Волочение, сварка и холодная листовая штамповка

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Кафедра СЛ и ТКМ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине «Технология конструкционных материалов»

Тула 2012

1. Изложите сущность процесса волочения и укажите области его применения. Изобразите схему процесса. Опишите типы волочильных станков. Укажите условия, необходимые для успешного ведения процесса

Сущность процесса волочения заключается в протаскивании обрабатываемой заготовки через отверстие, размеры которого меньше размеров сечения исходной заготовки (рис. 1, а). При волочении площадь поперечного сечения заготовки уменьшается, приобретая постоянное сечение по всей длине, а длина увеличивается. Отношение полученной длины l к первоначальной l₀называется вытяжкой.

Рис. 1. Схема волочения: а - прутка; б - трубы на длинной оправке; в - трубы на несмещающейся оправке; г - трубы на плавающей оправке; д - трубы без оправки

Коэффициент вытяжки μ = l / l₀ = F₀ / F, величина которого в первых и последних проходах составляет 1,15 ÷ 1,25, при промежуточном волочении допускают 1,30 ÷ 1,45, а обжатие (обжатие определяется формулой φ = F₀ - F / F0Ì100%, где F₀ - исходное сечение, F - полученное сечение. При калибровке оно бывает 8-12%.) до 30-35%. При волочении труб на длинной оправке (рис. 1, б) коэффициент вытяжки можно довести до 1,8.

Усилие Р, потребное при волочении, называется усилием волочения. Отношение Р к площади поперечного сечения, получаемого после волочения, называется напряжением волочения, которое должно быть меньше предела текучести обрабатываемого металла, иначе выходящий из отверстия волоки пруток будет утрачивать форму и размеры, полученные в отверстии волоки.

Волочение осуществляется в холодном состоянии, поэтому оно вызывает физическое упрочнение (наклеп) металла. Для восстановления первоначальных свойств применяют термообработку (отжиг), которая необходима при волочении в несколько переходов, а также в окончательной продукции.

Волочильный инструмент изготовляют из инструментальной стали, твердых сплавов, а для получения проволоки размером меньше 0,5 мм иногда применяют волоки из естественного алмаза.

Основная часть волоки называется волочильным глазком, или матрицей, и представляет собой рабочее отверстие постепенно уменьшающегося сечения, через которое протягивается металл. Волока с одним отверстием называется фильером, с несколькими - волочильной доской.

Для уменьшения трения при волочении применяют обильную смазку, различные предварительные покрытия, например, омеднение, которое снижает коэффициент трения, а следовательно, и усилие волочения, а также предохраняет поверхность от задира волочильным инструментом; для снижения усилия волочения применяют также роликовую матрицу (рис. 2, а).

Рис. 2. Роликовая матрица и фасонные профили.

Передний конец исходной заготовки перед волочением вытягивается (заостряется) с тем, чтобы он прошел через отверстие полоки и его можно было захватить тянущим устройством. Для волочения применяют декапированный металл - отожженный и протравленный.

Обычно волочение применяют при изготовлении проволоки размером меньше 5 мм; при получении тонкостенных труб (рис. 1, б - д), при калибровке и получении высокого качества поверхностей горячекатанных прутков размером до 150 мм (круг, квадрат); при производстве сложных фасонных профилей (рис. 2, б) для изготовления деталей, которые раньше обрабатывались резанием на станках.

Оборудование, на котором осуществляют волочение, называют волочильными станами <#"788095.files/image003.gif">

Материал: сталь 20 ГОСТ 1050-88 - Сталь конструкционная <#"788095.files/image004.gif">

Технологический процесс: в данном случае наиболее целесообразно применять холодную штамповку.

Холодная штамповка - это процесс формообразования поковок или готовых изделий в штампах при комнатной температуре.

Масса детали:

M = S*H*r,

где S - площадь детали, мм² ;

H - толщина, мм;

r - плотность, г/мм³

 =

 =

(30-20)200

(40-20)00

1004000

 = 2

M = SHr = 5,45408

Определим технологические зазоры между пуансоном и матрицей при вырубке и пробивке: при обычной вырубке и пробивке стали при толщине материала 2 мм наименьший (номинальный) двусторонний зазор составляет 0,06 мм.

Штамп - деформирующий инструмент, под воздействием которого материал или заготовка приобретает форму и размеры, соответствующие поверхности или контуру этого инструмента. Основными элементами штампа являются пуансон и матрица.

Конструкция данного штампа включает пуансоны для пробивки отверстий диаметром 10 мм и 16 мм, а также пуансон для вырубки наружного контура детали.

