Глава 7. ХОЛОДНЕ ШТАМПУВАННЯ

21. Суть процесу і види холодного штампування

1. Характеристика основних видів холодного штампування.Холодним називають штампування без нагрівання заготовок. Його поділяють на об'ємне і листове.

Холодне об'ємне штампування дає можливість майже повністю виклю­чити обробку різанням і забезпечує порівняно з нею зменшення трудоміст­кості виготовлення деталей на 30...80 % і підвищення коефіцієнта викорис­тання матеріалу на 50 %. При холодній висадці цей коефіцієнт досягає 95 %, а продуктивність - 800 шт./хв.

Основні види холодного об'ємного штампування: видавлювання, ви­садка, об'ємне формування і калібрування (карбування). Холодні об'ємні формування, висадка і калібрування аналогічні відповідним процесам га­рячого об'ємного штампування, а холодне видавлювання - пресуванню. Однак вони забезпечують досягнення більшої точності і більш якісної поверхні деталей. Наприклад, звичайна точність після калібрування ста­новить ±0,1...0,25 мм, а підвищена - ± 0,05...0,15 мм.

Холодним листовим штампуванням називають процес виробництва деталей з листа, стрічки, штаби. Товщина деталей майже не відрізняється від товщини листового матеріалу і не перевищує 10 мм.

До переваг цього виду штампування належать: висока продуктивність (до 40 тис. деталей за змі­ну); висока точність штамповок, що не потребує наступної механічної обробки; можливість ав­томатизації процесу; економічна доцільність і при масовому, і при серійному виробництві.

В автомобілебудуванні штампуванням з листо­вого матеріалу виготовляють близько 60 % деталей, у точному машино­будуванні і приладобудуванні - до 75 %, а у виробництві товарів широко­го вжитку - до 98 %.

2. Обладнання для холодного штампування.Холодне видавлювання здійснюють на кривошипних та гідравлічних пресах. Процес холодного об'ємного формування близький до об'ємного калібрування, і ці операції здійснюють на кривошипно-колінних пресах.

Холодну висадку виконують на холодновисаджувальних автоматах, по­дібних до горизонтально-кувальних машин. Вони забезпечують автома­тичну подачу заготовки, перекладання її з рівчака в рівчак штампа і від­різування виробів від прутка.

Листове штампування виконують на кривошипних, рідше (великих розмірів деталей) - на гідравлічних пресах. Застосовують кривошипні преси простої і подвійної дії. Будова і дія кривошипного преса простої дії і КГШП (див. рис. IV.22) аналогічні.

Прес подвійної дії має два повзуни - внутрішній і зовнішній. Внутріш­ній повзун 1 (рис. IV.29) приводиться в рух від кривошипно-шатунного механізму, а зовнішній 2 - від кулачків 3, які закріплені на колінчастому валу. Рухаючись униз, зовнішній повзун випереджає внутрішній, притис­кує складкотримачем 5 заготовку 6 до матриці 7 і залишається нерухо­мим під час деформування заготовки пуансоном 4, який кріпиться до внут­рішнього повзуна. Після закінчення штампування обидва повзуни підні­маються.

22. Виготовлення виробів холодним об'ємним штампуванням

1. Холодне видавлювання- це одержання штамповок при пластичній течії металу в порожнині штампа. При холодному видавлюванні на від­міну від пресування заготовкою є не зливок, а штучна заготовка з прут-

ка, а виробом є не видовжений профіль, а найчастіше готова деталь, що потребує лише незначної механічної обробки. Пластичне деформування видавлюванням відбувається в умовах нерівномірного стискування і за­безпечує високий ступінь деформації. Для м'яких, пластичних металів (алюміній) ступінь деформації, що дорівнює відношенню площ перерізу заготовки і деталі, може перевищувати 10000 %. Проте видавлювання потребує високого тиску: для алюмінію - до 0,7 ГПа, для сталей - до 3 ГПа.

