ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ШТАМПОВОЙ ОСНАСТКИ. Электронный учебник ТП КШО и ШО. Д. В. Терентьев основы технологии производства кузнечноштамповочного оборудования и штамповой оснастки электронный учебник
 Скачать 1.4 Mb.
|
|
Повышение износостойкости металлорежущего ин- струмента. Методом ПГИ на рабочую поверхность метчиков, отрезных ножей, прошивных пуансонов и т.д. наносили антифрикционные многослойные покрытия толщиной 10…15 мкм [12]. Испытания опытных партий показали увеличение стойкости метчиков для изготовления гаек М16…М22 в 1,9…2,2 раза, отрез- ных ножей для изготовления заготовок для болтов М10…М12 - в 111 1,5…2,0 раза, прошивных пуансонов для изготовления заготовок под гайки М10…М20 - в 1,7…2,2 раза. Повышение стойкости инструмента объясняется снижением (на порядок) коэффициента трения в зоне резания, а наличие по- крытия предотвращает когезионное схватывание материалов об- рабатываемой и обрабатывающей поверхностей. Аналогичные результаты получены в цехах ООО «Управля- ющая компания ММК - Метиз». 7.2 . Методы покрытия деталей кузнечно-штамповочного оборудования. Метод обработки электролитическим осаждением металла. Электролитическое (гальваническое) осаждение металла на поверхностях обрабатываемых деталей производятся в ваннах с водным раствором кислот, солей и щелочей (электролит) [5]. Целью такого осаждения (наращивания) – является: 1. создание на поверхностях обрабатываемых деталей анти- коррозийного или декоративного слоя; 2. повышение износостойкости поверхности деталей; 3. восстановление требуемых размеров изношенных дета- лей. При пропускании через электролит постоянного тока проис- ходит химический процесс, который называется электролизом. В процессе электролиза положительно заряженные ионы (катионы) перемещаются к отрицательному электроду (катоду), где получают недостающие электроны и превращаются в нейтральные атомы. На катоде выделяется металл и водород. Отрицательные заря- женные ионы (атомы) перемещаются к положительному электроду (аноду), теряют там свой электрический заряд и так же превраща- ются в нейтральные атомы. На аноде выделяется кислород и кис- лотные остатки. Анодом является металл, соль которого находится в растворе, т.е. металл, который используется для покрытия по- верхностей обрабатываемой детали. Непрерывное наполнение электролита ионами металла будет происходить за счет растворе- ния анода, причем металл анода, переходящий в раствор, имеет положительный заряд. Катодом служит обрабатываемая деталь. Режим U 4 …12 V, I 100 …5000 А/м 2 . Толщина покрытия зависит от времени обработки. Обычно слой равен примерно 0,01 …0,3 мм. 112 Стальные детали часто перед обработкой для покрытия хромом и никелем предварительно покрывают слоем меди (под- слой), так как медь в данном случае служит подложкой, позволяю- щей получить прочное соединение и со стальной деталью и с ме- таллом покрытия (хром и никель делают худшую адгезию со ста- лью, чем с медью). Хромирование. Хромовые покрытия широко применяются для деталей ав- томобилей, мотоциклов, приборов, различных установок и т.д. Хромирование отличается от других видов покрытий тем, что процесс хромирования ведется с применением нерастворимых электродов (анодов) (обычно свинцовых) в ваннах с хромовым ан- гидридом. Хромовые покрытия хорошо противостоят действию органи- ческих кислот, но легко растворяются в соляной кислоте. Недо- статками хромового покрытия являются большая пористость слоя. Однако этот недостаток для декоративного покрытия оборачивает- ся достоинством. При применении пористого хромирования гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, износостойкость гильз возрастает в 5…10 раз. Электролитический хром имеет следующие свойства: темпе- ратура плавления 1800…1900 0 С, твердость по Виккерсу НV 500 …1200. Никелирование. Процесс ведется с растворимыми анодами. Никелевые по- крытия применяют как подслой при защитно-декоративном