Учебники по популярным профессиям
на asv0825.ru

Исходные материалы и их подготовка к ковке

       

Разделка металла на заготовки (окончание)

Кроме станков с прямолинейным возвратно-поступательным движением ножовочного полотна выпускают ножовочно-отрезные станки с дуговой траекторией его движения. Они отличаются более высокой производительностью, меньшими габаритными размерами и массой.

Резку на токарно-отрезных станках применяют в единичном и мелкосерийном производстве для разделки круглых прутков и труб на заготовки с высокой точностью по длине и с хорошим качеством разреза. Преимуществами способа являются его универсальность и простота, недостатками — низкая производительность (1 ... 3 заготовки Ø 50 ... 80 мм в минуту) и большой отход металла в стружку (при разделке прутка Ø 150 мм ширина пропила составляет 6 ... 10 мм). Резку осуществляют на универсальных токарных и специальных токарно-отрезных станках и автоматах.

Резка абразивными кругами находит применение при разделке на заготовки круглого проката диаметром до 200 мм, труб диаметром до 600 мм, профилей из высокопрочных металлов. Абразивные круги Ø 300 . . . 600 мм и толщиной 0,5 ... 4 мм изготовляют из электрокорунда или карбидов кремния на вулканитовой либо бакелитовой связке. Окружная скорость круга составляет 30 ... 100 м/с, поэтому он должен быть достаточно прочным и упругим» Абразивную резку выполняют на станках с ручной подачей круга, а также на полуавтоматах и автоматах. Возможна резка высокопрочных металлов с большой производительностью, высокой геометрической точностью и малой шероховатостью поверхности разреза. Способ более экономичен, чем резка дисковой пилой и на токарно-отрезных станках. Его недостатками являются шум, выделение пыли при работе, быстрое изнашивание кругов, значительная ширина пропила (1 % от диаметра круга).

Резка фрикционными пилами заключается в том, что тонкий стальной диск вращается с большой окружной скоростью и за счет контактного трения происходят местный нагрев и размягчение или расплавление разрезаемого металла, частицы которого выбрасываются из пропила в виде снопа искр. Диски изготовляют из вязких низкоуглеродистых либо инструментальных сталей У7А, У8А. Для повышения стойкости дисков их во время работы охлаждают водой или эмульсией.

Резка электромеханической пилой характерна тем, что металл в зоне разреза не только разогревается вследствие трения вращающегося диска-электрода 1 (рис. 3.13), но и расплавляется электрической дугой, возникающей между диском и заготовкой 6. Расплавленный металл выносится из пропила вращающимся диском. Ток силой до 1000 А и рабочим напряжением до 20 В от трансформатора 5 через скользящий контакт 4 подается на режущий стальной диск 1. Последний вращается с частотой 2200 об/мин от электродвигателя 2 через ускоряющую ременную передачу 3. Ширина пропила не превышает 3 мм. Производительность резки электромеханической пилой значительно превышает производительность резки, осуществляемой на механических пилах, кроме того, шум при их работе меньше. Недостатками способа являются низкая чистота поверхности разреза и изменение структуры металла в зоне теплового влияния. При этом способе резки необходимо применять защитные устройства от брызг металла и светового излучения. Способ применяют в единичном и серийном производстве для разделки сортового проката из легированных сталей диаметром до 240 мм, а также труб и толстых алюминиевых листов.

Рис. 3.13. Схема резки электромеханической пилой:
1 - диск-электрод, 2 - электродвигатель, 3 - ременная передача, 4 - контакт, 5 - трансформатор, 6 — заготовка

Анодно-механическая резка основана на термическом и электрохимическом разрушении металла при прохождении электрического тока между заготовкой (анодом) и инструментом (катодом). Сила тока составляет 80 ... 150 А при резке заготовок Ø 50 .. . 100 мм и 350 . .. 450 А — при резке заготовок Ø 200 . . . 250 мм; напряжение равно 20 ... 30 В.

