в сварочную ванну вводят элементы

(кальций или марганец), способные связать фосфор в нерастворимые железе соединения и удалить их в шлак.

Классификация видов сварки

По используемой энергии все виды сварки можно разделить на:

138