1.Механические свойства металлов

Основными механическими свойствами являются прочность, пластичность, твердость. Зная механические свойства, конструктор обоснованно выбирает соответствующий материал, обеспечивающий надежность и долговечность конструкций при их минимальной массе. Механические свойства определяют поведение материала при деформации и разрушении от действия внешних нагрузок.

В зависимости от условий нагружения механические свойства могут определяться при:

1. Статическом нагружении – нагрузка на образец возрастает медленно и плавно.

2. Динамическом нагружении – нагрузка возрастает с большой скоростью, имеет ударный характер.

3. Повторно, переменном или циклическим нагружении – нагрузка в процессе испытания многократно изменяется по величине или по величине и направлению.

Для получения сопоставимых результатов образцы и методика проведения механических испытаний регламентированы ГОСТами.

Прочность – способность материала сопротивляться деформациям и разрушению.

Испытания проводятся на специальных машинах, которые записывают диаграмму растяжения, выражающую зависимость удлинения образца Δl (мм) от действующей нагрузки Р, то есть Δl = f(P). Но для получения данных по механическим свойствам перестраивают: зависимость относительного удлинения Δl от напряжения δ.

Пластичность – способность материала к пластической деформации, то есть способность получать остаточное изменение формы и размеров без нарушения сплошности. Это свойство используют при обработке металлов давлением.

Характеристики:

• относительное удлинение:

l_о и l_к – начальная и конечная длина образца;

Δl_ост – абсолютное удлинение образца, определяется измерением образца после разрыва.

• относительное сужение:

F_о – начальная площадь поперечного сечения;

F_к – площадь поперечного сечения в шейке после разрыва.

Относительное сужение более точно характеризует пластичность и служит технологической характеристикой при листовой штамповке.

Пластичные материалы более надежны в работе, так как для них меньше вероятность опасного хрупкого разрушения.

Твердость – это сопротивление материала проникновению в его поверхность стандартного тела (индентора), не деформирующегося при испытании.

Твердость по Бринеллю

Испытание проводят на твердомере Бринелля (рисунок 1, позиция а). В качестве индентора используется стальной закаленный (см. Закалка стали) шарик диаметром D 2,5; 5; 10 мм, в зависимости от толщины изделия.

Нагрузка Р, в зависимости от диаметра шарика и измеряемой твердости: для термически обработанной стали и чугуна – P = 30 D², литой бронзы и латуни – P = 10 D², алюминия и других очень мягких металлов – P = 2.5 D².

Продолжительность выдержки τ: для стали и чугуна – 10 с, для латуни и бронзы – 30 с.

Полученный отпечаток измеряется в двух направлениях при помощи лупы Бринелля. Твердость определяется как отношение приложенной нагрузки Р к сферической поверхности отпечатка F:

Стандартными условиями являются D = 10 мм; Р = 3000 кгс; τ = 10 с. В этом случае твердость по Бринеллю обозначается НВ 250, в других случаях указываются условия: НВ D / P / τ, НВ 5/ 250 /30 – 80.

Твердость по Роквеллу

Метод основан на вдавливании в поверхность наконечника под определенной нагрузкой (рисунок 1, позиция б).

Индентор для мягких материалов (до НВ 230) – стальной шарик диаметром 1/16” (Ø1,6 мм), для более твердых материалов – конус алмазный.

Нагружение осуществляется в два этапа. Сначала прикладывается предварительная нагрузка P_о (10 ктс) для плотного соприкосновения наконечника с образцом. Затем прикладывается основная нагрузка Р₁, втечение некоторого времени действует общая рабочая нагрузка Р. После снятия основной нагрузки определяют значение твердости по глубине остаточного вдавливания наконечника h под нагрузкой P_о.

Твердость по Виккерсу

Твердость определяется по величине отпечатка (рисунок 1, позиция в). В качестве индентора используется алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине 136^o.

Твердость рассчитывается как отношение приложенной нагрузки P к площади поверхности отпечатка F:

Нагрузка Р составляет 5…100 кгс. Диагональ отпечатка d измеряется при помощи микроскопа, установленного на приборе.

Преимущество данного способа в том, что можно измерять твердость любых материалов, тонкие изделия, поверхностные слои. Высокая точность и чувствительность метода.

Способ микротвердости – для определения твердости отдельных структурных составляющих и фаз сплава, очень тонких поверхностных слоев (сотые доли миллиметра).

Аналогичен способу Виккерса. Индентор – пирамида меньших размеров, нагрузки при вдавливании Р составляют 5…500 гс.