хроми- ровании или в качестве защитно-декоративного покрытия с мед- ным подслоем. В обычных атмосферных условиях при толщине пленки 0,025 мм, никель надежно предохраняет основной металл от кор- розии и не теряет блеска. Меднение, как и большинство процессов электролитическо- го осаждения, происходит при растворимых медных анодах. Применение: 1. Покрытие поверхностей деталей, не подлежащих термо- обработке (при цементации – в качестве защиты от проникновения углерода); 2. Нанесение подслоя при нанесении декоративно- защитного слоя другими металлами; 3. Улучшение притирки трущихся поверхностей деталей (плунжерные насосы, поршни). Цинкование. 113 Цинковые покрытия широко применяются в промышленности с целью предохранения металла от коррозии. Используются рас- творимые аноды из чистого цинка. Для надежной защиты толщина пленки должны быть не менее 0,05…0,02 мм. Полимерные покрытия. В настоящее время, для создания покрытий используют по- лимерные материалы в чистом виде, а также в сочетании между собой и с другими материалами. В качестве добавок для придания покрытию дополнительных свойств используют красящие пигмен- ты, стабилизаторы, пластификаторы и др. Полимерные покрытия бывают: 1. защитными, то есть обладать химической стойкостью про- тив атмосферных воздействий; 2. антифрикционными, то есть снижающими силы трения (низкий коэффициент трения); 3. электроизоляционными; 4. декоративными. Толщина покрытия бывает от 0,05 мм до нескольких милли- метров. При выборе полимера для покрытия более целесообразно использовать полимерные материалы, имеющие при прочих рав- ных условиях более низкий молекулярный вес, т.к. с уменьшением молекулярного веса температура размягчения уменьшается, а температура деструкции (распада) остается примерно в тех же пределах. Известны различные способы нанесения покрытий: газопла- менное или структурное напыление, нанесение в псевдосжижен- ном слое(вихревой); вибрационное напыление; вихревибрацион- ное; термолучевой способ; нанесение покрытий из растворов сус- пензий; покрытия в элетростатическом поле; плакировка металла, облицовка металлических изделий. Трудоемкость нанесения покрытий этими способами значи- тельно меньше, чем при нанесении лакокрасочных покрытий. Остановимся на некоторых способах подробнее: Газопламенное нанесение покрытия. Порошок пластмассы проходит через пламя горящего аце- тилена, оплавляется и прилипает к металлической поверхности. Скорость движения частиц 20-30 м/сек. Вихревое напыление – отличается большой производи- тельностью. Недостатком способа является громоздкое оборудо- вание. Способ основан на создании взвешенного слоя порошка, обладающего свойствами жидкости, и поэтому свободно обтекаю- 114 щего помещенную в него разогретую деталь. Образование взве- шенного слоя порошка происходит вследствие поступающего сни- зу газа (воздух, азот). Теплолучевой способ – струя порошка проходит через по- ток теплосветовых лучей, где частицы плавятся и далее, ударяясь о поверхность, сцепляются с ней. Плакирование – нанесение пастой, пленкой или порошком. Пленка – приклеивается. Полимерные покрытия можно наносить на сталь, чугун, алюминий, медь и другие сплавы. Перед нанесе- нием покрытия поверхность детали должна быть изготовлена так же, как при нанесении лакокрасочного покрытия. Защитные покрытия существенно продлевают срок службы изделий, нанесение их технологично, эту операцию можно вклю- чить в технологический процесс изготовления изделия на автома- тической линии в потоке. Направление это в технологии машино- строения очень перспективно. 