Установка для анодно-механической резки показана на рис. 3.14. Разделываемая заготовка 3 крепится в опоре 4 станка, подключаемой к положительному полюсу источника постоянного тока. В качестве инструмента используют металлический диск 1 толщиной 0,5 ... 2,5 мм, изготовленный из низкоуглеродистых сталей 0,8кп, 10, 20 или меди. Диск подключают к отрицательному полюсу источника тока и сообщают ему вращательное (с окружной скоростью и) и поступательное (с подачей 5) движения в направлении заготовки. Процесс резки ведут в среде электролита, который подают в зону резки через сопло 2. Электролитом служит водный раствор жидкого стекла (силиката натрия Na2Si03).

Рис. 3.14. Установка для анодно-механической резки:
1 - диск, 2 - сопло, 3 - заготовка, 4 - опора

При прохождении через электролит постоянного электрического тока на поверхности анода (заготовки) происходят химические реакции. Образующиеся в результате химические соединения в виде отходов переходят в раствор (это явление называется анодным растворением при электролизе) и удаляются механическим способом. Помимо процесса анодного растворения при рассматриваемом способе резки в зоне контакта заготовки с инструментом происходит также процесс электроэрозии — разрушения электродов из токопроводящих материалов при пропускании между ними электрического тока. Кроме того, при пропускании электрического тока металл заготовки в месте контакта с инструментом нагревается вследствие возникновения импульсных дуговых разрядов, размягчается или даже расплавляется и удаляется из зоны резки механическим путем за счет относительного движения заготовки и инструмента.

При анодно-механической резке окружная скорость и вращения режущего диска составляет 15 ... 25 м/с при скорости подачи 0,14 • 10-3. . . 0,45 • 10-3 м/с. Подача диска осуществляется автоматически так, чтобы постоянно выдерживался определенный зазор между диском и разделываемым металлом. Износ инструмента составляет 15 . . . ... 25 % от объема прорезанного слоя металла, расход рабочей жидкости — 5 ... 25 л/мин при резке прутков Ø 25 ... 300 мм. Время отрезки зависит от диаметра разделываемой заготовки. Так, заготовка Ø 40 мм отрезается за 1,5 мин, Ø 100 мм — за 5,5 мин. Ширина прорези в 1,3...2 раза превышает толщину инструмента.

Кроме дисков для анодно-механической резки применяют также проволоку или бесконечную ленту, концы которой соединяют пайкой. Толщина ленты составляет 0,5 ... 1 мм, ширина — 15 ... 40 мм, скорость резания лентой — 20 м/с. Анодно-механической резкой можно разделывать любые токопроводящие металлы; ее целесообразно применять в тех случаях, когда механическая резка невозможна или вызывает затруднения.

Электроискровая (электроэрозионная) резка осуществляется дисковым или ленточным инструментом в ванне с жидким диэлектриком (керосин, вода и др.).

Установка для электроискровой резки (рис. 3.15) состоит из источника постоянного тока напряжением 100 . . . 200 В, резистора R, конденсатора С, резервуара 4 с жидким диэлектриком, дискового инструмента 1 и опоры 3 для закрепления разделываемой заготовки 2. Диск 1, вращаясь с окружной скоростью v, внедряется в заготовку с подачей S. По мере заряда конденсатора С напряжение на электродах (диске 1 и заготовке 2) увеличивается и, когда оно достигает пробойного значения, между инструментом и заготовкой происходит искровой разряд. Частота разрядов, зависящая от емкости конденсатора С и сопротивления резистора R, составляет несколько сотен в секунду. В момент разряда развивается высокая (до 10 000 °С) температура, вызывающая взрывообразное плавление, сгорание и испарение металла. Непрерывность процесса обеспечивается поддержанием определенного зазора между инструментом и заготовкой, что выполняется автоматически, так как электроискровые станки имеют следящую систему и механизмы автоматической подачи инструмента или заготовки.