2. Горячая объёмная штамповка (ГОШ) — это вид обработки металлов давлением, при которой формообразование поковки из нагретой до ковочной температуры заготовки осуществляют с помощью специального инструмента — штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки. В качестве заготовок для горячей штамповки применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные (мерные) заготовки, хотя иногда штампуют из прутка с последующим отделением поковки непосредственно на штамповочной машине.

Применение объёмной штамповки оправдано при серийном и массовом производстве. При использовании этого способа значительно повышается производительность труда, снижаются отходы металла, обеспечиваются высокие точность формы изделия и качество поверхности. Штамповкой можно получать очень сложные по форме изделия, которые невозможно получить приёмами свободной ковки.

Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла – облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл заполнить всю полость. В конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять высокие требования к точности заготовок по массе. Недостаток такого способа штамповки - необходимость удаления облоя при последующей механической обработке. Штамповкой в открытых штампах можно получить поковки всех типов.

Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остаётся закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа постоянный и небольшой, образование в нём облоя не предусмотрено. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которой штампуют. Например, нижняя половина штампа может иметь полость, а верхняя – выступ (на прессах), или верхняя – полость, а нижняя – выступ (на молотах). Закрытый штамп может иметь две взаимно перпендикулярные плоскости разъема. При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объёмов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше требуемого. Отрезка заготовок должна обеспечивать высокую точность.

Билет №9

1. Прокатка – это способ обработки пластическим деформированием – наиболее распростран¨нный. Прокатке подвергают до 90 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. Сущность процесса: заготовка обжимается (сдавливается), проходя в зазор между вращающимися валками, при этом, она уменьшается в своём поперечном сечении и увеличивается в длину. Форма поперечного сечения называется профилем. Процесс прокатки обеспечивается силами трения между вращающимся инструментом и заготовкой, благодаря которым заготовка перемещается в зазоре между валками, одновременно деформируясь.   Способы прокатки   Когда требуется высокая прочность и пластичность, применяют заготовки из сортового или специального проката. В процессе прокатки литые заготовки подвергают многократному обжатию в валках прокатных станов, в результате чего повышается плотность материала за сч¨т залечивания литейных дефектов, пористости, микротрещин. Это придает заготовкам из проката высокую прочность и герметичность при небольшой их толщине. При продольной прокатке деформация осуществляется между вращающимися в разные стороны валками (рис.10.2 а). Заготовка втягивается в зазор между валками за счет сил трения. Этим способом изготавливается около 90 % проката: весь листовой и профильный прокат. Поперечная прокатка (рис. 10.2.б). Оси прокатных валков и обрабатываемого тела параллельны или пересекаются под небольшим углом. Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения – в противоположном. Поперечно – винтовая прокатка (рис. 10.2.в). Валки, вращающиеся в одну сторону, установлены под углом друг другу. Прокатываемый металл получает ещ¨ и поступательное движение. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки движется по винтовой линии. Применяется для получения пустотелых трубных заготовок.   В качестве инструмента для прокатки применяют валки прокатные, конструкция В зависимости от прокатываемого профиля валки могут быть гладкими, применяемыми для прокатки листов, лент и т.п. и калиброванными для получения сортового проката.

Технологический процесс прокатки   Исходным продуктом для прокатки могут служить квадратные, прямоугольные или многогранные слитки, прессованные плиты или кованые заготовки. Процесс прокатки осуществляется как в холодном, так и горячем состоянии. Начинается в горячем состоянии и проводится до определ¨нной толщины заготовки. Тонкостенные изделия в окончательной форме получают, как правило, в холодном   Основными технологическими операциями прокатного производства являются подготовка исходного металла, нагрев, прокатка и отделка проката. Подготовка исходных металлов включает удаление различных поверхностных дефектов (трещин, царапин, закатов), что увеличивает выход готового проката. Нагрев слитков и заготовок обеспечивает высокую пластичность, высокое качество готового проката и получение требуемой структуры. Необходимо строгое соблюдение режимов нагрева. Основное требование при нагреве: равномерный прогрев слитка или заготовки по сечению и длине до соответствующей температуры за минимальное время с наименьшей потерей металла в окалину и экономным расходом топлива. Температуры начала и конца горячей деформации определяются в зависимости от температур плавления и рекристаллизации. Прокатка большинства марок углеродистой стали начинается при температуре 1200…1150 0С, а заканчивается при температуре 950…9000С. Существенное значение имеет режим охлаждения. Быстрое и неравномерное охлаждение приводит к образованию трещин и короблению. При прокатке контролируется температура начала и конца процесса, режим обжатия, настройка валков в результате наблюдения за размерами и формой проката. Отделка проката включает резку на мерные длины, правку, удаление поверхностных дефектов и т.п. Готовый прокат подвергают конечному контролю. Прокатный стан – комплекс машин для деформирования металла во вращающихся валках и выполнения вспомогательных операций (транспортирование, нагрев, термическая обработка, контроль и т.д.). Оборудование для деформирования металла называется основным и располагается на главной линии прокатного стана (линии рабочих клетей).

2. Литье в землю. Основным достоинством литья в землю являются относительно незначительные затраты на оснастку. Этот способ используется для изготовления отливок в единичном производстве. К недостаткам его следует отнести большую трудоемкость формовки, невысокую точность размеров отливок, большие припуски для последующей механической обработки и грубую чистоту поверхностей. Процесс получения отливок состоит из следующих операций:

изготовления моделей и стержневых ящиков;

изготовления литейных форм по моделям (если отливки сложные или больших размеров, земляные формы сушат при температуре 300-400° С, отливки небольших средних размеров получают в сырых формах);

изготовления стержней и их сушки;

расплавления металла и заливки форм жидким металлом;

выбивки и очистки отливок.

Модель изготовляют из дерева или из металла. Размеры модели несколько больше размеров детали. Это вызывается усадкой металла, т. е. уменьшением его размеров при остывании. Усадка составляет от 0,3 до 3,9%.

Например, стали дают усадку 1,4-2%, алюминиевые и магниевые сплавы -0,3-1,2%, чугуны -0,9-1,3%.

Расплавленный металл заливают как в сырые, так и в предварительно высушенные формы. Металл для литья расплавляют в специальных печах. Чугун плавят в вагранках - печах, которые напоминают по устройству маленькую доменную печь; углеродистые стали - в малых бессемеровских конверторах, а легированные стали - в дуговых и индукционных электрических печах. Алюминиевые и цинковые сплавы плавят также в электропечах. Металл нагревают несколько выше температуры плавления, чтобы улучшить его текучесть и обеспечить хорошее заполнение формы. Например, температура заливки чугуна 1250-1300° С, тогда как температура его плавления 1100° С.

Жидкий металл заливают в формы через литники (каналы) непрерывной струей. Воздух и газы, образующиеся от соприкосновения формы с расплавленным металлом, уходят через выпоры * и отверстия, сделанные в форме. Форму наполняют до тех пор, пока металл не покажется в выпорах и прибылях **. Это делается для того, чтобы в отливках не получились усадочные раковины.

*Выпор - вертикальный канал, соединяющий самую высокую точку полости формы с верхней поверхностью опоки (опока - ящик без дна и верха для изготовления литейной формы). Выпор служит для отвода из формы газов и контроля заполнения формы металлом.

** Прибыль - элемент литниковой системы, предназначенный для питания металлом отливки в процессе ее затвердевания.

Сплошные отливки без полостей получают заливкой жидкого металла в рабочую полость формы, в которой нет стержня. Для получения пустотелой отливки в рабочую полость формы помещают стержень, который препятствует сплошному ее заполнению жидким металлом. В том месте, где находится стержень, в отливке образуется полость, соответствующая размерам и очертаниям стержня.

После затвердевания и полного охлаждения металла отливки выбивают из форм, а стержни - из отливок. Выбивку выполняют вручную или при помощи механических вибраторов и выбивных решеток.

Литники и выпоры после выбивки отливок из формы обрубают зубилом или обрезают пилами. Отливки очищают от пригоревшей земли пескоструйными аппаратами.

Литьё по выплавляемым моделям

Ещё один способ литья — по выплавляемой модели — известен с глубокой древности. Он применяется для изготовления деталей высокой точности и сложной конфигурации, невыполнимых другими методами литья (например, лопатки турбин и т. п.) Из легкоплавкого материала: парафин, стеарин и др., (в простейшем случае — из воска) путём его запрессовки в пресс-форму изготавливается точная модель изделия и литниковая система. Наиболее широкое применение нашёл модельный состав П50С50, состоящий из 50 % стеарина и 50 % парафина, для крупногабаритных изделий применяются солевые составы, менее склонные к короблению. Затем модель окунается в жидкую суспензию пылевидного огнеупорного наполнителя в связующем. В качестве связующего применяют гидролизованный этилсиликат марок ЭТС 32 и ЭТС 40, гидролиз ведут в растворе кислоты, воды и органического растворителя (спирт, ацетон). В настоящее время в ЛВМ нашли применения кремнезоли, не нуждающиеся в гидролизе в цеховых условиях и являющиеся экологически безопасными. В качестве огнеупорного наполнителя применяют: электрокорунд, дистенсилиманит, кварц, шамот и т. д. На модельный блок (модель и ЛПС) наносят суспензию и производят обсыпку, так наносят от 6 до 10 слоёв. С каждым последующим слоем фракция зерна обсыпки меняются для формирования плотной поверхности оболочковой формы. Сушка каждого слоя занимает не менее получаса, для ускорения процесса используют специальные сушильные шкафы, в которые закачивается аммиачный газ. Из сформировавшейся оболочки выплавляют модельный состав: в воде, в модельном составе, выжиганием, паром высокого давления. После сушки и вытопки блок прокаливают при температуре примерно 1000 °С для удаления из оболочковой формы веществ способных к газообразованию. После чего оболочки поступают на заливку. Перед заливкой блоки нагревают в печах до 1000 °С. Нагретый блок устанавливают в печь и разогретый металл заливают в оболочку. Залитый блок охлаждают в термостате или на воздухе. Когда блок полностью охладится его отправляют на выбивку. Ударами молота по литниковой чаше производится отбивка керамики, далее отрезка ЛПС.Таким образом получаем отливку.