Розрізняють пряме, зворотне і комбіноване видавлювання залежно від напряму руху пуансона 5 (рис. IV.30, а) і витоку металу при формоутво­ренні деталі 3 крізь отвір у нерухомій матриці 1. Пряме видавлювання застосовують для виготовлення стрижнів з потовщенням (болти, клапани тощо), зворотне - для порожнистих деталей з дном (корпуси туб, стакани тощо). Комбіноване видавлювання, схему якого наведено на рис. IV.30, а, супроводжується течією металу в різних напрямах. Для видалення дета­лей зі штампа застосовують виштовхувач 2 і знімач 4.

2.Холодну висадкузастосовують для виготовлення широкого асорти­менту деталей у масовому виробництві: болтів, гайок, шпильок, гвинтів, шурупів, цвяхів та ін. Вихідною заготовкою є дріт або прутки діаметром 0,5...38 мм. Холодну висадку деталей здійснюють за 1, 2, 3 і більше пере­ходів (ударів) залежно від форми висаджувальної частини і її розмірів. Відношення довжини цієї частини до діаметра не повинно перевищувати 2,5 при висадці за 1 удар і 8 при висадці за 3 удари.

Схему висадки заклепки на холодновисаджувальному автоматі пока­зано на рис. IV.30, б. Автомат має механізми подачі, відрізування і пере­кладання заготовки з лінії подачі на лінію висадки, а також механізми висадки і виштовхування. Дріт або пруток роликами б висувається крізь матрицю 7 до упора 8. Далі матриця переміщується з одночасним відрізу­ванням деталі від заготовки на позицію висадки. Висадка заклепки 10 здійснюється пуансоном 9, а виштовхується вона з матриці виштовхувачем 11.

3. Холодне формуваннязастосовують для виготовлення складних за формою деталей з площею горизонтальної проекції до 5000 мм² і заввиш­ки до 25 мм (рис. IV.31). Його виконують у відкритих і закритих штам-

Рис. IV.30. Холодне об'ємне штампування

Рис. IV.31. Деталі, які виготовляють холодним формуванням

пах. Вихідною заготовкою є штучна заготовка з сортового прокату або виготовлена гарячим штампуванням чи литтям. Іноді (частіше при штам­пуванні в закритих штампах) заготовкою може бути стрічка чи пруток, але при цьому витрата металу порівняно зі штучною заготовкою збіль­шується на 10...30 %.

Технологічний процес виготовлення деталей холодним формуванням складається з таких операцій: відрізання заготовок, формування (іноді попереднього і заключного), обрізання задирок (при формуванні у від­критих штампах), калібрування або зачищення. При холодному форму­ванні застосовують такі формозмінювальні операції: осадку на плоско-паралельних бойках; відкриту осадку з видавлюванням в одну або обидві сторони для утворення бобишок, виступів; закриту осадку з одночасним витіканням металу в одну або обидві порожнини штампа. Холодне фор­мування в закритих штампах застосовують в основному для сплавів ко­льорових металів.

При формуванні за кілька переходів для підвищення пластичності роб­лять проміжне відпалювання. Холодне формування, як і видавлювання, виконують із змащуванням.

23. Технологічні операції листового штампування і штампи

Технологічні операції листового штампування можна поділити на дві гру­пи: роздільні (відрізування, вирізування, пробивання, надрізування, обрізу­вання) і формозмінні (згинання, витягання, обтискання, формування та ін.).

1. Відрізування використовують для виготовлення штаб і листових за­готовок. Цю операцію виконують ножами на приводних паралельних, гільйотинних або дискових ножицях, а також на пресах за допомогою штампів.

Ножиці з паралельним розташуванням різальних кромок ножів засто­совують тільки для розрізання тонкого металу. В гільйотинних ножицях різальні кромки ножів 2 і 5 (рис. IV.32, а) з метою зменшення зусилля при різанні нахилені одна до одної під кутом створу. Потрібна ширина заго-

товки 3 встановлюється за допомогою упора 4. Перед початком відрізу­вання лист-заготовка закріплюється притискачем 1.

На дискових ножицях лист подається і розрізується на частини обер­товими дисковими ножицями (рис. IV.32, б). Розріз може бути прямолі­нійним і криволінійним.

Для одержання якісної поверхні зрізу зазор між різальними кромками ножів має становити 3...5 % від товщини листа.