Рис. 3.15. Установка для электроискровой резки
1 - диск, 2 - заготовка, 3 - опора, 4 - резервуар

Диски, изготовляемые из латуни или медно-графитовой массы, обладают невысокой стойкостью. Производительность процесса также невысока и сопоставима с производительностью фрезерования. Так, пруток из стали Х12М Ø 70 мм разрезается за 2 мин. Электроискровую резку целесообразно применять для разделки труднообрабатываемых высокопрочных и твердых сплавов, а также таких металлов, как тантал, вольфрам, молибден и др. Возможно получение точных по размерам заготовок, имеющих малое отношение длины к диаметру.

Кислородная резка осуществляется за счет сжигания металла в струе кислорода, которая одновременно служит для удаления продуктов сгорания. Этот способ резки применяют в мелкосерийном производстве для разделки низко- и среднеуглеродистых сталей, а также низколегированных сталей и титановых сплавов при толщине заготовок до 2000 мм. Кислородную резку выполняют вручную различными резаками с комплектами сменных мундштуков для пламени разной мощности, а также на переносных и стационарных машинах с программным управлением.

Для разделки высоколегированных тугоплавких сталей, медных и алюминиевых сплавов с большой теплопроводностью в зону резки дополнительно подают флюс — железный порошок, при сгорании которого в этой зоне повышается температура (кислородно-флюсовая резка). Образующиеся при этом шлаки разжижаются и легко удаляются кислородной струей.

Недостатком кислородной резки наряду со значительными потерями сгорающего металла является то, что в заготовках (особенно из высокоуглеродистых и легированных сталей) остается зона термического влияния глубиной 0,5 ... 3 мм. В этой зоне происходит закалка и существенно повышается твердость металла, что затрудняет его дальнейшую обработку. Для предотвращения данного явления необходимо применять подогрев металла перед резкой и замедленное охлаждение после нее. К недостаткам этого способа резки следует также отнести большой расход кислорода и загазованность рабочих помещений.

Плазменно-дуговая резка осуществляется струей плазмы, получаемой в плазматронах. Электрическая дуга в канале плазматрона сжимается давлением газа (азота, аргона, водорода или их смесей) и выходит в виде струи плазмы — сильнр ионизированного газа с температурой 10 000 . . 30 000 ° С. Механизм перемещения плазматрона в процессе резки управляется системой ЧПУ.

Плазменная резка более экономична, чем резка на пилах. Глубина зоны термического влияния не превышает 0,8 мм. Этот способ можно применять для разделки любых металлов толщиной до 300 мм. Он особенно эффективен при резке тугоплавких высокопрочных сталей и сплавов, а также медных и алюминиевых сплавов с большой теплопроводностью.

Создаются автоматизированные линии для плазменно-дуговой резки, в которых как сам процесс резки, так и вспомогательные операции (поштучная выдача проката из связки, укладка отрезанных заготовок, удаление отходов) выполняются автоматически.

Отрубка — это способ разделки металла с помощью клинового инструмента. Как кузнечная операция она выполняется на молотах и гидравлических прессах с применением кузнечных топоров, служащих для отделения лишних частей от основной заготовки или поковки, а также для разделки исходного металла под ковку. Для отрубки полосового материала иногда используют не топоры, а квадраты — прутки квадратного сечения необходимой длины. Отрубку используют при производстве практически всех поковок как из слитков, так и из прокатанных заготовок. В зависимости от типа, размеров и конфигурации заготовок применяют различные способы отрубки, которые будут рассмотрены при изучении операций ручной и машинной ковки. Каждый из способов имеет свои преимущества и недостатки.

Правильный выбор способа разделки металла на заготовки имеет большое значение для повышения технико-экономических показателей кузнечно-штамповочного производства. Требуемые заготовки можно получить разными способами отрезки. Наиболее рациональным является тот из них, который, обеспечивая получение необходимого качества заготовок, наиболее экономичен при заданном объеме производства.