Преимущества этого способа: возможность изготовления деталей из сплавов, не поддающихся механической обработке; получение отливок с точностью размеров до 11 — 13 квалитета и шероховатостью поверхности Ra 2,5—1,25 мкм, что в ряде случаев устраняет обработку резанием; возможность получения узлов машин, которые при обычных способах литья пришлось бы собирать из отдельных деталей. Литье по выплавляемым моделям используют в условиях единичного (опытного), серийного и массового производства.

В силу большого расхода металла и дороговизны процесса ЛВМ применяют только для ответственных деталей.

Процесс литья по выплавляемым моделям базируется на следующем основном принципе:

• Копия или модель конечного изделия изготавливаются из легкоплавкого материала.

• Эта модель окружается керамической массой, которая затвердевает и образует форму.

• При последующем нагревании (прокалке) формы модель отливки расплавляется и удаляется.

• Затем в оставшуюся на месте удалённого воска полость заливается металл, который точно воспроизводит исходную модель отливки.

Литьё в оболочковые формы — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы).

Оболочковую форму получают одним из двух методов. Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300 °C, выдерживают в течение нескольких десятков секунд до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 600—700 °C) на модели. Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью, наличие которой воздействует также на температурный режим охлаждающейся отливки.

Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.

Билет №10

1.Прессование — процесс выдавливания металла заготовки из замкнутой полости контейнера через матрицу, площадь отверстия которой меньше площади поперечного сечения исходной заготовки. Прессованием получают изделия с разнообразными формами поперечного сечения.При прессовании металл подвергается всестороннему сжатию и поэтому имеет весьма высокую пластичность, что позволяет обрабатывать низко-пластичные металлы и сплавы.

Волочение — процесс протягивания катаного или прессованного прутка (или трубы) через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемом волочильной матрицей. Волочение обеспечивает точные размеры по сечению, высокую чистоту поверхности, увеличивает прочность материала. Этим способом получают проволоку, тонкостенные трубы, фасонные профили и т. п.

Ковка - процесс горячей обработки металлов давлением с помощью бойков или универсального подкладного инструмента. При ковке заготовка постепенно меняет форму за счет неоднократных ударов молота (ходов пресса) при кантовке, подаче, повороте заготовки.

При деформировании между бойками молота или пресса металл заготовки течет свободно в направлениях, не ограниченных рабочими плоскостями инструмента. Пластическое формоизменение (течение металла) определяется главным образом силами контактного трения, возникающими в месте контакта поковки с инструментом, и в редких случаях — формой инструмента.

Основными операциями ковки являются протяжка -удлинение заготовки или ее части за счет уменьшения плошади поперечного сечения — и осадка — уменьшение высоты заготовки при увеличении площади её поперечного сечения.

2. Ручная дуговая сварка — сварка, источником энергии которой является электрическая дуга.

Используется для сварки углеродистых сталей обычного качества, качественных сталей с различным содержанием марганца, низколегированных и легированных, жаропрочных и жаростойких сталей, чугуна и цветных металлов.

Требования к электродам, применяемым при сварке в России, описаны в ГОСТ 9466—75, ГОСТ 9467—75 и ГОСТ 10052—75.

Для ручной дуговой сварки используют плавящиеся и неплавящиеся электроды. Электроды изготовлены из проволоки и электродного покрытия.

Выбор электродов зависит от ряда факторов, в том числе присадочного материала, положения сварки и требуемых свойств сварного шва. Покрытие используют для поддержания устойчивого горения дуги; защиты зоны сварочной дуги от воздействия кислорода, азота, водорода в воздухе. Чтобы предотвратить сварочное загрязнение, в покрытие вводят раскислители для очистки сварного шва, что улучшает стабильность дуги и обеспечивает процесс легирующими элементами, улучшающими качество сварки.

