Технология конструкционных материалов в приборостроении

РисГл6ДопЭкз.doc

Рис. I. Схемы движения шаров в мельнице: а - режим скольжения в
- режим перекатывания в - режим свободного падения г - режим
критической скорости.
Рис 2. Схема вибрационной мельницы: «I - корпус-барабан 2 - вибратор
вращения 3 - спиральные пружины 4 - электродвигатель 5 - упругая
соединительная муфта.
вращения 3 - спиральные пружины 4 - электродвигатель о - упругая
Рис. 7. Кривая идеального процессе уплотнения.
Рис.. 6. Схема прессования в прессформе (1~матрица 2-пуансон 3 - нижний
пуансон4 - порошок) и схема распределения давления по высоте
Рис.* 8. Схема распределения плотности по вертикальному
сечению спрессованного порошка при одностороннем
приложении давления (сверху).
Рис 3. Схема распыления жидких металлов: I - поток жидкого
металла г - поток распыляющего газа 3 - зона разрежения
- зона эжектирующего газа. ^рш^шш
Рис. 5. Схема процесса электролиза.
Рис. 9. Схема прессования в прессформе сложного изделия: I
- пуансон 2 - пуансон 3 - матрица 4 - нижний пуансон.
Рис.ЛО. Схемы прокатки: а - компактного металла б-д - порошка в -
вертикальная г - горизонтальная с гравитационной подачей порошка д -
горизонтальная с принудительной подачей порошка; I - валки 2- бункер 3
- порошок; Н ЕЦ - ширина захвата о( - угол захвата о(и - угол подачи
порошка (ъ - толщина ленты.
Рис. П. Схема мундштучного прессован!
Рис. 12. Усадка спрессованного порошка железа при 890°С при различном
давлении: I - 400 мнм^ 2 - 600 мнм^
- 800 мнм^ 4 - 1000 мнм2.
Рис. 13. Схемы двухстороннего горячего прессования в пресс-формах: а -'
косвенный нагрев б - прямой нагрев при подводе тока к пуансонам в -
прямой нагрев при подводе тока к матрице г - индукционный нагрев ТВЧ
графитовой преесформы д - индукционный нагрев керамической преесформы;
I - нагреватель 2 - порошок 3 - изделие 4 - матрица 5 и 6 -
пуансоны 7 - изоляция"8 - графитовый контакт 9 - графитовый пуансон
- графитовая матрица II - керамическая прокладка 12 - индуктор 13
- керамическая матрица.

4Пласт07Учебн.DOC

Глава 4. Основы технологии изготовления деталей из пластмасс
Пластмассы - материалы на основе органических природных синтетических
или органических полимеров из которых можно после нагрева и приложения
давления формовать изделия сложной конфигурации. Полимеры - это высоко
молекулярные соединения состоящие из длинных молекул с большим количеством
одинаковых группировок атомов соединенных химическими связями. Кроме
полимера в пластмассе могут быть некоторые добавки изменяющие свойства
Переработка пластмасс - это совокупность технологических процессов
обеспечивающих получение изделий - деталей с заданными конфигурацией
точностью и эксплуатационными свойствами. Высокое качество изделия будет
достигнуто если выбранные материал и технологический процесс будут
удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям изделия: электрической
и механической прочности диэлектрической проницаемости тангенсу угла
диэлектрических потерь прочности плотности и т.п. Эти требования должны
быть учтены при создании элементной базы (микросхем микросборок и т.п.) и
элементов базовых несущих конструкций (БНК) печатных плат панелей рам
стоек каркасов и др.
При переработке пластмасс в условиях массового производства для
обеспечения высокого качества изделий решают материаловедческие
технологические научно-организационные и другие задачи.
Материаловедческие задачи состоят в правильном выборе типа и марки
полимера таким образом чтобы обеспечить возможность формования изделия с
заданными конфигурацией и эксплуатационными свойствами.
Технологические задачи включают в себя всю совокупность вопросов
технологии переработки полимеров обеспечивающих качество изделия:
подготовку полимеров к формованию определение технологических параметров
формования разработку инструмента выбор оборудования.
Основные этапы работы по применению пластмасс в изделиях следующие:
Анализ условий работы изделия разработка требований к
эксплуатационным свойствам.
Выбор вида пластмассы по заданным требованиям и эксплуатационным
Выбор способа переработки пластмассы в изделие и оборудования.
Выбор базовой марки пластмассы и на её основе марки с улучшенными
технологическими свойствами.
Конструирование изготовление испытание и отладка технологической
1. Физико-химические основы строения
1.1. Структура полимеров
Полимеры состоят из повторяющихся групп атомов - звеньев исходного
вещества - мономера образующих молекулы в тысячи раз превышающие длину
неполимерных соединений такие молекулы называют макромолекулами. Чем
больше звеньев в макромолекуле полимера (больше степень полимеризации) тем
более прочен материал и более стоек к действию нагрева и растворителей. Из-
за невозможности эффективной переработки малоплавкого и труднорастворимого
полимера в ряде случаев получают сначала полуфабрикаты - полимеры со
сравнительно низкой молекулярной массой - олигомеры легко доводимые до
высокомолекулярного алюминия и др. Эти соединения обладают повышенной
теплостойкостью. Форма молекул может быть: линейная неразветвленная
(рис.4.1а) допускающая плотную упаковку; разветвленная (рис. 4.1б)
труднее упаковываемую и дающую рыхлую структуру; сшитая - лестничная (рис.
1 в) сетчатая (рис. 4.1 г) паркетная (рис. 4.1 д) сшитая трехмерно-
объемную (рис.4.1 е) с густой сеткой поперечных химических связей.
уровня при дополнительной тепловой обработке одновременно с
изготовлением изделия.
В зависимости от состава различают группы полимерных соединений:
-гомополимеры - полимеры состоящие из одинаковых звеньев мономеров;
-сополимеры - полимеры состоящие из разных исходных звеньев мономеров;
элементоорганические - соединения с введенными в главную цепь или боковые
цепи атомами кремния (кремнийорганические соединения) бора.