Этот штамп является последовательным многооперационным штампом, который предназначен для штамповки деталей из листового материала. Изготовление заготовки проходит в несколько этапов: сначала пробиваются отверстия диаметром 10 мм и 16 мм, затем получают наружный контур детали.

Деталь представляет собой плоскую фигуру, поэтому она может быть изготовлена из листового материала с помощью штампа.

Маршрут изготовления изделия:

1)   подготовительная операция:

1.1)    выбор заготовок;

1.2)   составление карт раскроя материала;

.3)     расчет режимов обработки;

1)   заготовительная операция - на гильотинных ножницах разрезают листы на полосы согласно карте раскроя; эта операция выполняется низко квалифицированным (1…2 разряд) резчиком с помощью гильотинных ножниц.

2)   штамповочная операция - придание заготовке формы, размеров и качества поверхности, заданных чертежом; эта операция исполняется более квалифицированным (2…3 разряд) рабочим - штамповщиком, с применением штампа, оснащенного прессом.

3)   галтовочная операция - снятие заусенцев; эту операцию выполняет слесарь 2…3 разряда на вибрационной машине

4)   контрольная операция - контроль после каждой операции (визуальный), выборочный контроль на соответствие чертежу. Контроль размеров проводится с помощью штангенциркуля - для контура детали, и с помощью пробок - для отверстий.

Определяем ширину полосы с боковым прижимом:

В = А + 2а + Δш + 2,5 , (5)

где А = 140 мм - размер вырубаемой заготовки поперек полосы;

а = 2,5 мм - наименьшая боковая перемычка ;

в = 2,5 мм - междетальная перемычка;

Δш = 0,8 мм - односторонний допуск на ширину полосы

В = 140 + 22,5 + 0,8+2,5 = 148,3 мм.

Шаг подачи заготовок определяем из геометрических построений. При поперечном раскрое - t = 72,5 мм

Далее выбираем размер листа с таким расчетом, чтобы ширина полосы была кратна ему (или близка к этому).

С помощью таблицы размеров тонколистового проката выбираем лист размером 1200 х 2000 мм.

При поперечном варианте раскроя листа и полосы количество полос из листа: 2000:148,3 = 13,5; количество заготовок из полосы: 1200:72,5 = 16,6; тогда количество заготовок из листа: 13

Получаем коэффициент использования материала:

Где S_А - площадь детали, мм²;

S_Л - площадь листа, мм²;

n - количество деталей, полученных из листа.

Проанализируем продольный раскрой:

при продольном варианте раскроя листа и полосы количество полос из листа: t=148,3 мм. 1200:145,8 = 8,23 ; количество заготовок из полосы: 2000:72,5 = 25,59; тогда количество заготовок из листа: 8

Получаем коэффициент использования материала:

Таким образом, поперечный раскрой более экономичен, так как при этом раскрое коэффициент использования материала больше, чем при поперечном. Тип раскроя - однорядный.

Приведем схему для продольного раскроя материала :

Исходя из конструкции штампа, базирование заготовки осуществляется с помощью шагового ножа и направляющих планок штампа.

Наибольшую точность обеспечивает совпадение конструкторской и технологической баз. В данном случае будет трудно обеспечить высокую точность, так как последовательный штамп предполагает движение заготовки от пуансона к пуансону, что, естественно, увеличивает погрешность изготовления детали.

Режимы обработки представляют собой совокупность параметров, определяющих условия, при которых изготавливаются изделия.

Штамп последовательного типа обеспечивает среднюю или пониженную точность штамповки (5-8 классы точности), обеспечивает повышенную производительность благодаря автоматической передачи заготовки с операций на операцию. Штамп последовательного действия предполагает сначала пробивку отверстий, а затем вырубку по контуру. Вырубка и пробивка являются операциями отделения части листа по замкнутому контуру в штампе, после которых готовая деталь и отход проталкиваются в матрицу.

Для детали, получаемой штамповкой, расчет режимов заключается в определении усилий штамповки. Полное усилие штамповки складывается из усилий пробивки, вырубки, снятия и проталкивания детали.

Условие пробивки определяется по формуле:

где L - периметр пробиваемого отверстия, мм;

h - толщина детали, мм;

σ_ср - сопротивление срезу, МПа.

Из таблицы находим: σ_ср =270 МПа.

Таким образом,

Усилие вырубки детали по контуру определяется по той же формуле:

Определение требуемых усилий проталкивания детали (отхода) сквозь матрицу производится по формуле:

;

где К_пр - коэффициент проталкивания. Для стали K_пр =0,04

;

Аналогично определяется усилие снятия отхода (детали) с пуансона:

,

где K_сн - коэффициент проталкивания. Для стали K_сн =0,035

;

Полное усилие штамповки найдем по формуле:

где 1,3 - коэффициент запаса на усиление пресса.

Для данной детали получим полное усилие штамповки:

Технологическая оснастка представляет собой дополнительные устройства, применяемые для повышения производительности труда, улучшения качества.

Для изготовления детали, исходя из имеющегося оборудования, целесообразно применять штамп последовательного действия, когда вырубка отверстий и контура детали производится последовательно, что позволяет использовать простую конструкцию штампа, а в качестве оборудования по технологическому процессу требуются гильотинные ножницы и механический пресс.

Гильотинные ножницы представляют собой станок для резки бумажных кип, металлический листов и т.д., в котором один нож неподвижно закреплен в станине, а другой, поставленный наклонно, получает возвратно-поступательное движение.

Главными параметрами, который является наиболее показательным для выбираемого оборудования и который обеспечивает выполнение режимов, предусмотренных технологическим процессом, для пресса является усилия штамповки, прессования, а для гильотинных ножниц - наибольшая толщина разрезаемого листа и его ширина.

Таблица 3

Характеристики ножниц К10.1.15.01

Рассчитанное усилие штамповки Р_п=165,8 кН выбираем пресс таким образом, чтобы его номинальное усилие превышало значение требуемого усилия штамповки.

Таблица 4

Характеристики пресса КД2124Г

Схема штампа для пробивки и вырубки:

В штампе используется пуансон усиленный с буртиком для пробивки отверстий от 5 до 26 мм с применением прокладки (ГОСТ 16623-71).

В матрице имеются 2 типа отверстий: IV типа с цилиндрическим уширением - для пробивки отверстий диаметром до 25 мм с высотой шейки h=8 мм, и I типа с шейкой - для вырубки деталей сложной формы, с высотой шейки h=8 мм

Схема штампа и раскроя заготовок на листе:

3. Изобразите схему и опишите сущность процесса контактной шовной (роликовой) сварки

Начертите и опишите циклограмму процесса шовной сварки. Объясните, за счет чего металл ядра в месте контакта заготовок доводится до жидкопластичного состояния. Разработайте процесс сварки бензобака (рис. 41) из стали марки СтЗ. Производство массовое. Укажите подготовку заготовок под сварку. По толщине свариваемых заготовок выберите тип машины и укажите ее технические данные. Рассчитайте площадь контактной поверхности электрода (для случая отсутствия вращения ролика). По значениям (А/мм ) и (мН/м ) определите сварочный ток и усилие, приложенное на роликах, время сварки изделия. Укажите возможные дефекты и причины их возникновения

Шовная (роликовая) сварка - разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяются непрерывным или прерывистым швом, состоящим из отдельных сварных точек, в результате приложения усилия сжатия и подвода тока к вращающимся дисковым электродам (роликам).

Сущность процесса: Заготовки накладывают друг на друга и зажимают обычно между двумя дисковыми электродами усилием сжатия F_св (P). При подаче тока металл в зоне контакта деталей по оси электродов начинает нагреваться и расплавляться. По мере движения (прокатывания) заготовок между дисковыми электродами образуются новые сварные точки, перекрывающие или не перекрывающие друг друга. Как и при точечной сварке, не требуются специальные средства защиты расплава от взаимодействия с атмосферой.

Рисунок. Схема шовной (роликовой) сварки

В зависимости от характера перемещения деталей и подачи сварочного тока различают следующие способы шовной сварки:

·              непрерывную;

·              прерывистую;

·              шаговую.

Непрерывная сварка выполняется сплошным швом при постоянном протекании тока, непрерывном движении заготовок, а также при постоянном давлении дисковых электродов на свариваемые поверхности. Она получила ограниченное применение из-за быстрого износа роликов и сильного перегрева контактирующих с ними поверхностей деталей. Важное значение при непрерывной сварке имеют тщательная зачистка свариваемых поверхностей, одинаковая толщина и однородность состава соединяемых изделий. волочение сварка листовая штамповка

Рисунок. Циклограмма непрерывной шовной сварки

Наиболее распространена прерывистая шовная сварка, осуществляемая при импульсной (прерываемой) подаче тока, непрерывном перемещении заготовок и постоянном давлении роликов. При каждом импульсе сварочного тока формируется единичная литая зона. Для образования герметичного шва с перекрывающимися сварными точками подбирается определенное соотношение скорости вращения дисковых электродов и частоты импульсов тока.