Резку на пилах и других отрезных станках целесообразно применять в единичном и мелкосерийном производстве для получения заготовок под ручную ковку. В крупносерийном производстве эти способы используют при необходимости получения заготовки с очень высоким качеством поверхности разреза, а также для разделки проката большого сечения при отсутствии ножниц и прессов необходимого усилия.

Самым производительным, экономичным и металлосберегающим способом получения заготовок является разделка проката на сортовых ножницах и в штампах на прессах. В условиях крупносерийного и массового производства за счет этих преимуществ окупаются довольно значительные затраты на приобретение ножниц или прессов. Если заготовки нельзя получить отрезкой в штампе или на ножницах, следует рассмотреть возможность применения холодной ломки. Разделку труднообрабатываемых высокопрочных металлов осуществляют абразивными дисками, анодно-механической, плазменно-дуговой резкой и другими способами.

При разделке на заготовки сортового проката во избежание недостатка в заготовке металла устанавливают припуски на длину, которые зависят от способа разделки. В зависимости от точности различных способов разделки устанавливают допуски на длину отрезаемых заготовок. Например, при разделке проката диаметром или стороной квадрата 70 . . . 100 мм допуск на заготовки длиной до 300 мм, полученные на ножовочно-отрезных станках, составляет ± (1 ... 1,3) мм, а на сортовых ножницах ± (1,5 ... 2) мм.

Отходы металла, образующиеся при его разделке на заготовки, необходимо учитывать при выборе способа разделки применительно к конкретным производственным условиям. Потери металла на отходы зависят также от того, насколько рационально выбран способ раскроя проката. В процессе раскроя образуются концевые обрезки — отходы при удалении дефектных концов прутка. Длина концевых обрезков должна быть больше половины толщины проката, в противном случае возможно образование дефектов на торце мерной заготовки. К отходам металла относится также прорезка, которая зависит от толщины инструмента — пилы, резца, фрезы (разделка в штампах и на ножницах такого отхода не дает) . При отрезке последней заготовки остается опорный конец — отход, равный концевому отрезку прутка, необходимому для поперечного зажима. Его длина примерно равна диаметру заготовки. Необходимо также учитывать некратность — отход, вызванный колебанием длины прутка и немерностью последней заготовки. Средняя длина некратности принимается равной половине длины отрезаемой заготовки. При заказе металла длину сортового проката устанавливают в зависимости от фактического размера заготовки, принятого способа разделки и вышеперечисленных потерь на отходы металла. Отходы в виде некрат-ностей и опорных концов в ряде случаев целесообразно использовать для изготовления более мелких поковок.

Раскрой прутков производят индивидуальным или групповым (комбинированным) методом. При индивидуальном раскрое пруток разделывают на одинаковые заготовки, что наиболее удобно для серийного и массового производства. При г рупповом раскрое производят предварительный расчет и планирование вариантов разделки проката на заготовки различной длины, составляющие комплект. Наиболее целесообразный вариант раскроя проката на заготовки с наименьшим расходом металла на комплект определяют путем математического программирования с использованием ЭВМ. При этом можно улучшить использование пруткового металла на 2 ... 6 %.

Контрольные вопросы

  1. Что такое ковкость металлов?
  2. Какое влияние оказывают на свойства стали углерод, сера, фосфор и легирующие элементы?
  3. На какие группы подразделяют сталь по способу производства, химическому составу, степени раскисления, качеству и назначению?
  4. Какие сплавы цветных металлов обрабатывают ковкой?
  5. Перечислите виды исходных заготовок, применяемых для получения поковок.
  6. Каковы преимущества применения периодического проката для получения поковок?
  7. Какие дефекты могут иметь слитки и сортовой прокат?
  8. Какие документы проверяют при приемке металла на складе?
  9. Перечислите основные правила хранения металла.
  10. Как удаляют поверхностные дефекты металла?
  11. Назовите основные способы разделки металла на заготовки.
  12. На каком оборудовании осуществляют отрезку заготовок для ручной ковки?
  13. Как уменьшить отходы металла при его разделке на заготовки?

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru