3068

вочной оснастки экономически нецелесообразно. Сварные заготовки получают путем соединения сваркой комплекта предварительно подготовленных отдельных деталей, определяющих в целом геометрическую форму требуемой заготовки. На рис. 8.11 для примера представленысварныезаготовкикорпусачервячногоредуктора, зубчатогоколеса и шкива, которые составлены из различных по геометрии деталей, в местах соединения которых расположены сварные швы, показанные стрелками.

а) б) в)

Рис. 8.11. Сварные заготовки: а – корпуса червячного редуктора; б – зубчатого колеса; в – шкива

В качестве исходного материала для получения сварных заготовок станин, рам, корпусов, плит, кронштейнов применяют листовой прокат стали Ст3…Ст5 различной толщины (4…15 мм и более). Стальные листы размечают на прямоугольники, квадраты, треугольники (косынки), бобышки требуемых размеров, а затем разрезают по разметке или по шаблонам с помощью газовых или электрических резаков. Резка деталей из листа может выполняться также на прессножницах, гильотинных и дисковых ножницах. Необходимые детали круглой, квадратной, шестигранной или кольцевой формы получают путем мерной отрезки соответствующего проката или трубы. В современном автоматизированном производстве применяют автоматический раскрой с использованием компьютера и автоматическую разрезку листа на установках для лазерной, микроплазменной или газопламенной резки.

Подготовленные детали поступают в механические цеха, где выполняют их обработку по контуру на строгальных, фрезерных или токарных станках для создания требуемой геометрии сварных швов, обеспечивающих получение надежных сварных соединений (табл. 8.11).

41

42

При сварке встык элементов различной толщины (см. табл. 8.11) наибольшая допустимая разность (S1 – S) согласно ГОСТ 5264–80 зависит от толщины тонкого элемента:

43

При разности толщины, превышающей указанные пределы, на толстом элементе делают пологий скос длиной L = 5(S1 – S) для одностороннего скоса и L = 2,5(S1 – S) – для двустороннего. Допускается смещение свариваемых кромок в зависимости от толщины свариваемых элементов: 0,5 мм – для S ≤ 4 мм; 1 мм – для S = 4…10 мм; 0,1S – для S > 10 мм.

Использование современных установок лазерной и газопламенной резки с компьютерными системами ЧПУ (СNC), обеспечивающими точность позиционирования ± 0,1 мм, позволяет до минимума уменьшить припуски под отделку сварных швов, а в ряде случаев вообще исключить необходимость механической обработки контура свариваемых деталей.

Подготовленные для сварки детали собирают в единую конструкцию, для чего используют струпцины и специальные сборочные приспособления, обеспечивающие требуемую ориентацию соединяемых деталей. После этого выполняют сварку. Детали соединяют главным образом ручной электродуговой сваркой, газовую сварку используют значительнореже. Дляручнойдуговойсваркивыбираютдиаметрэлектрода dэ в соответствии с толщиной свариваемого материала S:

В зависимости от диаметра электрода определяют необходимую силутокаIсв, используядляэлектродовдиаметром3…6 ммзависимость

Iсв = (20 + 6dэ) · dэ.

Впроцессе сварки имеет место концентрация внутренних напряжений, поводка и коробление получаемых заготовок. Для уменьшения этого предусматривают низкотемпературный отжиг в печах или наложение специальных сварных швов (местный нагрев, обеспечивающий уравновешивание поводок).

Взависимости от расположения швы делятся на односторонние и двусторонние, сплошные и прерывистые, а по положению в простран-

44

стве – на нижние, вертикальные, горизонтальные, потолочные. Основныетипы, конструктивныеэлементы, размерыиусловныеобозначения сварных соединений стандартизованы [31].

Чертежи сварных деталей (заготовок) оформляют как сборочные чертежи и при

анализе конструкторской документации следует руководствоваться ГОСТ 2.312–72.

При точечной сварке видимую одиночную свар-

ную точку изображают знаком «+» с указанием стрелкой (рис. 8.12, а), невидимые точки не изображают. При изображении сечения многопроходногошвадопускаетсявыноситьконтурыотдельныхпроходов, которые обозначают прописными буквами русского алфавита (рис. 8.12, б). Нестандартные швы изображают с конструктивными элементами кромок в границах шва, которые обозначают сплошными тонкими линиями, и с указанием размеров конструктивных элементов (рис. 8.12, в).