7.3. Специальные методы обработки штампов и других деталей оборудования. Значительное применение при обработке штампов находят специальные методы их обработки, к которым относятся [1, 2, 5]: электрохимические; электрофизические. Эти методы характеризуются следующим: 1. Возможность обработки независимо от физико- механических свойств обрабатываемых материалов; 2. Небольшие механические усилия; 3. Отсутствие необходимости в более твердом инструменте, чем обрабатываемый материал; 4. Значительное уменьшение расхода обрабатываемого ма- териала; 5. Высокая точность обработки; 6. Простота технологии, возможность автоматизации и вы- сокая производительность. Электрофизические и электрохимические способы об- работки. Данные способы заключаются в том, что практически без си- лового воздействия на поверхность детали, осуществляется съем материала. Преимущества в том, что не возникает остаточных напряжений и дефектный слой очень небольшой. Эти способы 115 позволяют обрабатывать детали сложной конфигурации, легко поддаются механизации и автоматизации, удобно вписываются в технологический процесс изготовления детали. Способы высоко- производительны и перспективны. Электрофизические способы обработки. Электрофизические способы обработки бывают следующие: 1. Электроэрозионная обработка, которая делится на элек- троискровую обработку и электроимпульсную; 2. Электроконтактная; 3. Ультразвуковая; 4. Лазерная. Электроэрозионная обработка – когда между электродом- инструментом и электродом-заготовкой возникает электрический разряд, который привод к образованию лунки (рисунок 7.5). Разряд – электри- ческая дуга с температу- рой до 20 000 ˚С. Проис- ходит расплавление ме- талла, удаление испа- рившейся жидкости и охлаждение лунки. Жид- кость – любая, чаще мас- ло веретенное. Регла- ментируемые режимы обработки: снимаемый объем материала, мм 3 /с (производительность), сила тока, напряжение, длительность им- пульсов, частота импульсов. Для обработки высокопрочных мате- риалов в основном применяется способ прошивки. Можно полу- чать отверстия любой формы. Обрабатываются жаропрочные ста- ли и отверстия сложной формы. Производительность зависит от свойств обрабатываемого материала. Регулируемые режимы обработки: объем материала, мм 3 /с (производительность); сила тока, напряжение; длительность импульсов; частота импульсов. Электроконтактная обработка – механическое разруше- ние обрабатываемого металла при нагреве или расплавлении об- – + Рис. 7.5. Принципиальная схема элек- троэрозионной обработки. 116 рабатываемой поверхности электрическим током (рисунок 7.6.). Применяется при разрезке металла, крупногабаритных размеров. Образуется множество непрерывных контактов. Ультразвуковая обработка (УЗО) – на основании примене- ния частоты обработки до 20 000 Гц (рисунок 7.7). Применяется магнитострикционное устройство (преобразо- ватель). Магнитострик- ция – свойство железа, никеля, кобальта и их сплавов изменять свою длину под действием электрического или магнитного поля, а при снятии поля восстанав- ливать свои первона- чальные размеры. Суспензия из жидкости и абразивного порошка. При воздей- ствии вибратора частицы колеблются с УЗ-частотой и ударяются с силой, превышающей их собственную массу в 5…10 тысяч раз. Ударяясь о деталь, выбивают микростружку. Размерная ультразвуковая обработка. инструмент заготовка Рис. 7.6. Схема электроконтакт- ной обработки. Абразивная суспензия Магнитострикцион- ный преобразователь Инструмент Заготовка Рис. 7.7. Принципиальная схема ультразвуковой обработки 117 При размерной ультразвуковой обработке съем материала происходит вследствие удара торца инструмента по частицам аб- разива, находящимся на обрабатываемой поверхности. Количе- ство абразива в зоне контакта является одним из важнейших фак- торов определяющим скорость обработки. Проведенные исследование дают основание полагать, что применение ультразвука при механической обработке облегчает условие резания и улучшает качество обработки на ряде опера- ций. Это связано с тем, что: высокочастотные ультразвуковые колебания создают до- полнительные циклические перемещения контактных поверхно- стей инструмента относительно обрабатываемого материала. Эти перемещения снижают сопротивление сходу стружки. Вследствие этого уменьшается деформация стружки, сила резания, работа ре- зания, количество тепла; ультразвуковые колебания передаются от режущего ин- струмента обрабатываемой детали и, таким образом, непосред- ственно действуют на металл в зоне пластической деформации. Наложение упругих колебаний на процесс направленной сдвиговой деформации уменьшает работу пластической деформации. Механическая ультразвуковая обработка. Ультразвуковые колебания в зоне резания можно возбуж- дать двумя способами: наложением колебаний на инструмент и на деталь. При точении с наложением ультразвуковых колебаний сум- марный расход мощности снижается на 30 %, при той же частоте обработке. Исследования показывают, что применение твердосплавного инструмента при УЗО не целесообразно, поскольку интенсивные знакопеременные напряжения, возникающие на вершине резца, приводят к быстрому выкрашиванию – поэтому рекомендуют при- менять быстрорежущий инструмент. При сверлении отверстий 7 мм в латуни с амплитудой равной 10 мкм осевое усилие падает примерно на 76 % (с 33 до 8 кг), а 5 …9 в стали Х18Н9Тосевое усилие падает на 86 %. Нарезание резьбы в отверстиях является одной из трудоем- ких операций технологического процесса изготовления деталей. Одним из путей снижения трудоемкости является наложение вы- нужденных высокочастотных колебаний на инструмент или обра- батываемую деталь. Нарезание резьбы метчиками сталей типа Ст 0…Ст 3 пред- ставляет известные трудности в связи с повышенной вязкостью 118 стали и склонностью к образованию нароста. Указанные факторы вызывают заклинивание метчика и его поломку. Стойкость инстру- мента небольшая. Существует три схемы наложения колебаний: а) в направлении подачи, то есть вдоль оси метчика – продольные колебания; б) в направлении скорости резания – крутильные коле- бания; в) комплексные – “а” и “б”. Снижается расход инструмента, повышается его стойкость (на 90 %). Наложением ультразвуковых колебаний на инструменты предупреждает образование нароста на режущих лезвиях инстру- мента (циклические колебания уменьшают сопротивление сходу стружки, облегчается процесс стружкообразования, улучшается подвод СОЖ). Применение УЗО при электрохимической обработке. С помощью ультразвуковых колебаний интенсифицируется скорость электрохимических процессов. Общие положения сводятся к следующему: 1. значительно увеличиваются предельно – допустимые плотности тока; 2. скорость осаждение металла возрастает; 3. снижается перенапряжения на катоде; 4. осаждаемый металл имеет мелкокристаллическую струк- туру; 5. уменьшается пористость покрытия; 6. улучшается адгезия материалов. Такая закономерность вполне объяснима, если рассматри- вать процесс кристаллизации с точки зрения сопоставления скоро- сти роста отдельных кристаллов и скорости образования центров кристаллизации. Отсутствие пор – отсутствие условий для задерж- ки водородных пузырьков на катоде, увеличение подвижности электролита. Ультразвуковая доводка инструмента. Размерная обработка твердых материалов с помощью уль- тразвуковых колебаний в суспензии абразива достаточно распро- странена. В основном обработка ограничивается небольшими по размеру деталями. Ультразвуковое шлифование отличается от обычного тем, что абразив в виде суспензии подается в зазор между, движущим- ся инструментом и обрабатываемой поверхностью и на систему накладывается ультразвуковые колебания. Скорость обработки при прочих равных условиях зависит от твердости и хрупкости об- рабатываемого материала. Интенсивность обработки зависит от 119 концентрации абразива в суспензии (оптимальная концентрация – 50 %). Смену абразива целесообразно проводить через 15…20 дней. Скорость поперечной подачи не оказывает влияние на чи- стоту поверхности при ультразвуковой обработке. Благодаря тому, что при ультразвуковой обработке отсут- ствуют высокие температуры в зоне контакта инструмента с обра- батываемым изделием и с связи с этим отсутствуют какие – либо дополнительные напряжения, можно производить обработку от- ветственных деталей и инструментов. Используемые жидкости: Н 2 О, бензин, трансформаторное масло, машинное, льняное, керо- син, глицерин, смесь Н 2 О и глицерин 75 и 25 Н 2 О 50 % и 50 Н 2 О, мыльный раствор, этиловый спирт. Чистота поверхности, при ультразвуковой обработке, в ос- новном определяется свойствами обрабатываемого материала, зернистости применяемого абразива и зависит от амплитуды ко- лебаний инструмента. При обработке твердых сплавов в ряде слу- чаев при получении более высокой чистоты нет необходимости в более мелком абразиве – достаточно уменьшить амплитуду коле- баний инструмента. Точность ультразвуковой обработки деталей из твердых и хрупких материалов зависит от многих факторов, которые можно разделить на две группы. К первой относятся факторы, не связан- ные непосредственно с процессом и являющиеся общими для лю- бых процессов механической обработки: точность оборудования, соосность и прямолинейность соединений основных элементов рабочей головки, точность взаимной установки детали и инстру- мента и др. Ко второй относятся факторы, специфичные для уль- тразвуковой обработки: зернистость абразива, определяющая за- зор между инструментом и деталью, износ инструмента, точность его изготовления, режим обработки, обрабатываемый материал и др. Лазерная обработка (обработка световым лучом) произво- дится с использованием импульсного рубинового лазера, лазера на углекислом газе для обработки неответственной детали и для перфорирования. Получаемые параметры обработки: минималь- ный диаметр отверстия до 10 мкм, скорость обработки до 18 м/мин, разрезание до 5 мм. При переходе атома с одного уровня (более высокого) на другой излучается энергия описываемая уравнением Бора: h Е Е Е 1 2 , ( 20.1) 120 где - частота перехода; h - постоянная Планка; 1 2 , Е Е - энергия уровня 1 и 2. Технологическое применение лазеров основано на высокой концентрации излучаемой энергии, обладающих высокой мощно- стью, пригодное для выполнения разнообразных технологических операций (термообработки, резки, сварки, прошивки), обработки сверхтвердых сплавов, тугоплавких материалов, обработки кото- рых затруднена обычными методами или вообще не возможна. В настоящее время существуют лазеры трех типов: газовые (гелий – неон), кристаллические (или твердые) (рубин или рубин + 0,08 % 3- х валентного хрома) и жидкостные (органические и ме- таллорганические соединения). Наиболее широко в настоящее время применяются лазеры на твердом теле. Температура в точке приложения луча достигает величин, достаточных для расплавления и превращения в пар любого из существующих материалов (5500…9000 0 С и более). Лазеры рабо- тают главным образом в импульсном режиме (длительностью 0,2- 50 мкс) частота повторений импульсов 0,1…5 в секунду. Энергия их светового импульса мала и лежит в пределах от 10 до 30 Дж. (этой энергии достаточно для нагревании 1 г воды на 0,25 0 С). Но если эту энергию сконцентрировать в пучок диаметром 0,01…0,001 мм и выделить в течение 0,000001 с, то материал на участке фоку- сировки испаряется. Световой луч может быть использован для прошивки отвер- стий очень малого диаметра (0,7…1,0 мкм). За 200 мкс в алмазе на длину 6 мм прошивается отверстие диаметром 0,05 мм (темпера- тура 5300 0 С). Съем металла доходит до 100 мм 3 /мин – то есть производительность очень высокая. Преимущество лазера – обработка возможна в любой среде, проводящей свет. КПД существующих установок равен 0,1…0,5 %. При изготовлении отверстий в стали получается очень высо- кая чистота поверхности – плавление происходит очень быстро. Перспективно применение лазера при проведении микросвароч- ных работ, микромеханической обработке, спектрального анализа, контроля. Лазеры применяют их для точного закаливания чугунных картеров. Лазерный луч движется вдоль внутренней стенки карте- ра, нагревая его поверхность за несколько долей секунды до 1050 0 С. По мере перемещения лазера окружающий “холодный” |