Рис.4.1. Форма макромолекул полимеров: а - линейная неразветвлённая; б
-разветвлённая; в - сшитая лестничная; г - сшитая сетчатая; д - сшитая
паркетная; е - сшитая объёмная (трёхмерная)
У органических полимерных материалов макроструктура образована либо
свернутыми в клубки (глобулы) гибкими макромолекулами либо пачками-
ламелями более жестких макромолекул параллельно уложенных в несколько
рядов (рис.4.2 а) так как в этом случае они имеют термодинамически более
выгодную форму при которой
Рис.4.2. Схематичное представление структуры расплава полимера имеющего
доменно-фибриллярное строение.
Рис.4.3. Схематичное представление строения ламели кристаллического
полимера: 1 - кристаллит 2 - петля 3 - проходной участок макромолекулы.
значительная часть боковой поверхности прилегает друг к другу. На участках
складывания образуются домены а домены создают фибриллы связанные
проходными участками (рис. 4.2 б). Несколько доменов соединяясь по
плоскостям складывания образуют первичные структурные элементы -
кристаллы из которых при охлаждении расплава возникают пластинчатые
структуры - ламели. В процессе складывания ламелей концы молекул могут
находиться в разных плоскостях; иногда эти концы молекул частично
возвращаются в начальную плоскость - в этом случае они создают петли
1.2. Свойства полимеров.
Все свойства полимеров зависят от их химического состава и молекулярной
массы. Прочность твердость температура перехода диэлектрическая
проницаемость электрическая прочность электросопротивление тангенс угла
диэлектрических потерь и другие свойства у различных полимеров изменяются в
широком диапазоне (табл. 4.1).
1.Значения параметров свойств некоторых типов пластмасс
Пресс- Волокнистые Слоистые
№ Свойства порошок пластики пластики
Плотность кгм3 1390 1850 1350 1950 1300 1880
Предел прочности МПа 25 130 15 500 60 500
Твердость по Бринелю НВ 180 500 200 450 -
Водопоглощение % 0.07 0.8 0.2 1.8 -
по Мартенсу С 125 300 100 180 125 280
проницаемость при частоте 503.2 10 6 10 5 8
Тангенс угла диэлектрических
потерь: при частоте
- 106 Гц 0.004 0.01 - -
- 50 Гц 0.12 0.1 0.04 0.12 0.002 0.5
Удельное сопротивлениеОм
объёмное - 10 2000 -
Электрическая прочность
МВм 11 29 1.7 16 2 50
Полимеры в твердом состоянии могут быть аморфными и кристаллическими. При
нагревании аморфного полимера наблюдают три физических состояния:
стеклообразное высокоэластичное и вязкотекучее. Эти состояния
устанавливают на основании кривой термомеханического состояния (рис.4.4
кривая 1). Аморфный полимер находится ниже температуры стеклования (Тс)
Рис.4.4. Термомеханические кривые аморфного (1) и кристаллического (2)
реактопластов; ( - деформация.
в твердом агрегатном состоянии. При температуре выше Тс полимер находится
в высокоэластичном состоянии; молекулярная подвижность при этом становится
настолько большой что структура в ближнем порядке успевает перестраиваться
вслед за изменением температуры а макромолекулы могут изгибаться под
действием внешних сил. Общая деформация складывается в этом случае из
упругой и запаздывающей высокоэластичной деформации. При упругой деформации
изменяются средние межцентровые межмолекулярные расстояния и валентные
углы в полимерной цепи при высокоэластичной деформации изменяется
ориентация и перемещаются на значительные расстояния звенья гибких цепей.
Кристаллизующийся полимер в зависимости от скорости охлаждения
расплава полимера может проявлять два вида структур: аморфную и
кристаллическую. При медленном охлаждении кристаллизующихся полимеров
совместная укладка отрезков макромолекул образует структуру макромолекул.
Это затрудняет переход их из одной конформации в другую из-за чего
отсутствует гибкость макромолекул и нет высокоэластичного состояния
(рис.4.4 кривая 2). При быстром охлаждении кристаллические структуры не
успевают полностью сформировываться и поэтому имеется между ними в
переохлажденном полимере “зомороженная” - аморфная структура. Эта аморфная
структура при повторном нагреве до температуры выше температуры плавления
(Тпл) создает вязкотекучее состояние. Кривая 2 на рис. 4.4 показывает для
кристаллической структуры полимера два состояния: кристаллическое (до
температуры плавления) и вязкотекучее (выше температуры плавления).
Вязкотекучее состояние характерное для аморфного и кристаллического
состояния полимера в основном обеспечивает при течении полимера
необходимые деформации путем последовательного движения сегментов. Вязкость
полимера увеличивается с увеличением молекулярной массы полимера
увеличивается также при этом и давление формования изделий.
Рис.4.5. Термомеханические кривые термореактивных материалов с
быстроотверждающимися (1) и медленноотверждающимися (2) связующим; ( -
На рис.4.4 представлены термомеханические кривые термопластов а
термомеханическая кривая реактопластов - на рис.4.5. Отличие здесь прежде
всего заключается в полном прекращении при температуре полимеризации
деформации термореактивных полимеров у термопластов при температуре выше
температуры ТТ деформация увеличивается. В заключении отметим что с
увеличением температуры до некоторой величины у полимерного материала
начинается процесс термодеструкции - разложения материала.
Свойства полимеров определяющие качество в процессе переработки:
) реологические: а) вязкостные определяющие процесс вязкого течения с
развитием пластической деформации; б) высокоэластичные определяющие
процесс развития и накопления обратимой высокоэластичной деформации при
формовании; в) релаксационные определяющие релаксацию (уменьшение)
касательных и нормальных напряжений высокоэластичной деформации и
ориентированных макромолекулярных цепей;
) стойкость полимеров к термоокислительной гидролитической и
механической деструкции в процессе формования под действием температуры
кислорода влаги механических напряжений;
) теплофизические определяющие изменение объема нагрев и охлаждение
изделия в процессе формования и фиксирования формы и размеров;
) влажность определяющая текучесть материала при формовании и
качество изделия (вызывает гидролитическую деструкцию при формовании);
) объемные характеристики сыпучих материалов в твердом состоянии
(насыпная масса сыпучесть гранулометрический состав).
Вязкостные свойства расплава полимеров. Формование изделий из полимеров
осуществляют в процессе их вязкого течения сопровождающегося пластической
деформацией. При этом тонкий слой материала соприкасающийся с неподвижной
стенкой инструмента из-за прилипания к ней имеет нулевую скорость смещения
(неподвижен) средний слой - наибольшую скорость смещения V; в режиме
установившегося течения связь между напряжением сдвига ( и скоростью сдвига
( линейная (закон Ньютона для вязких жидкостей): ( = ((( где ( -
коэффициент вязкости или вязкость. Характер зависимости скорости сдвига от
напряжения сдвига представляют кривой течения (рис.4.6) на которой
выделяют участки: 1 - участок линейной зависимости
Рис.4.6. Зависимость вязкости ( (кривая 1) и напряжения сдвига (
(кривая 2) от скорости сдвига ( и скоростные интервалы переработки для
характерный только для низких напряжений сдвига; 2 - участок с нелинейной
зависимостью для которого характерно уменьшение вязкости при повышении
напряжения сдвига; 3 - участок с высоким напряжением сдвига.
Улучшению течения материала способствуют увеличение температуры
увеличение напряжения сдвига повышение количества влаги снижение давления
и уменьшение молекулярной массы расплава.
Многие свойства полимерных материалов в изделиях зависят от структуры
которую формирует процесс переработки. В зависимости от полимера и условий
переработки в изделиях возникает аморфная или кристаллическая структура.
Структура изделия с аморфным полимером характеризуется определенной
степенью ориентации участков цепных макромолекул и расположением
ориентированных областей по сечению изделия вдоль направления сдвига
(течения) материала. Это приводит к анизотропии свойств.
Структуру изделия с кристаллическим полимером характеризует
определенная степень кристалличности (от 60 до 95%) и неравномерность
кристаллических областей по сечению. Свойства таких изделий полученных в
разных условиях переработки несмотря на морфологическую схожесть
Показатели качества изделий из полимерных материалов зависят от
свойств условий подготовки переработки и физической модификации
материала. Внешний вид изделий зависит от условий переработки чистоты
материала влажности.
Диэлектрические показатели и химическая стойкость зависят от химической
структуры и модификации полимера.
Механические свойства - прочность ударная стойкость деформация
жесткость теплостойкость - зависят от надмолекулярной структуры а
коэффициент трения и износостойкость стойкость к горению зависят от
химической структуры и модификации.
Эксплуатационные свойства - размерная точность и размерная стабильность
- зависят как от химической структуры молекулярных характеристик
технологических свойств так и от технологии переработки и технологичности
Термостабильность полимеров. Основным показателем в этом случае
является деструкция.
Деструкция полимеров - это изменение строения макромолекул. Деструкция
может протекать под действием тепла кислорода химических агентов (в том
числе воды) света излучений высокой энергии механических напряжений и
т.п. как от отдельного так и от совокупности параметров. Она
сопровождается уменьшением молекулярной массы выделением газообразных и
низкомолекулярных продуктов изменением окраски и появлением запаха.
Деструкция может сопровождаться не только разрушением макромолекул но
и сшиванием их (структурированием) что вызывает увеличение массы и
вязкости расплава. Следствием этого является нарушение всех свойств
материала снижение стабильности свойств изделий.
При переработке полимеров может происходить как термоокислительная так
и механическая деструкция а у гигроскопических материалов еще и гидролиз.
1.3. Пластические массы
1.3.1. Классификация пластмасс
Признаками классификации пластмасс являются: назначение вид
наполнителя эксплуатационные свойства и другие признаки.
Классификация пластмасс по эксплуатационному назначению: 1 - по
применению 2 - по совокупности параметров эксплуатационных свойств 3 - по
значению отдельных параметров эксплуатационных свойств.
По применению различают: 1 - пластмассы для работы при действии
кратковременной или длительной механической нагрузки: стеклонаполненные
композиции полипропилена ПП этролы пентапласт полисульфон ПСФ полиимид
ПИ материалы на основе кремнийорганических соединений и др.; 2 -
пластмассы для работы при низких температурах (до минус 40 60 С):
полиэтилены ПЭ сополимеры этилена СЭП СЭБ СЭВ полипропилен
морозостойкий фторопласт ФТ полисульфон ПСФ полиимиды ПИ и др.; 3 -
пластмассы антифрикционного назначения: фторопласты ФТ полиимиды ПИ
текстолиты полиамиды фенопласты полиформальдегид ПФ и др; 4 - пластмассы
электро- и радиотехнического назначения: полиэтилены ПЭ полистиролы ПС
фторопласты ФТ полисульфон ПСФ полиимиды отдельные марки эпоксидных и
кремнийорганических материалов и др.; 5 - пластмассы для получения
прозрачных изделий: полистирол ПС прозрачные марки фторпласта ФТ
полиамидов 612 ПЭТФ полисульфон ПСФ эпоксидные смолы и др.; 6 -
пластмассы тепло- и звукоизоляционного назначения: газонаполненные
материалы на основе полиэтилена ПЭ полистирола ПС поливинилхлорида
полиуретана ПУР полиимида ПИ фенопласта аминопласта и др.; 7 -
пластмассы для работы в агрессивных средах: полиэтилены ПЭ фторопласты ФТ
полипропилен ПП поливинилхлорид ПВХ полиимиды ПИ полисульфон ПСФ и
По совокупности параметров эксплуатационных свойств пластмассы делятся
на две большие группы: 1 - общетехнического назначения 2 - инженерно-
технического назначения.
Пластмассы общетехнического назначения имеют более низкие
характеристики параметров эксплуатационных свойств чем пластмассы
инженерно-технического назначения. Пластмассы инженерно-технического
назначения сохраняют высокие значения механических свойств не только при
нормальной и повышенной температурах но могут работать и при
кратковременных нагрузках при повышенных температурах. Этого не
обеспечивают пластмассы общетехнического назначения; они работают в
ненагруженном или слабонагруженном состоянии при обычной и средних
температурах (до 55°С). Пластмассы инженерно-технического назначения делят
на группы обеспечивающие определенные свойства в некотором интервале;
различают пять групп пластмасс по этому классификационному признаку.