Состав металла электродов схож или идентичен металлу основного материала. Но часто существует небольшое различие, которое сильно воздействует на свойства получаемого сварного шва. Например, электроды из нержавеющей стали иногда используются для сварки изделий из углеродистой стали и для сварки деталей из нержавеющей стали с углеродистой сталью.

В состав электродных покрытий могут входить рутил, фторид кальция, целлюлоза, порошок железа и др. Рутиловые электроды с покрытием с 25% -45% TiO2 , характеризуются простотой в использовании и хорошим внешним видом получаемого шва. Тем не менее, получаемые с их использованием сварные швы имеют высокое содержание водорода, что приводит к хрупкости шва. Электроды, содержащие фторид кальция (CaF2) являются гигроскопичными и должны храниться в сухих условиях. Они производят прочные сварные швы, но с грубой и выпуклой поверхностью. Электроды, покрытые целлюлозой, особенно в сочетании с рутилом, обеспечивают глубокое проникновение сварного шва в изделие. При это необходимо предпринимать специальные меры для предотвращения образования трещин. В международной практике приняты следующие сокращения для обозначения типа покрытия сварочных электродов для ручной дуговой сварки:

• A - Кислое; RA - Рутилово-кислое;

• B - Основное; RB - Рутилосновное;

• C - Целлюлозное; RC - Рутилцеллюлозное;

• R - Рутиловое; RR - Рутиловое толстое;

• S - другое.

Для идентификации электродов, американское сварочное общество присвоило электродам четырех- или пятизначные номера и буквы. Обозначение электродов, изготовленных из мягкой и низколегированной стали начинается с буквы Е, затем следует число. Первые две или три цифры номера указать предел прочности на разрыв металла сварного шва, в тысячу фунтов на квадратный дюйм. Предпоследняя цифра 1 - быстро затвердевающие электроды, 2 - быстро заполняющие электроды для горизонтальной сварки. Сварочный ток и тип покрытия электрода определяются последними двумя цифрами.

В России электроды, предназначенные для сварки углеродистых и низколегированных сталей, а также легированных с повышенной и высокой прочностью маркируются так: первым ставится индекс Э - электрод для ручной дуговой сварки и наплавки; последующие цифры обозначают предел прочности при растяжении в кгс/мм2; индекс А информирует, что металл шва имеет повышенные свойства по пластичности и ударной вязкости.

Электроды для сварки теплоустойчивых, высоколегированных сталей и для наплавки, имеют обозначения: индекс Э - электрод для ручной дуговой сварки и наплавки; дефис; последующие цифры указывают на содержание углерода в сотых долях процента; следующие буквы и цифры, определяют содержание химических элементов в процентах^[1].

В России покрытые электроды для ручной дуговой сварки или наплавки регламентируются следующими стандартами:

• ГОСТ 9466*75 "Электроды покрытые для ручной дуговой сварки и наплавки. Классификация и общие технические условия";

• ГОСТ 9467*75 "Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей";

• ГОСТ 10052*75 "Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами";

• ГОСТ 10051*75 "Электроды покрытые металлические для ручной дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами".

В международной практике действующими стандартами на электроды являются стандарты ISO:

• ISO 2560*73 "Электроды покрытые для ручной дуговой сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей. Система условных

обозначений" устанавливает систему условных обозначений электродов в зависимости от состава покрытия и характеристик металла сварного шва. Распространяется на покрытые электроды, предназначенные для ручной дуговой сварки мало*углеродистых и низколегированных сталей с прочностью от 490 до 590 Н/мм2.

• ISO 3580*75 "Электроды покрытые для ручной дуговой сварки теплоустойчивых сталей. Система условных обозначений".

• ISO 3581*76 "Электроды покрытые для ручной дуговой сварки коррозионностойких и других высоколегированных сталей. Система

условных обозначений".

Режимы ручной дуговой сварки имеют основные и дополнительные параметры. Основные параметры - диаметр электрода; сила, род и полярность сварочного тока; напряжение дуги. Дополнительные - состав и толщина покрытий, число проходов, положение шва в пространстве.

Техника выполнения ручной дуговой сварки во многом зависит от пространственного положения сварного шва. При сварке различают нижнее (0–60°), вертикальное (60–120°) и потолочное (120–180°) положения

Билет №11

1. Способ дуговой сварки в защитных газах заключается в том, что в зону дуги поступает защитный газ. Выделяемое дугой тепло расплавляет основной металл и электрод. Остывая, металл сварочной ванны образует сварочный шов. Защитный газ изолирует расплавленный металл от газов в воздухе, препятствуя их взаимодействию.

По виду применяемых защитных газов, этот вид сварки разделяется на сварку:

• В инертных газах;

• В активных газах;

• В с смеси инертных и активных газах;

• Сварку со струйной защитой.

В качестве защитных газов в сварочном процессе используются инертные (аргон и гелий), активные (углекислый газ, водород, кислород и азот) газы, газовые смеси (Аг + Не, Аг + СО₂, Аг + О₂, СО₂ + О₂ и др.).

Активные газы используются для обеспечения необходимых свойств шва свариваемых металлов. Используя газовые смеси, добиваются устойчивости дуги, улучшение формы шва, уменьшения разбрызгивания свариваемого металла.

Дуговая сварка в защитных газах по виду дуги различается на:

• Сварку постоянной дугой;

• Сварку импульсной дугой.

В зависимости от типа электродов сварка в защитных газах разделяется на сварку плавящимся или неплавящимся электродом. При сварке неплавящимся электродом применяются инертные газы — аргон и гелий или их смеси.

При аргонодуговой сварке источником теплоты является электрическая дуга, которая горит между электродом (непдавящимся — вольфрамовым или плавящимся — сварочной проволокой) и свариваемым металлом. Сущность процесса аргонодуговой сварки заключается в том, что конец вольфрамового электрода и присадочной проволоки (при ручной сварке), сварочная дуга, ванна расплавленного металла и прилегающие к нему участки нерасплавленного металла защищены аргоном, непрерывно вытекающим струей из сопла сварочной горелки. Оболочка аргона защищает расплавленный металл и прилегающий к нему нерасплавленный металл, нагретый до высокой температуры, от образования окислов и других соединений в контакте с окружающим воздухом. Непрерывный поток газа из сопла сварочной горелки охлаждает нерасплавленный металл и тем самым еужает зону нагрева. Аргонодуговая сварка высокопроизводительна, обеспечивает получение сварных соединений высокого качества при сварке в различных пространственных положениях, применяется для сварки специальных сталей и сплавов, литейных и деформированных алюминиевых и магниевых сплавов, сплавов титана и других материалов. Электрическая дуга в среде аргона между электродом и изделием торит очень устойчиво. По сравнению с дугой в среде гелия она обладает меньшей проплавляющей способностью. В связи с этим аргонодуговую сварку, ручную и механизированную, неплавящимся электродом успешно используют при сварке малых и средних толщин, а также при автоматической сварке плавящимся электродом коррозионно-стойких сталей средних и больших толщин. При аргонодуговой сварке изменение длины дуги резко не сказывается на глубине провара. Это обстоятельство облегчает ручную сварку в среде аргона по сравнению со сваркой в среде гелия. Разновидностью дуговой сварки в среде аргона является сварка погруженной дугой. При этом применяют электрод большого диаметра, увеличивают сварочный ток и повышают расход аргона. В результате давления защитного газа и дуги расплавленный металл вытесняется под дугой, дуга углубляется в основной металл и горит ниже поверхности свариваемого металла. 

2. Горячая объёмная штамповка (ГОШ) — это вид обработки металлов давлением, при которой формообразование поковки из нагретой до ковочной температуры заготовки осуществляют с помощью специального инструмента — штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки. В качестве заготовок для горячей штамповки применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные (мерные) заготовки, хотя иногда штампуют из прутка с последующим отделением поковки непосредственно на штамповочной машине.

Технологический процесс ГОШ отличается значительным разнообразием и определяется выбором самого изделия и применяемым оборудованием. Технологический процесс зависит от формы поковки. По форме в плане поковки делятся на две группы: диски и поковки удлиненной формы.

К первой группе относятся круглые или квадратные поковки, имеющие сравнительно небольшую длину: шестерни, диски, фланцы, ступицы, крышки и др. Штамповка таких поковок производится осадкой в торец исходной заготовки с применением только штамповочных переходов.

Ко второй группе относятся поковки удлиненной формы: валы, рычаги, шатуны и др. Штамповка таких поковок производится протяжкой исходной заготовки (плашмя). Перед окончательной штамповкой таких поковок в штамповочных ручьях требуется фасонирование исходной заготовки в заготовительных ручьях штампа, свободной ковкой или на ковочных вальцах.

Билет №12

1. Штамповку на молотах в основном применяют в серийном и крупносерийном производстве поковок массой 0,01 - 1000 кг разнообразных форм, преимущественно в многоручьевых открытых штампах. Заготовку получают за 3 – 5 ударов.

Достоинства штамповки на молотах:

1. Возможность регулирования силы и частоты ударов при деформировании заготовки в любом из ручьёв штампа;

2. Большие скорости деформирования, способствующие лучшему заполнению заготовкой формы окончательного ручья.

Недостатки:

1. Ударный характер нагрузок вызывает частую разладку штампов;

2. большие уклоны на поковках вследствие отсутствия выталкивателей в штампах, в результате – повышенные потери металла;

3. Возрастают припуски и трудоёмкость обработки резанием;

4. При ударах молоты вызывают вибрацию зданий и соседнего оборудования и шум, отрицательно влияющий на работающих в цехе;

5. Ударный характер работы молотов сужает возможности автоматизации технологических процессов штамповки.

Формирование поковок простых форм (шестерён, маховиков) происходит в одном (чистовом) или двух (черновом и чистовом) ручьях штампа.

Поковки сложной формы последовательно обрабатывают в заготовительных ручьях: протяжном, подкатном, пережимном, формовочном, гибочном, на отрубном ноже и в штамповочных ручьях: черновом и чистовом. Все ручьи выполняются в одном штамповочном блоке.

Чистовой ручей по форме точно соответствует поковке; размеры его превышают размеры поковки на величину усадки при остывании. Обработка в чистовом ручье выполняется за 2 – 4 удара молота.

Для уменьшения износа чистового ручья применяют черновой штамповочный ручей, отличающийся от чистового отсутствием канавки для облоя, большей глубиной и меньшей шириной, большими уклонами и радиусами закруглений. В черновом ручье производится в 1,5 – 2 раза больше ударов, чем в чистовом.

Наиболее часто используются кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП). Выбор пресса осуществляется по номинальному усилию, которое составляет 6,7…100 МН.

К особенностям конструкции пресса следует отнести жесткий привод, не позволяющий изменять ход ползуна, отсутствие ударных нагрузок.

Жесткий привод не позволяет производить переходы, требующие постепенно возрастающего обжатия с кантованием, (протяжка, подкат). Для фасонирования заготовки могут быть использованы заготовительные ручьи: пережимной, гибочный. Поэтому при штамповке на прессах сложных заготовок, имеющих удлиненную форму в плане (шатуны, турбинные лопатки), фасонирование осуществляется ковочными вальцами, свободной ковкой, высадкой на горизонтально-ковочных машинах.

Отсутствие ударных нагрузок позволяет не применять массивные шаботы, использовать сборную конструкцию штампов (блок-штампы).

При открытой штамповке на прессах части штампа не должны смыкаться на величину, равную толщине облоя.

Для закрытой штамповки используются штампы двух видов:

-с цельной матрицей, для изготовления поковок типа тел вращения, усилие распора в них воспринимается матрицей и не передается ползуну пресса;

-с разъемной матрицей, для легкого извлечения из полости штампа поковок, что позволяет значительно уменьшить штамповочные уклоны.

Поковки, полученные на прессах, характеризуются высокой точностью, которая достигается за счет снижения припусков на механическую обработку (в среднем на 20…30 % по сравнению с поковками, полученными на молотах) и допускаемых отклонений на номинальные размеры, снижения штамповочных уклонов в два – три раза. Наличие постоянного хода приводит к большей точности поковок по высоте, а жесткость конструкции пресса делает возможным применение направляющих колонок в штампах, что исключает сдвиг.

Производительность труда повышается в среднем в 1,4 раза за счет однократности и повышения мощности деформирующих воздействий. В результате себестоимость поковок снижается на 10…30 %. Как показывают исследования, штамповка на прессах может быть экономически выгодной даже при загрузке оборудования на 35…45 %.

При штамповке на прессах деформация глубже проникает в заготовку, что позволяет штамповать малопластичные материалы, применять штампы с разъемной матрицей с боковым течением металла.

Процессу штамповки на прессах присущи недостатки:

-окалина вдавливается в тело поковки, для предотвращения этого необходимо проводить малоокислительный или безокислительный нагрев или полную очистку заготовки от окалины;

-из-за невысокой скорости деформирования время контакта металла с инструментом больше, чем на молотах, поэтому имеет место переохлаждение поверхности заготовки, что приводит к худшему заполнению полости штампа.

Штамповка жидкого металла является одним из прогрессивных технологических процессов, позволяющих получать плотные заготовки с уменьшенными пропусками на механическую обработку, с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

Технологический процесс штамповки жидкого металла объединяет в себе процессы литья и горячей объемной штамповки.

Процесс заключается в том, что расплав, залитый в матрицу пресс-формы, уплотняют пуансоном, закрепленным на ползуне гидравлического пресса, до окончания затвердевания.

Сопряжение пуансона и матрицы образует закрытую фасонную полость. Наружные контуры заготовки получают разъемной формой, если деталь имеет наружные выступы, или неразъемной формой – при отсутствии выступов. Внутренние полости образуются внедрением пуансона в жидкий металл.

После извлечения из пресс-формы заготовку подвергают различным видам обработки или используют без последующей обработки.

Под действием высокого давления и быстрого охлаждения газы, растворенные в расплаве, остаются в твердом растворе. Все усадочные пустоты заполняются незатвердевшим расплавом, в результате чего заготовки получаются плотными, с мелкокристаллическим строением, что позволяет изготавливать детали, работающие под гидравлическим давлением.

Этим способом можно получить сложные заготовки с различными фасонными приливами на наружной поверхности, значительно выходящими за пределы основных габаритных размеров детали. В заготовках могут быть получены отверстия, расположенные не только вдоль движения пуансона, но и в перпендикулярном направлении.

2. Холодная штамповка — процесс обработки давлением листового или сортового металла, обычно осуществляемый без нагрева заготовки. При холодной штамповке процесс изготовления деталей расчленяется на операции и переходы, выполняемые в специализированных штампах. Холодная штамповка сопровождается упрочнением.

Объёмная холодная штамповка металла — разновидность обработки металлов давлением. Отличие её от обработки горячей штамповкой в том, что её выполняют при температуре сплава ниже точки рекристаллизации. Различают несколько видов холодной штамповки — холодная высадка, холодное выдавливание и штамповка в открытых штампах.

Такая обработка осуществляется в несколько операций, что обеспечивает постепенное и последовательное изменение формы: от изначальной формы заготовки до требуемой формы изделия. В процессе металлообработки происходит упрочнение материала и снижение его пластичности. Для увеличения пластичности и уменьшения сопротивления последующим деформациям применяют межоперационные отжиги, особенно в случаях, когда осуществляется большое число переходов^[1].

Детали, изготовленные способом объёмной холодной штамповки, характеризуются высокой точностью: полые изделия, изготовленные этим способом, могут иметь толщину стенки, измеряемую в десятых и сотых долях мм. Технически, применение этой технологии позволяет изготавливать детали особо сложных форм, которые невозможно получить, используя другие методы обработки. Формовка металла без разрушения его целостности позволяет увеличить коэффициент использования материала до 95 % даже для деталей сложной конфигурации

Листовая штамповка — листовое штампование, изготовление полуфабрикатов, деталей и готовых изделий из листовых металлических заготовок деформированием их под действием давления

Основные операции листовой штамповки — разделительные и формоизменяющие.

• В результате разделительных операций деформируемая часть заготовки разделяется при сдвиге материала по заданному контуру. К ним относятся отрезка, разрезка, вырубка, пробивка, проколка, обрезка, надрезка и зачистка.

• В формоизменяющих операциях деформированная часть заготовки изменяет свои формы и размеры, материал перемещается без разрушения. К ним относятся гибка, скручивание, навивка, раздача, обжим, отбортовка, вытяжка, рельефная формовка и др.

3. Прокатка — процесс пластического деформирования тел на прокатном стане между вращающимися приводными валками (часть валков может быть неприводными). Слова "приводными валками" означают, что энергия, необходимая для осуществления деформации, передаётся через валки, соединённые с двигателем прокатного стана. Деформируемое тело можно протягивать и через неприводные (холостые) валки, но это будет не процесс прокатки, а процесс волочения.

Прокатка относится к числу основных способов обработки металлов давлением. Прокаткой получают изделия (прокат) разнообразной формы и размеров. Как и любой другой способ обработки металлов давлением прокатка служит не только для получения нужной формы изделия, но и для формирования у него определённой структуры и свойств.

Продукцией прокатного производства являются полосы, листы, трубы, прутки различного профиля (круглого, квадратного, прямоугольного, шестигранного, углового, двутаврового, швеллерного, таврового и др.), железнодорожные и трамвайные рельсы, колеса, шары, кольца и др.

Прокаткой получают длинномерные изделия, различающиеся формой поперечного сечения, т.е. профилем. Группы профилей, различающиеся формой и размерами, называют сортаментом. Все типы машиностроительных профилей, получаемых прокаткой, можно разделить на пять групп: - сортовые профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и фасонные (швеллер, рельс, тавр и т.д. ); - листовой металл, который подразделяется на тонколистовой (толщиной менее 4 мм) и толстолистовой (толщиной 4…..160 мм); - трубы, бесшовные (диаметром 51 …650 мм) или сварные (диаметром 10…2200 мм); - специальные виды проката (колеса, шары, бандажи и др.); - профили, имеющие периодически изменяющиеся форму и площадь поперечного сечения вдоль оси заготовки. Их применяют в качестве фасонных заготовок для последующей штамповки или механической обработки.