34. Опишите сущность свободной ковки металлов, перечислите технологические операции, применяемые при свободной ковке.

Свободная ковка представляет собой процесс пластической деформации нагретого до определенной температуры металла, происходящей под действием последовательных ударов бойка молота или под давлением пресса. В результате металл неограниченно течет во все стороны в пространстве между бойками и принимает форму заданной поковки. В большинстве случаев поковка служит заготовкой для дальнейшей механической обработки. Ковка не только изменяет форму н размеры обрабатываемого металла, но и способствует улучшению его структуры н механических свойств. Она измельчает и уплотняет зерна, устраняет внутренние раковины и пузыри. Свободная ковка обычно применяется для получения единичных поковок различной формы и размеров, а также при изготовлении небольших партий поковок. Она подразделяется на ручную и машинную.

 Процесс свободной ковки представляет собой последователь­ное чередование различных технологических операций, в резуль­тате выполнения которых, из заготовки простой формы получают поковку с формой и размерами, соответствующими чертежу и зна­чительно отличающимися от заготовки.

Технологические операции свободной ковки подразделяют на предварительные, основные, вспомогательные и отделочные.

К предварительным операциям относятся биллетировка и отрубка (рубка).

Биллетировка слитков предназначена для превращения слит­ка в болванку или заготовку. В процессе биллетировки выполняют незначительную проковку для обжатия углов слитка. Поверхност­ные слои металла слитка приобретают большую пластичность, что снижает количество дефектов, могущих возникнуть при дальней­шей ковке. Биллетировка слитков способствует заварке воздушных пузырей и других подкорковых дефектов литой структуры.

Отрубка предназначена для разделения слитка или заготовки на отдельные части.

К основным операциям свободной ковки относятся осадка, протяжка, гибка и скручивание, прошивка и пробивка, передача металла, кузнечная сварка. Разновидностью осадки является вы­садка. Разновидностями протяжки — разгонка и раскатка на оп­равке.

К вспомогательным операциям относятся наметка, пере­жим, надрубка, сбивка углов. При надрубке внедрение деформи­рующего инструмента происходит на неполную толщину заготовки, что необходимо для образования уступов, выступов, выемок.

К отделочным операциям относятся обрезка, проглаживание, правка и клеймение. В процессе обрезки устраняют заусенец. При проглаживании выравнивают поверхности плоской или круг­лой поковок путем пластического деформирования. Правка пред­назначена для ликвидации не предусмотренной чертежом кривиз­ны поковки.

Кроме перечисленных технологических операций свободной ков­ки при производстве поковок, часто выполняют завершающие опе­рации, к которым относятся термическая и химико-термическая обработка, очистка поковок от окалины и контроль их качества. 

47. Какова принципиальная особенность обработки металлов резанием при помощи протяжки? Приведите примеры применения обработки деталей протягиванием.

Протягивание — вид обработки металлов резанием, при котором используется специальный режущий инструмент, так называемые протяжки. Применяется для обработки внутренних, либо наружных поверхностей, металлических и неметаллических материалов.

Протягивание применяется в крупносерийном и массовом производстве металлоизделий. Протяжки различных конструкций — наружные, внутренние и дорны, являются одними из наиболее дорогих инструментов для выполнения металлообработки. Подчас каждая протяжка при своем изготовлении требует наивысшей точности и правильного расчета. Это обусловлено тем, что инструмент при протягивании работает в наиболее тяжёлых и суровых условиях огромных нагрузок (растяжение, сжатие, изгиб, абразивное и адгезионное выкрашивание лезвий протяжки). Протягиванию предшествуют подготовительные операции металлообработки, такие как сверление, зенкерование, развертывание, вырубка (т. е. для проведения протягивания требуется достаточно точно обработанная поверхность заготовки). Протягивание применяют для следующих операций:

- Обработка отверстий нарезного огнестрельного оружия (стволы пистолетов, пулемётов, пушек).

- Обработка посадочных поверхностей лопаток турбин авиадвигателей.

- Нарезание шлицов и шпоночных канавок.

- Обработка сложных наружных профилей.

- Калибрование цилиндрических, многогранных, фигурных отверстий.

Внутреннее протягивание широко применяют для обработки различных отверстий: цилиндрических, квадратных, многогранных, шлицевых, с различными профилями прямых и винтовых канавок, а также шпоночных и других фигурных пазов в отверстиях детали.  Диаметр протягиваемых отверстий 5… 400 мм, длина до 10 м.

Чаще всего протягивают отверстия диаметром 10…75 мм с длиной, не превышающей 2,5…3 диаметров, ширина протягиваемых пазов 1,5…100 мм.

Принцип протягивания заключается в том, что размер каждого последующего зуба протяжки больше предыдущего, при этом каждый зуб срезает с обрабатываемой поверхности заготовки стружку небольшой толщины, вследствие чего обработанная поверхность имеет малую шероховатость.

У протяжек главное движение   прямолинейно-поступательное, по направлению совпадает с осью инструмента.

Элементы круглой протяжки показаны на рисунке 4:

где   – замковая часть  для закрепления протяжки в патроне тянущего устройства станка;

         – шейка  для соединения замковой части с передней направляющей частью;

         – передняя направляющая часть (служит для центрирования обрабатываемой заготовки в начале резания);

        –  режущая часть  предназначена для срезания припуска;

        – калибрующая часть, форма и размеры зубьев которой соответствуют форме и размерам последнего режущего зуба;

         – задняя направляющая часть.

Рисунок 4. Элементы и геометрия зуба круглой протяжки

Передний угол  =5…20o выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала, задний угол  =1…4° в зависимости от точности обработки.

Протягивание проводят на горизонтальных и вертикальных протяжных станках.

На рисунке 5 показан общий вид горизонтально-протяжного станка, а на рисунке 6 – наладка станка на протягивание отверстия во втулке.

Рисунок 5. Общий вид горизонтально-протяжного станка 1 – станина; 2 – силовой гидроцилиндр; 3 – протяжка; 4 – патрон; 5 – планшайба

Рисунок 6. Конструктивная схема наладки горизонтально-протяжного станка на обработку отверстия во втулке.  1 – присоединительная деталь гидропривода;  2 – пружина; 3 – сухари; 4 – патрон; 5 – протяжка; 6 – приспособление;  7 – обрабатываемая деталь;  8 – втулка;  9 – опорная плита;  10 – втулка

Обрабатывать протягиванием можно лишь отверстия с достаточно толстыми стенками равномерной толщины.

Параметры резания при протягивании. При протягивании скоростью резания   является скорость поступательного движения протяжки относительно заготовки.

Скорость резания определяют по таблице в зависимости от требований точности обработки и параметров шероховатости. Обычно скорость резания составляет  =8…15 м/мин. Установленную нормативную скорость резания сравнивают с максимальной скоростью рабочего хода станка и скоростью резания, допускаемой мощностью двигателя станка.

В качестве рабочей скорости принимают наименьшую из сравниваемых скоростей.

Практическое значение имеет лишь осевая составляющая      силы резания, направленная в сторону, противоположную движению протяжки:

.

Эффективная мощность резания

.

Конструкция протяжек. По характеру обрабатываемых поверхностей протяжки делят на две основные группы: внутренние и наружные. Форма протяжки в поперечном сечении зависит от формы обрабатываемого отверстия.

Протягивание обеспечивает получение поверхностей с малой шероховатостью, а также размеров, соответствующих 6-8-му квалитетам точности. Протягивание является также высокопроизводительным технологическим способом обработки профильных отверстий и наружных поверхностей. С его помощью за смену можно обработать большое число заготовок, но только одного типоразмера. Поэтому обработка протягиванием рентабельна лишь в условиях крупносерийного и массового производства.

64. Перечислите типы источников питания для дуговой сварки, приведите электрические схемы и опишите основные характеристики источника питания переменного тока.

На практике в качестве источников сварочного тока применяются сварочные трансформаторы (для сварки на переменном токе);сварочные генераторы или полупроводниковые выпрямительные установки (для сварки на постоянном токе).

Источники питания сварочной дуги должны удовлетворять следующим требованиям:

1) напряжение холостого хода, т. е. напряжение на зажимах источника питания при разомкнутой сварочной цепи, должно быть достаточным для зажигания дуги, но не превышать значения, безопасного для сварщика;

2) мощность источника должна быть достаточной для питания дуги необходимым сварочным током;

3) источники питания сварочной дуги должны иметь устройства для плавного регулирования силы тока в необходимых для сварки пределах;

4) источники питания должны иметь небольшие массу, габариты и стоимость, а также быть удобными в эксплуатации.

Одной из важнейших характеристик источника питания сварочной дуги является его внешняя статическая (вольт-амперная) характеристика – зависимость напряжения в сварочной цепи от силы сварочного тока. Для ручной дуговой сварки источники тока должны обладать крутопадающей характеристикой. Такая характеристика обеспечивает ограничение тока короткого замыкания значением не более 1,5 от установленного сварочного тока.

Для осуществления устойчивого дугового разряда между электродом и свариваемым изделием к ним необходимо подвести напряжение от специального источника питания электрическим током. Такой источник должен обеспечивать легкое и надежное возбуждение дуги, устойчивое горение ее в установившемся режиме сварки, регулирование мощности (силы тока). Одной из характеристик источников тока является внешняя волътамперная характеристика, представляющая зависимость напряжения на выходных зажимах источника от силы тока нагрузки, выражаемая графически. Внешние вольтамперные характеристики источников питания сварочной дуги могут быть (рис. 7) падающими (напряжение уменьшается с увеличением сварочного тока), жесткими - уменьшения напряжения с увеличением силы тока не происходит, возрастающими — при увеличении силы тока напряжение возрастает. Наиболее часто используют источники с характеристиками первого типа. Между статической вольтамперной характеристикой дуги и внешней характеристикой источника питания должно быть определенное соответствие. При стабильном горении дуги требуется выполнение условия

I_д = I_и; U_д = U_и

При совмещении вольтамперных характеристик источника 2 и дуги 1 (рис. 8) такое условие может выполняться в двух точках: А и В. Однако, устойчивый процесс существования дуги будет лишь в точке А. В этой точке при уменьшении сварочного тока напряжение источника оказывается большим необходимого для горения дуги по статической характеристике ее, что приведет к возрастанию силы тока и процесс вернется в точку А. Увеличение силы тока в точке А требует возрастания напряжения, необходимого для горения дуги, согласно статической характеристике. Однако напряжение источника, согласно внешней характеристике, будет меньшим, что, в свою очередь, вызовет снижение силы тока. Поэтому сила тока уменьшится, и режим горения дуги вновь восстановится в точке А.

Рисунок 7. Внешние вольтамперные характеристики источников питания дуги: 1 – крутопадающая, 2 – пологопадающая, 3 – жесткая, 4 – возрастающая	Рисунок 8. Совмещение характеристик внешней источника питания дуги и статической дуги

При рассмотрении процесса в точке В картина иная. При уменьшении силы тока здесь для поддержания дугового разряда, согласно статической характеристике дуги, требуется более высокое напряжение. Его значение становится больше, чем может дать источник при этом же токе, и дуга, погаснет. Если в точке В сила тока увеличится, то напряжение дуги станет меньше напряжения источника. Избыток напряжения вызовет дальнейшее возрастание силы сварочного тока вплоть до значения, соответствующего силе тока в точке А. В результате процесс достигнет положения устойчивого горения в точке А.

Выбор источника питания по типу внешней характеристики производят в зависимости от способа сварки и конкретных условий ведения процесса. При ручной сварке применяют источники с крутопадающей внешней характеристикой. При этом частые изменения длины дуги сопровождаются незначительными изменениями сварочного тока и теплового режима сварки, что не отражается на размерах сварочной ванны и геометрических параметрах шва. Источники питания с пологопадающей внешней характеристикой применяют для автоматической сварки под слоем флюса и в среде защитных газов проволокой диаметром 1,6—2,0 мм. При этом поддержание постоянства параметром сварочного режима достигается за счет саморегулирования дуги. Оно заключается в изменении скорости плавления электродной проволоки при колебаниях длины дуги. Для этих условий необходимо, чтобы при небольших отклонениях длины дуги (а, следовательно, и напряжения) изменения силы тока были значительными. Это лучше обеспечивается при пологопадающей внешней характеристике источника. Сварка в защитных газах тонкой электродной проволокой на больших плотностях силы тока, когда статическая характеристика дуги имеет возрастающий характер, производится от источников тока, имеющих жесткую или слегка возрастающую характеристику. В этом случае процесс саморегулирования протекает более интенсивно, повышается устойчивость горения дуги, облегчается ее зажигание, уменьшается разбрызгивание.

С технологических позиций источник питания дуги должен легко настраиваться на нужный режим сварки. Для этой цели в них необходимы регулирующие устройства, позволяющие получать семейства однотипных внешних характеристик, различающихся значениями своих параметров (рис. 9).

Рисунок 9. Семейство внешних характеристик источника питания дуги:

а1, а, а2 — режимы сварки при сварочном токе I1, I, I2.

Важны и динамические свойства источников питания дуги. Сила тока и напряжение в дуге в процессе сварки беспрерывно меняются. Это связано с переходом капель электродного металла и наличием коротких замыканий. В эти моменты напряжение дуги падает до нуля, а сварочный ток возрастает. При возобновлении дугового разряда напряжение дуги вновь начинает возрастать от нуля до напряжения зажигания. При этом источник питания дуги должен изменять напряжение от нуля до напряжения холостого хода. Источник должен быстро реагировать на все изменения, проходящие в дуге. При этом сила тока и напряжение источника принимают свои установившиеся значения не мгновенно, а в течение некоторого времени в зависимости от его магнитной инерционности. Способность источника быстро реагировать на изменения, происходящие в дуге, определяет его динамические свойства. Чем быстрее источник питания дуги восстанавливает напряжение, тем лучше его динамические свойства. При этом обеспечиваются спокойный перенос металла с электрода в сварочную ванну, уменьшение разбрызгивания и улучшение качества сварки. Динамической характеристикой источника питания является время, необходимое для восстановления напряжения от нулевого значения в момент короткого замыкания, которое не должно быть более 0,05 м до рабочего напряжения. При этом и скорость нарастания силы тока короткого замыкания также должна быть оптимальной. При больших скоростях нарастания силы тока наблюдаются взрывной характер плавления электрода с сильным разбрызгиванием металла, при малых скоростях — затрудненное образование ионизованного промежутка и затрудненное возбуждение дуги. Источники питания дуги по современным стандартам характеризуются рядом параметров, получаемых при работе на установившихся режимах. К установившимся режимам относят работу источников при холостом ходе, рабочей нагрузке и коротком замыкании.

Номинальная сила тока определяет расчетное значение сварочного тока источника. Номинальные силы тока источников питания дуги соответствуют параметрическому ряду, обычно установленному для источников электрического тока. Номинальные сипы тока большинства выпускаемых источников питания находятся в пределах 50—1000 А.

Пределы регулирования сварочного тока указывают минимальные и максимальные значения тока, которые могут быть использованы при сварке. В большинстве случаев за максимальную силу тока принимают номинальную силу тока. Отношение максимальной силы тока к минимальной показывает кратность регулирования. Обычно она изменяется от трех и выше.

Напряжение холостого хода и значительной мере определяет условия зажигания и повторного возбуждения дуги и регулируется на зажимах источника при отсутствии нагрузки в строчном цепи.

Номинальное рабочее напряжение характеризует напряжение на зажимах источника под нагрузкой и условно определяется линейной функцией от сварочного тока. Для источников с номинальным значением сварочного тока до 600 А оно определяется по формуле U = 20 + 0,04 I_св, где I_св — сила сварочного тока. Для более мощных источников условное рабочее напряжение принимают равным 44 В и выше. Продолжительность работы источника при заданной мощности определяет возможность его перегрева.

Источники сварочного тока могут работать в одном из следующих режимов: перемежающемся, повторно-кратковременном и продолжительном.

Важной характеристикой источника тока является продолжительность работы (ПР) или продолжительность включения (ПВ). Обе характеристики, выраженные в процентах, необходимы для оценки повторно-кратковременного режима работы, на который рассчитан источник питания.

Для ручной сварки от однопостового источника продолжительность работы рассчитывается по формуле:

, (5)

где t_св – среднее время горения дуги;

t_х.х – время перерывов на смену электродов.

При автоматической и полуавтоматической сварке во время перерывов источник питания полностью отключается от сети, поэтому его режим характеризуется продолжительностью включения, которая рассчитывается по формуле:

(6)

где t_п – время пауз.

Для однопостовых трансформаторов и машин постоянного тока номинальные значения ПР и ПВ приняты равными 65 %, а для многопостовых источников тока – 100 %.

Наиболее распространенными источниками питания для сварки на переменном токе являются сварочные трансформаторы. Основные свойства сварочных трансформаторов – падающая внешняя характеристика, возможность регулирования режима и ограничения тока короткого замыкания – обусловливаются наличием в электрической сварочной цепи регулируемого индуктивного сопротивления:

, (7)

где U – напряжение в сварочной цепи;

Х – индуктивное сопротивление сварочной цепи;

R – активное (омическое) сопротивление цепи.

Активное сопротивление практически постоянно, а индуктивное зависит от значения тока нагрузки. При коротком замыкании за счет увеличения индуктивного сопротивления напряжение в сварочной цепи падает до минимального значения, что обеспечивает существенное снижение тока.

Различают две основные принципиальные электромагнитные схемы сварочных трансформаторов:

с нормальным (малым) магнитным рассеянием и дополнительной реактивной обмоткой-дросселем;

увеличенным магнитным рассеиванием (с подвижным магнитным шунтом или с подвижными обмотками).

Наибольшее распространение получили передвижные понижающие трансформаторы стержневого типа ТС и ТСК с увеличенным магнитным рассеиванием, имеющие подвижные вторичные обмотки.

Сварочный ток регулируется изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Передвижение вторичной обмотки осуществляется в вертикальном направлении вращением рукоятки, насаженной на ходовой винт, по которому перемещается гайка, запрессованная в верхнюю планку крепления катушек вторичной обмотки. При вращении рукоятки ходового винта по часовой стрелке вторичная обмотка опускается, при этом с уменьшением расстояния между обмотками индуктивность рассеивания понижается, а ток в сварочной цепи растет.

В трансформаторах ТСК для повышения коэффициента мощности (cos) параллельно первичной обмотке подключен конденсатор емкостью 190 мкф. Трансформаторы с подвижными обмотками получили широкое распространение. Одно из главных преимуществ их по сравнению со сварочными трансформаторами других типов состоит в том, что подвижная обмотка значительно меньше склонна к вибрации под действием переменных электродинамических сил, чем подвижные сердечники в дросселях или магнитные шунты.

магнитная и электрическая схемы трансформаторов типа ТС представлены на рис. 10.

Трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием относятся к стержневому типу (рис. 11). В них первичная и вторичная обмотки разнесены по высоте магнитопровода и имеют только электромагнитную связь.

Рисунок 11. Электромагнитные схемы трансформаторов с увеличенным магнитным рассеянием: а – с раздвижными обмотками, б – с подвижным магнитным шунтом, в с управляемым магнитным шунтом

При прохождении тока по обмоткам катушек возникают магнитные потоки, основная часть которых замыкается по сердечнику магнитопровода. Другая часть их замыкается по воздуху, создавая потоки рассеяния, наводящие в трансформаторе реактивную э.д.с., которая определяет его индуктивное сопротивление, обеспечивающее создание падающей вольтамперной характеристики. Сварочные трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием существуют трех типов: с раздвижными катушками, с подвижными магнитными шунтами, с управляемыми магнитными шунтами. В настоящее время трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием распространены более широко.

Трансформаторы с раздвижными катушками (рис. 11, а) состоят из магнитопровода 3 и двух обмоток, из которых первичная 1 закреплена неподвижно, а вторичная 2-—подвижная. Регулирование сварочного тока осуществляется изменением расстояния между ними. При удалении вторичной катушки от первичной увеличивается магнитный поток рассеяния и уменьшаются магнитная связь между обмотками и сварочный ток. При сближении катушек уменьшается индуктивное сопротивление, что приводит к увеличению сварочного тока. По этому принципу работают сварочные трансформаторы типа ТД, ТДМ. Трансформаторы этих типов наиболее часто используют для ручной дуговой сварки (Рис. 12 и 13).