Рисунок. Циклограмма прерывистой шовной сварки

При шаговой шовной сварке к роликам прикладывается постоянное давление, детали перемещаются прерывисто (пошагово), а ток подается только во время остановки роликов. При этом контактируемые поверхности роликов и заготовок меньше перегреваются. Однако машины для данного способа сварки конструктивно сложнее и менее производительны.

Рисунок. Циклограмма шаговой шовной сварки

Типы соединений для роликовой сварки выбирают с учетом толщины и материала заготовки, а также условий работы изделия.

При изготовлении сосудов предпочтительнее соединение с отбортовкой. При таком соединении деталь во время сварки не вводится в сварочный контур машины, следовательно, сохраняется постоянной величина силы сварочного тока.

Введение в сварочный контур машины магнитных материалов, например, заготовок из малоуглеродистых сталей, вызывает рост индуктивного сопротивления, в результате чего уменьшается сила сварочного тока. Ширина отбортовки для стальных заготовок толщиной 1 - 2 мм находится в пределах 12 - 18 мм. Широко применяют соединение внахлестку, которое при роликовой сварке обеспечивает высокую прочность и плотность швов. Величину нахлестки берут в пределах 10 - 18 мм.

Рекомендуемые параметры режима непрерывной роликовой сварки следующие:

. Диаметр отдельных точек  (в мм), зависящий от толщины свариваемых деталей, определяется:

 = 2 · S + 2 ;

 =2·6+2 = 14 мм,

где S - толщина более тонкой из свариваемых деталей, мм.

. Площадь контакта F, :

= 6·1200 = 7200

3. Сила сварочного тока I (в A) зависит от плотности тока и площади контакта электрод-деталь и определяется по формуле:

I = F · J

4. Шаг точек а (в мм) определяется из уравнения:

a = (0,5 - 0,7) · ;

а = 0,6·14 = 8,4 мм.

Уравнение приведено для плотных швов; в неплотных швах точки могут не перекрываться и для получения плотного шва расстояние между центрами сварных точек при больших скоростях сварки берётся не более 2-3 мм (шаг точек).

. Скорость сварки VСВ (в м/мин) определяется по формуле:

= 2f ·60 · a / 1000 ,

= 2·50·60·8,4/1000 = 50,5 м/мин

где f = 50 - частота тока, Гц;

а - шаг точек, мм.

6. Усилие сжатия РСЖ (в кгс) определяется:

= р · F ,

= 24•7200 = 172800 кгс

где р - удельное, кгс/мм2 (при сварке малоуглеродистой стали толщиной до 3 мм составляет 4 - 12 кгс/мм2). Большие значения соответствуют сварке деталей большей толщины и более жестким режимам.

. Ширина рабочей контактной поверхности роликовых электродов вЭ (в мм) зависит от толщины свариваемого металла S и определяется:

b = 5 = 12,25 мм

Желательный диаметр электродов 150 - 200 мм, т.к. при меньшем диаметре увеличивается их износ. При сварке металлов толщиной менее 0,5 мм применяют электроды диаметром 40 - 50 мм. Для изготовления электродов для точечной и роликовой сварки используется медь марки М1, кадмиевая, хромистая, берилиевая бронзы и другие сплавы.

Библиографический список

1. Дриц М. Е., Москалев М. А. "Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учеб. для вузов. - М. Высш. шк., 1990. - 447 с.: ил.

2. Зубцов М. Е. "Листовая штамповка". Л.: Машиностроение, 1980, 432 с.

3. Конструкторско-технологический классификатор деталей.

4. Лекции по курсу "Технология машиностроительного производства" Лобанова С. А., 2001 г.

5. Мансуров И. З., Подрабинник И. М. Специальные кузнечно-прессовые машины и автоматизированные комплексы кузнечно-штампового производства: Справочник. М. : Машиностроение, 1990. 344 с.

7. Технология машиностроительного производства. Методические указания к курсовому проектированию/ Рязан. гос. радиотехн. акад; Сост.: А. С. Кирсов, С. Ф. Стрепетов, В. В. Коваленко; Под ред. С. А. Лобанова. Рязань, 2000. 36 с.

8. Правила оформления технологических документов: Методические указания к курсовому и ди пломному проектированию/ Рязан. гос. радиотехн. акад; Сост. А. С. Кирсов, Л. М. Мокров, В. И. Рязанов, 1997. 36 с.