По значению отдельных параметров эксплуатационных свойств составляют
ряды пластмасс для различных параметров эксплуатационных свойств. Порядок
расположения пластмасс в рядах соответствует снижению параметра
эксплуатационных свойств. Параметры классификации: электро- и
радиотехнические свойства - объемное и поверхностное электросопротивление
электрическая прочность диэлектрическая проницаемость механические
свойства - коэффициент трения износа Пуассона линейного теплового
расширения и другие.
В зависимости от применяемости наполнителя и степени его измельчения
все материалы подразделяют на четыре группы: порошковые (пресспорошки)
волокнистые крошкообразные и слоистые.
В табл. №4.1(см. выше) приведены параметры некоторых свойств пластмасс.
1.3.2. Технологические свойства пластмасс влияют на выбор метода их
переработки. К технологическим свойствам пластмасс относят: текучесть
влажность время отверждения дисперсность усадку таблетируемость
объемные характеристики.
Текучесть характеризует вязко-текучие свойства полимера под действием
давления и температуры. Текучесть численно равна массе полимера
выдавленной в течение 10 мин через стандартное сопло под давлением
определенного груза при заданной температуре. Так для литья под давлением
текучесть равна 12 3 г10 мин для нанесения покрытий используют полимеры
с текучестью 7 г10 мин. Текучесть (по Рашигу) реактопласта равна длине
стержня в мм отпрессованного в подогреваемой пресс-форме с каналом
уменьшающегося поперечного сечения. Этот показатель текучести хотя и
является относительной величиной позволяет предварительно установить метод
переработки: при текучести по Рашигу 90 180 мм применяют литьевое
прессование при текучести 30-150 мм - прямое прессование.
Усадка характеризует изменение размеров при формовании изделия и
У = (Lф-Lи) Lф ( 100 % ; Уд = (L-LТ) Lф ( 100 % ;
где У - усадка после формования и охлаждения; Уд - дополнительная усадка
после термообработки; Lф Lи - размер формы и размер изделия после
охлаждения; L LТ - размер изделия до термообработки и после охлаждения.
Усадка изделий из реактопластов зависит от способа формования изделия и
вида реакции сшивания: полимеризации или поликонденсации. Причем последняя
сопровождается выделением побочного продукта - воды которая под действием
высокой температуры испаряется. Процесс усадки протекает во времени; чем
больше время выдержки тем полнее протекает химическая реакция а усадка
изделия после извлечения из формы меньше. Однако после некоторого времени
выдержки усадка при дальнейшем его увеличении остается постоянной. Влияние
температуры на усадку: усадка увеличивается прямо пропорционально
увеличению температуры. Усадка после обработки также зависит от влажности
прессматериала и времени предварительного нагрева: с увеличением влажности
усадка увеличивается а с увеличением времени предварительного нагрева -
Усадка изделий из термопластов после формования связана с уменьшением
плотности при понижении температуры до температуры эксплуатации.
Усадка полимера в различных направлениях по отношению к направлению
течения для термо- и рекатопластов различна т.е. полимеры имеют
анизотропию усадки. Усадка термопластов больше усадки реактопластов.
Содержание влаги и летучих веществ. Содержание влаги в прессматериалах
и полимерах увеличивается при хранении в открытой таре из-за
гигроскопичности материала или конденсации ее на поверхности. Содержание
летучих веществ в полимерах зависит от содержания в них остаточного
мономера и низкокипящих пластификаторов которые при переработке могут
переходить в газообразное состояние.
Оптимальное содержание влаги: у реактопластов 25 35% у термопластов
- сотые и тысячные доли процента.
Гранулометрический состав оценивают размерами частиц и однородностью.
Этот показатель определяет производительность при подаче материала из
бункера в зоны нагрева и равномерность нагрева материала при формовании
что предупреждает вздутия и неровности поверхности изделия.
Объемные характеристики материала: насыпная плотность удельный объем
коэффициент уплотнения. (Удельный объем - величина определяемая отношением
объема материала к его массе; насыпная плотность - величина обратная
удельному объему). Этот показатель определяет величину загрузочной камеры
прессформы бункера и некоторые размеры оборудования а при переработке
пресспорошков с большим удельным объемом уменьшается производительность из-
за плохой теплопроводности таких порошков.
Таблетируемость - это возможность спрессовывания прессматериала под
действием внешних сил и сохранения полученной формы после снятия этих сил.
1.3.3. Физико-химические основы переработки пластмасс
В основе процессов переработки пластмасс находятся физические и физико-
химические процессы структурообразования и формования:
) нагревание плавление стеклование и охлаждение;
) изменение объема и размеров при воздействии температуры и давления;
) деформирование сопровождающееся развитием пластической
(необратимой) и высокоэластичной деформации и ориентацией макромолекулярных
) релаксационные процессы;
) формирование надмолекулярной структуры кристаллизация полимеров
(кристаллизующихся);
) деструкция полимеров.
Эти процессы могут проходить одновременно и взаимосвязано.
Преобладающим будет только один процесс на определенной стадии.
В процессе формования изделий полимер нагревают до высокой температуры
деформируют путем сдвига растяжения или сжатия и затем охлаждают. В
зависимости от параметров указанных процессов можно в значительной мере
изменить структуру конформацию макромолекул а также физико-механические
оптические и другие характеристики полимеров.
При охлаждении большого количества полимеров протекает процесс
Кристаллизация в зависимости от состояния расплава приводит к различным
видам структуры. Кристаллизация из расплава полимера в равновесном
состоянии без деформации приводит к образованию сферолитных структур.
Центром образования таких структур является зародыш от которого образуются
лучеобразные фибриллы состоящие из множества упакованных ламелей.
Фибриллы разрастаясь в радиальном направлении и в ширину образуют
сферообразные структуры - сферолиты. Сферолиты образуются одновременно в
большом числе центров кристаллизации. На основе этого сферолиты в местах
контакта образуют грани и представляют собой многогранники произвольной
формы и размеров. Электронно-микроскопические исследования показывают что
фибрилла сферолитов составлена из множества ламелей уложенных друг на
друга (рис.4.7) и скрученных вокруг радиуса сферолита.
Рис.4.7. Виды сферолитов: а - радиальный б - кольцевой.
Кристаллизация из расплава полимера протекает при введении в полимерный
материал кристаллизаторов - зародышей.
Если кристаллизация протекает под высоким давлением (300 500 МПа) и
при высокой температуре то образуется кристаллическая структура из
выпрямленных цепей; при быстром охлаждении того же расплава кристаллизация
проходит с образованием сложных цепей макромолекулы в этом случае в
расплаве в виде доменов а быстрое охлаждение не позволяет им перейти в
новую конформацию т.е. приобрести вытянутую форму. Установлено также что
с увеличением давления температура кристаллизации повышается. Практическое
значение этого свойства: возможность перехода полимера непосредственно из
расплава без охлаждения в квазикристаллическое состояние при повышении
давления; при этом исключается течение и затормаживаются релаксационные
процессы. При повышении давления образуются более мелкие сферолиты и
поэтому увеличивается механическая прочность изделий. Размеры кристаллов
также зависят от скорости охлаждения и температуры в процессе формования
изделия. При высокой скорости охлаждения получают мелкокристаллическую
структуру так как времени на перегруппировку кристаллов недостаточно.
Более крупную структуру полимера можно получить при увеличении
температуры времени выдержки и медленном охлаждении или путем
предварительного нагрева расплава до более высокой температуры перед
Форма кристаллов может быть изменена. Так используя центры
кристаллизации и искусственные зародыши (1 2% от массы) можно
регулировать форму кристаллов. При использовании подложки-кристаллизатора у
её поверхности возникает большое количество центров кристаллизации и
образуется плотно упакованный слой из перпендикулярно расположенных к
поверхности подложки кристаллов. Искусственные зародыши являются
дополнительными центрами кристаллизации форма кристалла при этом зависит
от формы зародыша кристаллизации на мелких кристаллах растут сферолитные
структуры на длинных игольчатых кристаллах - лентообразные структуры.
Структурообразователями (зародышами) в этом случае являются окислы алюминия
и ванадия кварц двуокись титана и др. Структурообразователи обычно
способствуют измельчению сферолитной структуры полимера.
Нестационарные условия теплопередачи и скорости охлаждения при
формовании изделий из полимеров способствуют получению изделий с
неоднородной структурой (более мелкие кристаллы у поверхностных слоев).
В случае необходимости однородные свойства изделия можно обеспечить с
помощью отжига или последующей термообработки при температуре ниже
температуры плавления. При отжиге уменьшается объем изделия и повышается
плотность; чем выше температура и больше время выдержки тем выше плотность
изделия. Термообработка целесообразна в тех случаях когда необходимы
повышенные твердость модуль упругости механическая прочность
теплостойкость и стойкость к циклическим нагрузкам; при этом уменьшаются
относительное удлинение и ударная вязкость.
Полнота протекания указанных процессов кроме деструкции в значительной
мере определяет качество готового изделия а скорость протекания этих
процессов определяет производительность способа переработки. На качество
изделия в значительной степени влияет скорость протекания деструкции
полимера повышаемая термическим и механическим воздействием на материал со
стороны рабочих органов инструментов при формировании.
Форму изделия из термопласта получают в результате развития в полимере
пластической или высокоэластичной деформации под действием давления при
нагреве полимера. При переработке реактопластов формирование изделия
обеспечивают путем сочетания физических процессов формирования с
химическими реакциями отверждения полимеров. При этом свойства изделий
определяют скорость и полнота отверждения. Неполное использование при
отверждении реакционных способностей полимера обусловливает нестабильность
свойств изделия из реактопластов во времени и протекание деструкционных
процессов в готовых изделиях. Низкая вязкость реактопластов при
формировании приводит к снижению неравномерности свойств увеличению
скорости релаксации напряжений и меньшему влиянию деструкции при
переработке на качество готовых изделий из реактопластов.
В зависимости от способа переработки отверждение совмещается с
формованием изделия (при прессовании) происходит после оформления изделия
в полости формы (литьевое прессование и литье под давлением реактопластов)
или при термической обработке сформованной заготовки (при формовании
крупногабаритных изделий например листов гетинакса стеклотекстолита и
др.). Полное отверждение реактопластов требует в некоторых случаях
нескольких часов. Для увеличения съема продукции с оборудования
окончательное отверждение может происходить вне формующей оснастки так как
устойчивость формы приобретается задолго до завершения этого процесса. По
этой же причине изделие извлекают из формы без охлаждения.
При переработке полимеров (особенно термопластов) происходит ориентация
макромолекул в направлении течения материала. Наряду с различием в
ориентации на разных участках неоднородных по сечению и длине изделий
возникает структурная неоднородность и развиваются внутренние напряжения.
Наличие температурных перепадов по сечению и длине детали ведет к еще
большей структурной неоднородности и появлению дополнительных напряжений
связанных с различием скоростей охлаждения кристаллизации релаксации и
различной степенью отверждения.
Неоднородность свойств материала (по указанным причинам) не всегда
допустима и часто приводит к браку (по нестабильности физических свойств
размеров короблению растрескиванию). Снижение неоднородности молекулярной
структуры и внутренних напряжений удается достигнуть термической обработкой
готового изделия. Однако более эффективно использование методов
направленного регулирования структур в процессах переработки. Для этих
целей в полимер вводят добавки оказывающие влияние на процессы образования
надмолекулярных структур и способствующие получению материалов с желаемой
1.3.4. Марочный ассортимент полимеров
Марочный ассортимент полимеров создан с целью быстрого выбора вида и
марки полимера для изготовления высококачественных изделий. Марочный
ассортимент включает марки различающиеся по вязкости и эксплуатационным
Марочный ассортимент по вязкости разделяют на марки предназначенные
для переработки различными методами (литьем под давлением прессованием и
др.) с повышением номера марки увеличивается молекулярная масса и как
следствие увеличивается вязкость. Это марки базового ассортимента. Марки
по вязкости модифицируют для улучшения технологических свойств:
а) для увеличения производительности создают быстро кристаллизирующиеся
б) для изделий сложной конфигурации - марки со смазками;
в) термостабилизированные марки.
На основе базового ассортимента марок по технологическим свойствам
создают путем химической или физической модификации марки с улучшенными
свойствами. Эти марки разрабатывают с такими свойствами чтобы при
рекомендуемых режимах получать качественные изделия по всем параметрам
(точности прочности внешнему виду и др.). В настоящее время полимерные
материалы выпускают в ассортименте и поэтому для каждого изделия и способа
формования можно подобрать соответствующую базовую марку полимера и если
необходимо марку с улучшенными технологическими свойствами.
Базовые марки с целью изготовления качественных изделий разделяют на
) в зависимости от вязкости полимера и толщины S стенки изделия;
) в зависимости от относительной длины изделия LS (L-длина).
Все множество марок пластмасс содержит около 10000 наименований.
2.1. Признаки выбора. Основными признаками выбора пластмасс являются
эксплуатационные и технологические свойства. Для ускорения процесса выбора
материала используют специальные таблицы в каждой из которых приведены
марки материалов в порядке снижения среднего значения представляемого
эксплуатационного свойства. Так созданы таблицы групп материалов по
коэффициенту трения и износа электрической прочности и
электросопротивлению диэлектрической проницаемости коэффициентам
светопропускания и преломления и другим признакам. Созданы также программы
автоматизированного выбора пластмассы по ряду эксплуатационных и
технологических свойств.
2.2. Порядок и алгоритм выбора пластмасс
Пластмассы выбирают исходя из требований к эксплуатационным свойствам и
геометрическим параметрам изделия. Поэтому сначала выбирают вид пластмассы
на основе требований к ее эксплуатационным свойствам а затем базовую марку
и марку с улучшенными технологическими свойствами которую можно эффективно
переработать выбранным способом.
Существует два метода выбора вида пластмасс: 1 - метод аналогий -
качественный; 2 - количественный метод.
Метод аналогий применяют при невозможности точного задания параметров
эксплуатационных свойств пластмассы; в этом случае используют для выбора
характерные параметры эксплуатационных свойств назначение достоинства
ограничения рекомендации по применению и способам переработки; в этом
случае для выбора также могут быть использованы рекомендации по применению
пластмасс в других типах изделий работающих в аналогичных условиях.
Порядок выбора пластмасс количественным методом по комплексу заданных
значений эксплуатационных свойств сводится к следующему:
- выявление условий эксплуатации изделия и соответствующих им значений
параметров эксплуатационных свойств пластмасс при основных условиях работы
- подбор пластмассы с требуемыми параметрами эксплуатационных свойств;
- проверка выбранной пластмассы по другим параметрам не вошедшим в
Наиболее удобной является эвристическая стратегия поиска и выбора
пластмасс. В этом случае отбрасывая заведомо бессмысленные варианты
используют не все множество вариантов а лишь его наиболее нужную часть.
Все множество пластмасс для этого разбивают на подмножества по определенным
эксплуатационным свойствам. В табл. 4.2 приведены некоторые подмножества
полимерных материалов.
2. Характеристики подмножества полимерных материалов
Подмножество Число ЭнтропияЧисло СокращениЦена
полимерных элементовряда поисковыхе поля параметра
материалов Ki (Log2 Kiпараметропоиска или снижение
бит) в ряда (КобщKi энтропии
Все множество 2710 11.4 11 12 - -
Конструкционные 949 9.89 10 2.86 1.51
Электро- и радио- 864 9.76 10 3.14 1.65
Листовые 501 8.97 9 5.41 2.44
Тропикостойкие 188 7.56 8 14.41 3.85
Прозрачные 156 7.23 7 8 18.07 4.18
Медицинские 123 6.94 7 22.03 4.46
Радиационно-стойки56 5.81 6 48.39 5.60
Герметики 53 5.81 6 48.39 5.60
Компаунды 52 5.73 6 51.13 5.68
Фрикционные 13 3.70 4 208.46 7.70
Поиск в конструкционном ряду сокращает поисковое поле почти в 3 раза в
ряду прозрачных материалов - в 18 раз фрикционных материалов - в 208 раз
Выбор пластмасс по эксплуатационным параметрам это задача
- необходимость учесть наибольшее число параметров с целью повышения
- необходимость уменьшить их число с целью сокращения затрат труда и
Выбор оптимального или минимального числа параметров из всего
возможного их числа (30 40 параметров) при выборе и оценке выбранного
материала основан на учете всех наиболее ценных эксплуатационных параметров
материала путем использования для этой цели нужного (по эксплуатационным
параметрам) подмножества пластмасс (электро- и радиотехнические
прозрачные тропикостойкие – см. табл.4.2 и др.) остальные материалы
отбрасывают. Минимальное количество учитываемых параметров определяют по
где K - число элементов в данном подмножестве.
Обычно число поисковых параметров необходимое для выбора пластмассы с
помощью рядов пластмасс не превышает 10. Это наиболее ценные параметры с
наибольшей информационной емкостью.
За критерий ценности поисковой информации принимают выигрыш
показывающий степень сужения поискового поля; это выражает формула:
где Kобщ - число элементов всего множества Кi - число элементов в
подмножестве. Иначе эту величину называют цена параметра (в битах).
Определение перечня параметров является наиболее важным этапом при выборе
пластмасс. Для этого удобно представить процесс в виде граф-дерева
(рис.4.8) с его свойствами расположенными на различных уровнях. Пусть на
нулевом уровне находится интегральное свойство характеризующее объект в
целом. Далее дерево постепенно разветвляется образуя первый
Рис.4.8. Порядок составления поискового образа пластмассы: Пр -
производительность; Эб - экологическая безопасность; ППр - прямое
прессование; ЛПр - литьевое прессование; ЛЛД - литье под давлением; ДФ -
дутьевое формование; МО - механическая обработка
второй третий и т.д. уровни. Число таких уровней не ограничено. Однако
строя такое разветвление желательно доходить до такого уровня рассмотрения
на котором находятся простые не разлагаемые на другие наименее общие
Такое построение логической структуры свойств пластмассы ускоряет выбор
В перечне параметров для каждого параметра необходимо указать его
абсолютное значение или интервал возможного его изменения. Эти данные
являются оценочными для выбора пластмассы из ряда. При этом часто
используют наиболее часто метод расстановки приоритета. Сравнивая между
собой параметры эксперт определяет отношение между ними (больше меньше
равно) с присвоением коэффициентов составляет матрицу и определяет
параметры. После выполнения таких действий находят пластмассу совпадающую
по свойствам с установленными теоретическим путем параметрами. Поиск
выполняют по соответствующей таблице с главным определяющим признаком
(прозрачности диэлектрической постоянной электрической прочности и др.)
или с помощью автоматизированной системы поиска.
С учетом этих соображений порядок выбора пластмассы следующий:
I. Составление поискового образа пластмассы:
- составление графа дерева свойств изделия
- составление параметрического ряда и определение значения параметров
- определение веса параметров с использованием метода расстановки
- установление порога совпадения поисковых параметров;
- выбор материала по поисковым параметрам начиная с наиболее ценного
методом последовательного приближения
- при наличии нескольких равноценных марок материала сопоставление и
выбор лучшей с помощью обобщенного показателя или по результатам
Выбор базовой марки полимера. Базовую марку полимера выбирают по вязкости
(текучести) в зависимости от предполагаемого способа переработки (рис.4.9).
Далее подбирают базовую марку по вязкости (текучести) в
Рис. 4.9. Алгоритм выбора способа изготовления детали из пластмассы; Мi Пэс
- массив марок и их эксплуатационные свойства; ТПэс - требуемые параметры
эксплуатационных свойств;Kз- коэффициент закрепления; ПТР - показатель
текучести расплава; ЛДД - литье под давлением; дФ - дутьевое формование; ФВ
- формование волокон; [pic] Cmin - базовая марка
зависимости от конфигурации и размеров детали. В справочниках (на
пластмассы) обычно приведены конкретные рекомендации по применению
различных марок пластмасс. Выбор литьевых марок пластмасс для литья под
давлением наиболее сложен поэтому приведем его.
Выбор базовых марок для литья под давлением. Основными параметрами при
этом являются толщина детали S и отношение длины детали к толщине LS.
Типоразмер каждой литьевой машины характеризует: V - объем
впрыскиваемого материала Р - давление литья Q - скорость впрыска и
другие параметры и интервал толщины S получаемых изделий (рис.4.10). Малые
толщины получают на машинах с небольшим V большие - на машинах с большим
V. Для каждого типоразмера машин выделяют характерный ассортимент деталей
по отношению длины к толщине L S (табл. 4.3).
3. Группы изделий по отношению длины изделия к толщине (LS) и
рекомендуемые марки полимера.
ОбъёНомер группы марки (изделия) по S (см. рис. 4.10)
Номер группы изделия по LS
ПолистироТаблетиров Медленный
л блочныйание и нагрев до
эмульсионсушка при 190 21525 40 80 15030 60 65 80С и
ный 160 180С выдержка
(П54 70С 190 26550 13020 17515 -
Полипро-п- 180 250120 1580 120- Медленное
При литье под давлением реактопластов должны строго регулировать
температуру. При превышении оптимальной температуры происходит отверждение
материала до заполнения формы. При пониженной температуре реактопласт
плавится долго. Качество изделий не уступает по физико-механическим
характеристикам изделиям формованным другими методами.
Реактопласты льют под давлением реже чем термопласты. Однако этот
метод прогрессивен. Благодаря интенсивному перемешиванию материала в
процессе подогрева скорость и степень отверждения материала при литье под
давлением выше чем при прессовании. Наиболее эффективен метод при
изготовлении толстостенных изделий.
Прессование. Этот метод применяют преимущественно для формования
реактопластов. В производстве используют две разновидности прессования: 1)
прямое (открытое компрессионное) прессование и 2) литьевое (трансферное)
прессование (пресслитье).
При прямом прессовании (рис.4.19а) в загрузочную камеру матрицы
раскрытой прессформы загружают материал. При закрытии формы материал
пластифицируется за счет нагрева от рабочих частей заполняет оформляющую
полость и отверждается. После разъема формы изделие из формы выталкивают.
Рис. 4.19.. Схема прессования: а - прямого (компрессионного); б -
литьевого; I - электронагреватель; 27 - плита; 3 - пуансон; 4 - упор; 5 -
матрица; 6 - выталкиватель; 8 - загрузочная камера; 9 -обойма
Прямому прессованию отдают предпочтение при изготовлении точных простых
по форме деталей переработке высоконаполненных материалов производстве
деталей максимально чистого цвета и деталей весом более 1 кг. По
поверхности разъема при прямом прессовании возникает облой (рис. 4.20).
Прямое прессование малопроизводительный способ производства.
Рис. 4.20. Места образования облоя (показано стрелкой) при прямом
прессовании: а - вдоль образующей; б - перпендикулярно образующей; в -
пленка в отверстии; г - обволакивание арматуры
Прямое прессование выполняется на гидравлических прессах управление
прессов полуавтоматическое; автоматически и точно регулируется температура
с точностью + 2С и время выдержки с помощью специальной установки.
Режимы прямого прессования для некоторых реактопластов представлены в
5. Режимы прессования термореактивных пластмасс
Температура Давление МПа
Материал и прессования С Выдержка под при прессовании
без подогрев обычном литьевом
К-15-2 К-17-2160 170 175 185 0.8 1 - -
К-211-2К-21-2215 160 165 1..2.5 25 35 40 60
К-211-3 - 180 190 1.5 2.5
Аминопласт 135 145 165 1 1.5 25 35 -
Литьевое прессование (рис. 19 б). При литьевом прессовании загрузочная
камера отделена от формующей полости. Прессматериал кладут в загрузочную
камеру где пластифицируется при сжатии под действием тепла.
Пластифицированный материал под давлением из загрузочной камеры перетекает
в рабочую полость формы. Протекание по узкому каналу способствует
однородному и полному нагреву и отверждению всей массы материала в пресс-
форме. Это способствует сокращению выдержки материала в пресс-форме
уменьшению и даже полному избавлению от облоя.
Пресслитью отдают предпочтение при изготовлении толстостенных деталей
деталей с металлической арматурой деталей сложной конфигурации деталей с
тонкими стенками. Детали отличаются высокой размерной точностью.