Рисунок 12. Сварочный трансформатор ТД-500: 1-корпус, 2 ручка ходового винта, 3 переключатель ступеней	Рисунок 13. Внешние характеристики сварочного трансформатора ТД-500: - диапазон больших токов, - - диапазон малых токов

87. Рассчитать режим резания и основное технологическое время при выполнении операции обработки резанием детали в соответствии с данными, приведенными в табл. 2.

Решение:

1) эскиз заданной операции

Рисунок 14. Эскиз заданной операции

2) тип и модель металлорежущего станка

Вертикально-сверлильный 2С132ПМФ2

Технические характеристики

Параметры
Наибольший диаметр сверления в стали 45 ГОСТ 1050- 74, мм	32
Размеры конуса шпинделя по СТ СЭВ 147-75	Морзе 4
Наибольшая масса заготовки, кг	300
Количество управляемых осей координат	3
Наибольший ход шпинделя, мм	250
Расстояние от торца шпинделя, мм: до стола	500-750
Наибольшие (установочное) перемещение сверлильной головки, мм	170
Рабочая поверхность стола, мм	320х630
Наибольший ход стола, мм	300
Количество скоростей шпинделя	12
Количество подач	9
Пределы подач, мм/об	0,1-1,6
Суммарная мощность электродвигателей, кВт	4,87
Габарит станка: длина, ширина, высота, мм	1445х1825х2911
Масса станка, кг	4950

3) крепежное приспособление - на столе станка с помощью прижимных планок с бортами

Рисунок 15. Крепежное приспособление

4) режущий инструмент, его материал и геометрические параметры режущей части;

Сверло спиральное; быстрорежущая сталь Р6М5, Главный угол в плане =120

Рисунок 16. Сверло

5) режимы резания

1 Определение скорости резания сверления

Скорость резания сверления отверстия 12 на глубину 35мм, находим по формуле

, м/мин (1)

Где D – диаметр отверстия, мм; D=12мм

Т – стойкость сверла, мин, Т=15 мин выбирается по табл. 30[1] стр.279;

S₀ – подача на оборот, мм/об; S₀=0,25 мм/об выбираются по табл. 25[1] стр.277.

С_v,Кv, q,m,y, – коэффициенты, выбираются по табл. 29 стр. 279.

м/мин

При этом частота вращения сверла будет равна

об/мин (2)

Где V_рез – скорость резания, м/мин;

- постоянная =3.14;

D_св – диаметр сверла, мм.

По паспорту вертикально сверлильного станка 2С132ПМФ2, принимаем

n_ш =315об/мин.

Тогда фактическая скорость будет равна:

м/мин.

2 Определение крутящего момента и осевой силы резания

Крутящий момент и осевую силу резания находим по формуле:

(3)

(4)

Где S_z – подача на оборот, мм/об;

D – диаметр отверстия, мм

С,_м С_р,К_р, q,y – коэффициенты, выбираются по табл. 22[1] стр.273.

откуда ,

<15400Н

3 Определение мощности резания

Мощность резания фрезерования находим по формуле:

, кВт, (5)

Где – крутящий момент резания, Нм;

n_ш – частота вращения шпинделя, об/мин.

Откуда кВт

По паспорту станка 2С132ПМФ2 мощность двигателя Nдв=4 кВт, поэтому сверление возможно при выбранных режимах обработки.

4. Основное технологическое (машинное) время резания на выполнение операции.

Основное (технологическое) время при сверлении определяется по формуле

Т = L / n ּ S =39/315 ּ 0,25=0,5мин,

где L — расчетная длина обработки в мм; n — число оборотов инструмента в мин; S — осевая подача инструмента в мм/об. Расчетная длина L определяется следующей суммой:

L = l + l₁ + l₂.=35+3,5+1,5=39мм

Величина врезания l₁ мм при сверлении будет равна D/2 ּ ctg φ=12/2 ּ0,577=3,5мм. Величина выхода сверла l₂ = 1 – 2 мм.

Таблица 2