2. Вирізування і пробивання- це різання по замкненому контуру і відріз­няються тільки призначенням. При вирізуванні (вирубуванні) деталь 9 (рис. IV. 32, в) відокремлюється від заготовки 8, а при пробиванні в деталі 9 (рис. IV.32, г) утворюється наскрізний отвір з видаленням частини мате­ріалу 10 у відход. При цьому пуансон 7 і матриця 6 працюють як ножі замк­неної форми. Для одержання чистого зрізу робочі кромки пуансона і мат­риці мають бути гострими, а також слід витримати певний зазор між пуан­соном і отвором матриці. Зазор залежить від властивостей матеріалу і тов­щини листа. Зусилля вирізування і пробивання прямо пропорційні перимет­ру зрізу, товщині листа і границі міцності металу, що штампується.

Рис. IV.32. Роздільні операції листового штампування

Різновидом пробивання є надрізування з метою утворення в штампо­ваних деталях язичків, лапок тощо (рис. IV. 32, д), а також обрізування нерівних країв у порожнистих деталей після витягування, розбортування.

3. Штампи для вирізування і пробиванняможуть бути простої дії, на яких виконують тільки одну операцію, і багатоопераційні.

На рис. IV.33 показано багатоопераційний штамп послідовної дії для виготовлення шайб з штаби. В ньому за один хід повзуна преса викону­ються дві операції: пробивання отвору в одній деталі і вирізування конту­ру другої. Нижня плита штампа 8 болтами прикріплена до столу, а верх­ня плита 1 за допомогою хвостовика 2 - до повзуна преса. На нижній плиті у матрицетримачі 9 встановлені матриці 11, а на них дві напрямні пластини 14 і знімач 3. На верхній плиті за допомогою пуансоно-

тримача 4 закріплені пуансони 5 і 6. Точне сполучення робочих деталей штампа

забезпечується напрямними колонками 13, які закріплені в нижній плиті, і напрямними втулками 12. Пуансони і матриці пробивних штампів виго­товляють зі сталей У8, Х12М, 7ХГ2ВМ тощо.

Штампування здійснюється так: штаба 7 подається в зазор під знімач. Коли верхня частина штампа опускається, вирізний 5 і пробивний 6 пуан­сони одночасно входять у відповідні матриці 11 і виконують зразу обидві операції: вирізування і пробивання. При цьому штаба щільно обтискує пуансони і при підніманні повзуна знімачем 3 скидається з них. Перед наступним ударом штаба подається вперед до упора 10. В багатоопера­ційних штампах поряд з вирізуванням і пробиванням здійснюють також операції згинання, витягання, розбортування, обрізування.

У дрібносерійному виробництві широко застосовують універсальні штампи із змінними пуансонами і матрицями, які легко налагодити на виготовлення різних деталей.

Виготовляють штампи з вуглецевих сталей У8, У10, штампових сталей Х6ВФ, Х12Мтаін.

4. Згинанняє однією з найбільш поширених формозмінювальних опе­рацій холодного штампування. Вона відзначається вузькою зоною дефор­мації в місці контакту з пуансоном, в якій волокна металу всередині кута згинання стискаються, а зовнішні - розтягуються, тому довжину загото­вок деталей, які виготовляють згинанням, розраховують по середній лінії.

При згинанні деталь пружинить (частково відновлює форму після зняття навантаження), що потребує коригування розмірів штампа або наступ­ного калібрування. Кут пружинення залежить від властивостей матеріа­лу, його товщини і відношення радіуса згинання до товщини листа і для різних сталей дорівнює 1 ...8°. Найменший внутрішній радіус згинання ста­новить 0,1...0,2 від товщини листового матеріалу.

Згинальні роботи (рис. IV.34, а) відзначаються великою різноманітніс­тю конструкцій штампів. На рис. IV.34, б показано схему згинання втулок. Спочатку відбувається попереднє згинання заготовки між матрицею 1

Рис. IV.33. Штамп по­слідовної дії для проби­вання і вирізування

Рис. IV.34. Листове штампування згинанням

Рис. IV.35. Листове штампування витяганням

і оправкою 2. Далі рухома півматриця 3 формує ліву, а нерухома пів-матриця 4- праву полички заготовки. При нижньому положенні повзуна преса втулка остаточно обтискується півматрицями на оправці.

5. Витягання- виготовлення порожнистої деталі замкненого контуру з плоскої листової заготовки. Витяганням можна виготовляти деталі з лис­та завтовшки 0,02...30 мм з розмірами від десятих часток міліметра до кількох метрів: кузови автомобілів, посуд, гільзи, ковпачки, коробчасті деталі тощо (рис. IV.35, а). При відношенні висоти деталі до діаметра hld (для циліндричних деталей) менше ніж 0,6 можливе витягання за один перехід, при більших значеннях hld кількість переходів зростає (при hld = 12 їх потрібно 6). Відношення зовнішнього діаметра деталі 5 (рис. IV.35, б) до діаметра заготовки 1 називається коефіцієнтом витягання k. Для пер­шого переходу k — 0,5...0,6, а для наступних він становить 0,6...0,7. При виготовленні деталей типу тіл обертання заготовка має форму кола, діа­метр якого обчислюється за формулою

,

де - сума еле­ментарних поверхонь М₁, М₂, ..., з яких складається деталь.

Розрізняють витягання без стоншування і зі стоншуванням стінок.

Витяганням без стоншування стінок виготовляють порожнисті деталі з листа без зміни його товщини. Воно може бути прямим і зворотним. При прямому витяганні з плоскої заготовки 1 (рис. IV.35, б, в) циліндричної порожнистої деталі пуансон 3 при робочому ході проштовхує заготовку 1 в матрицю 2, витягуючи її в порожнистий ковпачок. Заготовка притиску­ється до матриці 2 притискним кільцем (складкотримачем) 4, яке запобігає утворенню складок і може працювати від пружини, гуми, пневмо- або гідро­системи. Тиск притискувача становить 1 ...3 МПа. При зворотному ході пуан­сона нижній край матриці діє як знімач. У місці А все-таки відбувається стоншення стінки, яке дорівнює 10...25 %. Зазор між пуансоном і матрицею становить 1,2...1,3, а для остаточного переходу -1,1 від товщини листа.

Зворотне витягання застосовують для деталей з подвійною стінкою, при об'єднанні двох витягувальних операцій в одну. На рис. IV.35, г наве­дено схему зворотного витягання для виготовлення деталей з подвійною стінкою і високих деталей. Заготовка розміщується на матриці 2 і притис­кується складкотримачем 4. На початку робочого ходу повзуна пуансон-матриця 6 витягує з матриці 2 ковпачок більшого діаметра, а далі пуан­сон 7 перетворює його на деталь. Залежно від довжини ходу пуансона-матриці 6 можна отримати деталь з однією або подвійною стінкою.

Витягання із стоншенням застосовують як додаткову операцію для збіль­шення довжини витягнутої деталі за рахунок стоншення бокових сті­нок. Це досягається тим, що зазор між пуансоном і матрицею береться меншим від товщини стінки вихідної заготовки, а робочий отвір матри­ці - конічний. При робочому ході повзуна пуансон 8 (рис. IV.35, д) про­штовхує заготовку у вигляді ковпачка крізь одну або дві матриці 2. Без­посередньо за матрицею встановлено знімач 9 з рухомими кулачками, які охоплюють пуансон. При зворотному ході пуансона деталь упирається в

Рис. IV.36. Формування деталей з листа

знімач і скидається з пуансона. Зменшення товщини стінок, що допус­кається за один перехід, становить 40...60 %.

Витяжні штампи виготовляють здебільшого із сталей У10, У12, лише штампи великих розмірів - із сталей X, 11ХФ та ін.

6. Формування- загальна назва операцій, які відзначаються місцевою зміною форми заготовки. До них належать: обтискання, рельєфне фор­мування, розбортування тощо.

Обтискання - місцеве зменшення поперечного перерізу порожнистих деталей або труб. Штамп для обтискання складається з рухомої або не­рухомої матриці 1 (рис. IV.36, а) і втулки 2. Обтискання за один перехід становить 20...ЗО %.

Рельєфне формування здійснюють місцевим розтягуванням матеріалу і застосовують для надання жорсткості деталі, видавлювання виступів, упорів, фіксаторів, гофрування мембран (рис. IV.36, б).

Формування розтягуванням (випинанням) - це виготовлення порожни­стих деталей типу фасонних ковпачків, сильфонів випинанням трубних заготовок у штампах з рідинними або гумовими пуансонами 3 (рис. IV.36, в) та рознімними матрицями 4.

Розбортовування - утворення бортів у заготовках з отворами (рис. IV.36, г). Воно може здійснюватись із стоншенням і без стоншення стінок. При роз-бортовуванні невеликих отворів намагаються об'єднати його з проби­ванням.

24. Особливі способи листового штампування

У дрібносерійному виробництві застосування складних за конструкцією штампів неекономічне, тому в цих умовах застосовують спрощені спосо­би виготовлення порожнистих деталей: вибуховою хвилею, електрогід­равлічне, магнітно-імпульсне штампування, штампування гумою, ріди­ною, ротаційне видавлювання на спеціальних давильних або універсаль­них токарних верстатах.

1. Штампування вибухомзастосовують при виготовленні деталей ве­ликих розмірів із сплавів, які важко деформуються. Енергія вибуху пере­дається заготовці переважно через рідку фазу (воду). Штампування ви­конують у залізобетонних басейнах. Штамп, що складається з матриці І (рис. IV.37, а), розміщується на дні або біля стінки басейну з водою. Заго­товка 3 затискується між притискачем 4 і матрицею. Зона між матрицею і заготовкою вакуумується через систему 2. При підриві заряду вибухівки 5 у воді виникає ударна хвиля, яка й деформує заготовку. Швидкість де­формування при штампуванні вибухом становить 3...30 м/с, а в деяких місцях досягає 300 м/с. При виробництві поодиноких деталей матриці можна виготовляти з чавуну, бетону, деревини, гіпсу, картону та льоду.

2. Електрогідравлічне штампуванняподібне до штампування вибухом, але ударна хвиля виникає при електричному розряді в рідині. Відомо два методи перетворення електричної енергії в механічну в рідині: розряд кон­денсатора крізь зазор в рідині при напрузі 10...30 кВ; розряд конденсато­ра через алюмінієву дротинку. Другий метод забезпечує ліпше керування процесом і потребує меншої напруги.

Установка для електрогідравлічного штампування крім матриці 3 (рис. IV.37, б) і вакуумної системи 2, як і при штампуванні вибухом, має заряд­ний пристрій 6, розрядник 8, що забезпечує подачу накопиченої в кон­денсаторі 7 енергії на робочий розрядник 9.

Електрогідравлічне штампування успішно застосовується для розваль­цювання труб у трубних решітках апаратів високого тиску.

3. Електромагнітне (магнітно-імпульсне) штампуванняґрунтується на прямому деформуванні металу імпульсними електромагнітними полями.

Установка (рис. IV.37, в) має зарядний пристрій (на рисунку не показа­но), ємнісний накопичувач енергії (батарею-конденсатор) 7, комутацій­ний пристрій 8 та індуктор 10. Індуктор у вигляді соленоїда або плоскої спіралі виготовляється з мідної трубки, залитої у пластмасу. При прохо­дженні імпульсу електричного струму великої сили (до 150 000 А) крізь індуктор між ним і заготовкою створюється магнітне поле високої індук­тивності, яке створює у заготовці 3 вихрові струми. Взаємодія електрич­ного поля і наведених струмів спричинює сили відштовхування, які дефор-

Рис. IV.37. Особливі методи листового штампування

мують заготовку по пуансону або матриці 1. Зусилля, які виникають при цьому, діють про­тягом кількох мікросекунд, і тиск досягає 350 МПа.

Електромагнітне штампування застосову­ють для обтискання і випинання трубних заго­товок, штампування площинних листових де­талей з електропровідних матеріалів (алюміній, мідь, латунь, маловуглецева сталь), а також для складальних операцій (запресування в трубах

кілець, з'єднання кінців труб, виготовлення бало­нів тощо).

4. Ротаційне видавлюваннядає змогу, як і при витяганні, одержувати об'ємні деталі типу тіл обертання (кришки, ковпаки, рефлектори, посу­дини тощо) з листа на універсальних токарно-гвинторізних або карусель­них верстатах. При цьому замість складного штампа використовують оправку-матрицю 1 (рис. IV.38), яка закріплена на шпинделі верстата. Ли­стова заготовка 2 притискачем 3 притискується до оправки. Під дією на­тискача 4 (жорсткого із сферичною головкою або роликового) заготовка поступово облягає поверхню оправки-матриці і набуває її форми.

25. Короткі відомості про техніку безпеки

Штампування і кування супроводжуються переміщенням із значними швидкостями рухомих деталей обладнання й інструментів, ударною дією, часто здійснюються при високих температурах і потребують дотримання особливих умов з техніки безпеки.

Прилади керування не повинні випадково або самочинно включати обладнання. Педальні пристрої керування мають бути обгороджені, щоб запобігти випадковому натисненню на них.

Молоти, ножиці та преси забезпечуються захисними і блокувальними пристроями, які унеможливлюють попадання рук в зону переміщення бойків, ножів, штампів. Преси і молоти обладнуються пристроями, які запобігають самочинному опусканню баби, повзуна або рухомої травер­си під час ремонту і налагоджувальних робіт.

Робота на гідравлічних пресах пов'язана з використанням рідини ви­сокого тиску і тому потребує виконання особливих умов. Преси для гаря­чої обробки, в яких робочою рідиною є масло, мають бути обладнані за­собами протипожежного захисту.

При гарячому штампуванні на молотах слід передбачити умови захис­ту персоналу від поранення уламками і окалиною.

Електронагрівальні пристрої облаштовують огорожею, механічним або електричним блокуванням дотику робітника до частин, які є під на­пругою.

Дієвими заходами, які сприяють безпечній роботі при штампуванні, є огорожа загрозливих ділянок штампів, використання закритих штампів, механізація подачі заготовок і видалення відходів і деталей із зони штам­пування.

Запитання і завдання для самоконтролю

1. Особливості та основні види холодного штампування.

2. Обладнання для холодного штампування.

3. Які ви знаєте основні види холодного об'ємного штампування?

4. Основні операції листового штампування.

5. Які основні елементи пробивних (вирубних) штампів?

6. Які ви знаєте основні види штампування витяганням?

7. Характеристика особливих методів листового штампування (вибухом,

електрогідравлічного, електромагнітного тощо).

8. Основні вимоги охорони праці при штампуванні та куванні.

Розділ VТЕХНОЛОГІЯ ЗВАРЮВАЛЬНОГО

ВИРОБНИЦТВА

Глава 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

1. Фізична суть і класифікація способів зварювання

1. Фізична суть зварювання. Зварюванням називають процес виготов­лення нерознімних з'єднань твердих матеріалів, що здійснюється за раху­нок використання міжмолекулярних і міжатомних сил зчеплення. Щоб привести ці сили в дію, треба зблизити атоми з'єднуваних матеріалів на відстані порядку 4 • 10^-8 см, тобто на такі, що приблизно дорівнюють па­раметрам кристалічних решіток цих матеріалів. Зазначеному процесу зближення сприяє нагрівання зварюваних поверхонь до розплавленого або пластичного стану і прикладання механічного зусилля стискання. Зварювання широко використовують при виготовленні нерознімних з'єд­нань металевих виробів і конструкцій, для з'єднання деяких неметалевих матеріалів (пластмас, скла, деяких гірських порід, смол), а також металів з неметалевими матеріалами - керамікою, графітом, склом та ін. Проте найважливіше значення має зварювання металів, що як й інші способи обробки металів, широко застосовують у сучасному машинобудуванні і в будівництві.

2. Класифікація способів зварювання.Відповідно до ГОСТ 19521-74 способи зварювання класифікують за формою введеної енергії, яка ви­значає клас зварювання. Всі процеси зварювання здійснюються з викорис­танням двох форм енергії - термічної і механічної. Виходячи з цього, зва­рювання поділяють на три класи: термічне, термомеханічне і механічне.

Термічне зварювання ґрунтується на частковому плавленні елементів з'єднання. При цьому кромки цих елементів (основний метал) і в більшо­сті випадків додатковий (присадний) метал нагрівають до рідкого стану, утворюючи загальну зварювальну ванну. Після віддалення джерела теп­лоти метал ванни затвердіває, утворюючи зварний шов, який з'єднує зва­рювані елементи.

До термічного класу належать такі види зварювання: дугове, електро­шлакове, плазмово-променеве, індукційне, електронно-променеве, газо­ве, термітне та деякі інші.

При термомеханічному зварюванні зварне з'єднання утворюється на­гріванням зварюваних деталей до пластичного стану або до початку плав­лення і додатковим прикладанням механічних зусиль стисканням. До цьо-

го класу належать дугопресове, газопресове, контактне, дифузійне, індук­ційно-пресове зварювання.

Механічне зварювання ґрунтується на використанні різних видів меха­нічної енергії.

До механічного класу належать холодне зварювання, зварювання тис­ком, тертям, вибухом, ультразвукове.

За ступенем механізації зварювання поділяють на ручне, напівавтома­тичне і автоматичне.

Крім того, кожний вид зварювання може бути розгорнутим за техніч­ними і технологічними ознаками. Наприклад, дугове зварювання можна виконувати дугою прямої або посередньої дії, плавким або неплавким електродом, з захистом металу газом, флюсом або іншим способом.

Найважливішими видами зварювання є дугове, контактне і газове.

Запитання і завдання для самоконтролю

1. У чому фізична суть зварювання?

2. Які способи зварювання ви знаєте?

Глава 2. ТЕРМІЧНЕ ЕЛЕКТРОЗВАРЮВАННЯ

2. Основні способи дугового зварювання

1. Класифікація способів дугового зварювання.Електричне дугове зва­рювання вперше було застосовано в Росії. У 1882 р. російський винахід­ник М. М. Бенардос використав електричну дугу, яку в 1802 р. відкрив В. В. Петров, для зварювання металів вугільним електродом, а в 1888 р. М. С. Слав'янов запропонував спосіб дугового зварювання металевим електродом. Залежно від способу вмикання до зварювального кола основ­ного й присадного металу і характеру дії на них зварювальної дуги розріз­няють такі основні способи дугового зварювання: неплавким вугільним електродом, або спосіб Бенардоса, плавким металевим електродом, або спосіб Слав'янова, і плавкими металевими електродами з використанням трифазної дуги.

2. За способом Бенардоса(рис. V.1, а) дуга постійного струму при пря­мій полярності (мінус на електроді, плюс - на виробі) горить між вугіль­ним або графітовим електродом 3 і зварюваним виробом 1. Присадний метал 2 у зварювальне коло не ввімкнений, тому дуга діє прямо тільки на основний метал, а на присадний - побічно. При зворотній полярності, тобто коли електрод стає анодом (плюс на електроді), а виріб - катодом (мінус на виробі), вугільна дуга стає нестійкою і відбувається навуглецьовування металу.

Зварювання за способом Бенардоса застосовують переважно при наплавлюванні порошкоподібними твердими сплавами деталей, які швид-

Рис. V. 1. Схеми основних способів дугового зварювання

ко спрацьовуються, і при виправленні дефектів у чавунних і бронзових виливках.

3. За способом Слав'янова(рис. V.1, б) дуга постійного (при прямій чи зворотній полярності) або змінного струму горить між плавким метале­вим електродом 2 і зварюваним виробом 1, які ввімкнені в зварювальне коло і на які вона прямо діє. Електрод, увімкнений у зварювальне коло, значно інтенсивніше нагрівається і швидко плавиться, оскільки поверх­ню його торця безпосередньо бомбардують електричко заряджені частин­ки. Розплавлюючись дугою, електрод одночасно є і присадним металом, який постійно поповнює зварювальну ванну.

За обсягом промислового застосування дугове зварювання способом Слав'янова займає одне з перших місць серед інших способів зварювання.

4. При зварюванні трифазною дугою(рис. V.1, в) до різних фаз трифаз­ного струму в зварювальне коло ввімкнені два ізольованих один від од­ного електроди 2 і зварюваний виріб 1.

Дуга збуджується між кожним електродом та виробом і електродами, отже, одночасно виникають три дуги. При цьому на кожний з електродів і на основний метал дві дуги діють прямо, а одна дуга - побічно.

Зварювання трифазною дугою за продуктивністю в 2...З рази переви­щує дугове зварювання способом Слав'янова. Цей спосіб в основному використовують при автоматичному зварюванні металу великої товщини.

3. Зварювальна дуга та її властивості

1. Фізична суть дуги.Зварювальна дуга - це потужний електричний роз­ряд у газах, який супроводжується виділенням значної кількості теплоти і світла. З фізичного погляду - це складний іонний і електронний процес перенесення електричних зарядів крізь іонізований повітряний проміжок. Іонізація газового проміжку при дуговому зварюванні в основному зумов­лена електронною емісією з гарячого катода.

Для розігрівання катода між ним і анодом, увімкненими в джерело зва­рювального струму, роблять коротке замикання. Після відривання елек­трода від виробу з розігрітого катода, яким при зварюванні постійним

струмом може бути і електрод, і виріб (при змінному струмі полярність повсякчасно змінюється), під дією електричного поля починається елект­ронна емісія. Електрони, що вилетіли з поверхні катода, спрямовуються до анода і, зіштовхуючись на своєму шляху з молекулами і атомами повіт­ря, іонізують їх. Утворювані в повітряному проміжку негативні іони й електрони переміщуються до анода, а позитивні іони - до катода. На по­верхні катода і анода відбуваються процеси нейтралізації заряджених частинок і перетворення електричної енергії в теплову.

2. Електричні властивості дуги.До основних параметрів, які характери­зують електричні властивості дуги, належать напруга, струм і довжина дуги. Залежність між напругою і струмом при стаціонарному стані дуги визна­чається її статичною вольт-амперною характеристикою (рис. V.2, а). Вона

Рис. V.2. Статична вольт-амперна характеристика і будова зварювальної дуги

може бути спадною /, жорсткою II і зростальною ///. Найчастіше застосо­вують дугу з жорсткою характеристикою, при якій напруга на дузі не зале­жить від сили зварювального струму. Дугу із зростальною характеристи­кою застосовують при автоматичному зварюванні під флюсом на форсо­ваних режимах і під час зварювання в захисних газах плавким електродом.

Дуга зі спадною характеристикою не стійка і має обмежене застосу­вання.

Залежність між напругою і довжиною дуги, яка має жорстку характе­ристику, визначається такою емпіричною формулою:

U_Д = abl_Д,

де U_Д - напруга на дузі, В; а і b - коефіцієнти, які залежать від матеріалу електрода, складу газового середовища тощо; l_Д - довжина дуги, мм.

При зварюванні сталевими електродами в атмосфері повітря а = 10, а b = 2.

3. Будова дуги та її теплові властивості.Зварювальна дуга (рис. V.2, б) складається з трьох частин, катодної, анодної і стовпа дуги. Майже весь

простір займає стовп дуги 7, в якому відбуваються процеси іонізації і пе­реміщення заряджених частинок до катода і анода. Температура стовпа дуги досягає 6000...7000 °С. Він оточений ореолом 2, який є розжареною газоподібною сумішшю парів електродного і зварювального металів і продуктів реакції цих парів з навколишнім газовим середовищем.

Не вся теплота дуги витрачається на плавлення присадного і основно­го металів: приблизно 50 % йде на нагрівання виробу; близько 30 % - на нагрівання електрода і приблизно 20 % становлять витрати теплоти в навколишній простір. При живленні дуги постійним струмом більша кіль­кість теплоти (приблизно 42.. 43%) виділяється на аноді, близько 36...38 % - на катоді і приблизно 20...21 % у стовпі дуги. Отже, температура анода трохи вища за температуру катода.