Независимо от способа сварки сварные швы на чертеже соединения изображают: видимые – сплошной основной линией; невидимые – штриховой линией. Положение шва указывает выносная линия со стрелкой.

шва – сторону, с которой производится сварка; для двустороннего шва –

45

сторону, с которой производится сварка основного шва (если подготовканесимметричная); длядвустороннего шва (при симметричной подготовке) – любую сторону.

Форматы записей условного обозначения стандартного и нестандартного швов приведены на рис. 8.13. Позиции условного обозначения шва (см. рис. 8.13, а, в) включают:

1 – обозначениестандарта, определяющеготипыиконструктивные элементы швов сварных соединений;

2 – буквенно-цифровое обозначение шва согласно стандарту; 3 – условное обозначение способа сварки (допускается не ука-

зывать); 4 – знак и размер катета по стандарту;

5 – для прерывистого шва – длина провариваемого участка; для одиночной сварной точки – расчетный диаметр точки;

6 – обозначение вспомогательных знаков, указывающих на незамкнутость линии шва, необходимость усиления или обработки шва;

7 – обозначениевспомогательныхзнаков, указывающихзамкнутую линию шва и выполнение его при монтаже изделия [31].

Если согласно технологии предусматривается механическая обработкашва, топослевспомогательныхзнаковуказываютшероховатость поверхности шва.

Для достижения существенной экономии металла во многих случаях применяют комбинированные методы получения заготовок. Комбинированным методом получают штампо-сварные и литосварные заготовки, у которых отдельные элементы конструкции, полученные штамповкой, литьем или механообработкой, сваривают в единое целое. На рис. 8.14. приведены штампо-сварные заготовки тормозного барабана и корпуса топливного фильтра. У тормозного барабана к штампованному корпусу с малой толщиной стенки привариваются бобышки под резьбу, а у корпуса топливного фильтра к стакану, полученному объемной штамповкой, приваривают кольцо, получаемое механической обработкой.

46

а)

б)

Рис. 8.14. Штампо-сварные заготовки: а – тормозного барабана; б – корпуса топливного фильтра

8.7. Получение заготовок и изделий методом порошковой металлургии

Методами порошковой металлургии создают заготовки и изделия из металлических порошков и их смесей (композиционные материалы), которые могут включать также неметаллические составляющие.

47

При этом основной компонент порошков в процессе изготовления изделий не доводится до расплавления.

Порошковая металлургия характеризуется высокой технической и экономической эффективностью. Она позволяет получать материалы с особыми физико-химическими и механическими свойствами – жаропрочные, коррозионно-стойкие, с повышенными фрикционными свойствами, которые, в ряде случаев, нельзя получить никаким другим методом. Представляется возможным получать детали с неравномерным распределением их физических свойств, обеспечивая усиление участков, подверженных действию наибольших нагрузок. При этом получаемые детали имеют точную геометрическую форму, что позволяет в 2-5 раз снизить трудоемкость их механообработки и в 1,5-2 раза уменьшить себестоимость.

Технологияизготовленияизделийэтимметодомвключаетоперации:

1)получение необходимых металлических порошков;

2)формовка изделий из порошков;

3)спеканиеполученныхизделийдодостижениятребуемойтвердости;

4)отделкаотдельныхповерхностейдеталеймеханическимметодом. Металлические порошки получают механическим методом,

физико-химическимихимическимметодами, атакжеметодомгранулирования, когда капли металла, попадая в воду, гранулируются в мелкие частицы. Размеры получаемых крупиц порошка обычно составляют от 0,1 мкм до 0,1 мм. Промышленное применение нашли механические

ифизико-химические методы получения порошков. Механические методы не изменяют химический состав исходных материалов при превращении их в порошки. К этим методам относятся дробление, размол или истирание твердых веществ. С этой целью применяют различное дробильно-измельчительное оборудование: дробилки, вращающиеся шаровые мельницы, а также вибрационные, планетарные, центробежные, вихревые и молотковые мельницы.

Физико-химические методы являются более универсальными, они связанны с изменением химического состава или состояния исходного сырья. Эти методыэкономичны, так какпозволяют использовать дешевое сырье – отходы производства в виде окалины, различных оксидов

идругое. К ним относятся методы восстановления оксидов, позволяющие получать порошки железа, вольфрама, молибдена, кобальта, никеля, меди; методы осаждения металлического порошка, используемые

48

для получения меди, никеля, кобальта; методы электролитического получения металлических порошков, а также методы разложения легколетучих соединений металлов.

Полученные порошки подвергают дополнительной термической обработке – отжигу, который проводится в защитной или восстановительной атмосферах. В результате происходит восстановление оксидов, удаление части примесей и устранение наклепа, образуемого при измельчении исходных материалов.

С целью облегчения технологической переработки в порошки вводят специальные добавки – пластификаторы, легкоплавкие материалы, летучие вещества и др. Подготовленные смеси тщательно перемешивают, а перед формованием проводят дегазацию порошка, что позволяет удалить газ с поверхности частиц порошков и из занимаемого объема смесителей.

Для прессования порошков используют:

1)холодное прессование в специальных пресс-формах, имеющих требуемую геометрию;

2)горячее прессование при подогреве формы; при этом процессы спекания и прессования совмещены;

3)специальные методы прессования: взрывное, электрогидравлическое, электромагнитное, пневмомеханическое, вибрационное;

4)прессование путем проката.

Врезультате прессования происходит уплотнение порошка и усиление контакта между частицами, что приводит к деформации и разрушению отдельных частиц. При этом возможно неравномерное распределение давления по высоте брикета, что влечет за собой снижение качества изделия. Заготовка, полученная после прессования, имеет остаточные напряжения и несколько увеличенные размеры, что необходимо учитывать при необходимости изготовления качественных и точных изделий.

Горячее прессование выполняется в тех случаях, когда по технологии требуется поддержание рабочей температуры, равной в среднем 0,7 температуры плавления порошка. Оно применяется для однородных плохо прессуемых и спекаемых материалов с высокой плотностью

ипрочностью.

Специальные методы прессования в пресс-формах обеспечивают создание импульсных нагрузок. Для получения изделий повышенной

49

плотности с высокой точностью размеров и хорошим качеством поверхности применяют динамическое горячее прессование, которое является разновидностью пневмомеханического формования. При этом порошок прессуется дважды: предварительно при комнатной температуре, а затем после нагрева окончательно прессуется динамической нагрузкой.

В процессе прокатки порошок из бункера подается в зазор между вращающимися валками, в результате получают однородный или многослойныйпрокат. Дляхимическиактивныхпорошковтитана, тантала, циркония и других металлов прокатку проводят в вакууме или защитных средах. Таким методом изготовляют различные профили и проволоку, а также ленты толщиной 0,02...3 мм и шириной до 300 мм.

Прутки различных профилей, а также трубы из трудно прессуемых тугоплавких материалов получают выдавливанием. При этом в порошок добавляют специальный пластификатор, позволяющий улучшить сцепление частиц и уменьшить их трение о пресс-форму.

Важной операцией является спекание полученных изделий. Температураспеканияобычносоставляет0,7...0,9 температурыплавлениялегкоплавкого компонента. Для заготовок из конструкционных материалов наосновежелезатемператураспеканиясоставляет1100…1200 °С, а для изделий на основе бронзы – 850…900 °С.

Операция спекания выполняется в электропечах, где продолжительность выдержки составляет от нескольких минут до часов. При этом необходимо обеспечить соблюдение требуемого режима температуры и времени выдержки, так как их превышение может вызвать рост зерна материала и, как следствие, ухудшение механических свойств изделия.

С целью восстановления поверхностных оксидов при спекании создают восстановительные атмосферы, а для химически активных металлов применяют защитные атмосферы с использованием азота, аргона и др. Применяют также различные защитные засыпки (кварцевый песок, оксид алюминия, графитовую крошку и др.), обеспечивающие изоляцию спекаемого изделия от окружающей атмосферы. Осуществляют также спекание в вакууме. Это защищает компоненты от воздействия воздуха и способствует удалению из материалов газов и летучих примесей.

Для улучшения контакта между частицами и создания при спека-

50