Режимы пресслитья представлены в табл. 4.4.
Недостатком пресслитья является повышенный расход материала по
сравнению с обычным прессованием так как в загрузочной камере остается
часть необратимого материала преимущество его равномерность свойств по
сечению отсутствие облоя. Недостаток прямого прессования -неравномерность
свойств по сечению и наличие облоя по плоскости разъёма преимущество
Заливка - это процесс применяемый для изготовления изделий из
компаундов или герметизации и изоляции компаундами изделий электронной и
радиопромышленности.
Компаунды - это полимерные композиции на основе полимерного связующего
с добавками пластификаторов наполнителей отвердителей и др. Компаунды
представляют собой твердые или воскообразные массы которые перед
употреблением нагревают для перевода в жидкое состояние.
В зависимости от вязкости компаунда заливку осуществляют без давления
или при небольшом давлении до 05 МПа. В простейшем случае изготовления
детали или герметизации и изоляции изделия компаунд из любой емкости
заливают до краев формы или кожуха прибора.
Режимы отверждения (в зависимости от марки): температура от 20 до
0С время 1 18 часов.
Для более простой автоматизации процесса заливки иногда применяют
засыпку таблетированного материала в форму который при нагревании формы
расплавляется и заполняет ее. Для автоматизации этого процесса в условиях
крупносерийного производства применяют литье под давлением.
Намотка. Намотку применяют для изготовления изделий типа тел вращения.
Исходными материалами для намотки являются нити (преимущественно
стеклянные) и жидкотекучие полимерные материалы.
Способом намотки изготовляют цилиндрические оболочки колпаки-
обтекатели трубчатые и другие изделия.
В процессах намотки используют высокопроизводительные намоточные станки
и оправки на которые наматывают нити с нанесенным на них полимерным
В практике изготовления изделий из стеклопластиков применяют два
способа намотки: мокрый и сухой. При первом способе непосредственно перед
намоткой на оправку производится пропитка стеклянного или другого волокна.
При втором способе используют препрег - предварительно пропитанный
связующий материалом стеклоармирующую нить. Второй - это сухой способ
который обеспечивает более высокую производительность труда позволяет
использовать широкую номенклатуру связующих и армирующих материалов
обеспечивает высокое качество изделий и поэтому его широко применяют в
производстве. Первый - мокрый способ используют для изготовления изделий
сложной конфигурации в единичном производстве. Связующими в процессе
намотки являются полиэфирные и эпоксидные смолы.
Процесс изготовления намоткой состоит из следующих операций: 1 -
подготовка технологической оснастки включающая сборку оправки установку
ее на станок и подготовку станка подготовку разделительного слоя его
нанесения на оправку и сушку; 2 - намотка включающая установку кассет с
препрегом на станок послойную намотку с прикаткой; 3 - термообработка
изделия (полимеризация связующего); 4 - разборка оправки; 5 - механическая
обработка; 6 - контроль изделия и упаковка.
Основные способы намотки
Тангенциальная намотка (рис.4.21а) характерна постоянным шагом
намотки в одну или послойно в одну и другую стороны; недостатки -
низкая прочность в осевом направлении; преимущества - простое
оборудование высокая прочность в тангенциальном направлении; малые
начальные напряжения.
Рис. 4.21. Способы намотки; а - тангенциальная; б - продольно-поперечная;
в - тангенциально-спиральная; г - спиральная; д - намотка с переменным
углом; е - планарная намотка
Продольно-поперечная намотка (рис.4.21б) характерна укладкой слоев
армирования в продольном и поперечном направлении; надостатки - возможна
намотка трубчатых деталей и конических деталей только с небольшим уклоном;
преимущества - сравнительно простое оборудование высокая
производительность оптимальная анизотропия свойств.
Сочетание намотки по спирали с тангенциальной (рис.4.21в)
характерно намоткой двойного спирального слоя с последующей намоткой
тангенциального слоя; недостатки - сложное оборудование низкая
производительность большие отходы; преимущества - возможно армирование в
различных направлениях.
Спиральная намотка (рис.4.21г) характерна намоткой только
спиральных слоев с корректировкой углов укладки по зонам; недостатки -
сложное программное оборудование низкая производительность сложные
Намотка с переменным углом армирования (рис.4.21д) характерна
намоткой по спирали с переменным по длине оправки углом армирования и
корректировкой этого угла от слоя к слою; недостатки - сложное программное
оборудование низкая производительность; преимущества - возможна намотка
конусов без отходов.
Планарная намотка (рис.4.21е) характерна планарной намоткой от
полюса к полюсу; недостатки - низкая тангенциальная прочность значительная
неравномерность прочности полюсов; преимущества - можно использовать
упрощенное оборудование максимальная прочность вдоль оси.
Типы применяемых оправок для намотки:
Неразборные (рис.4.22а) - применяют для цилиндрических деталей.
Разборные из металлических элементов (рис.4.22б) - применяют для
деталей с поднутрениями.
Выплавляемые из легкоплавких сплавов (рис.4.22в) - применяют для
Размываемые (рис.4.22г) - применяют для деталей замкнутой формы.
Разборные с разрушаемыми элементами (рис.4.22д) - применяют для
сложных деталей в единичном производстве.
б - разборная из металлических элементов; в - выплавляемая из легких
сплавов; г - размываемая; д - разборная с раздвижными элементами
Режимы переработки полимеров. Из ранее сказанного следует что к
параметрам режимов обработки относят температуру расплава и инструмента
давление формования время заполнения и время выдержки под давлением а
также разность температур между соседними зонами пластикационного цилиндра.
Рациональные режимы получения изделий выбирают в зависимости от условий
их эксплуатации. Направленное изменение параметров переработки позволяет
получить требуемую структуру и свойства изделий. Так с изменением указанных
параметров режимов переработки можно управлять усадкой стабильностью
размеров и формы стойкостью к растрескиванию теплостойкостью
морозостойкостью аморфных и кристаллизующихся полимеров.
Выбранные технологические параметры переработки уточняют по отдельным
показателям качества изделий. Уточнение производят на основе зависимости
между технологическими параметрами и микроструктурой изделий определяющей
качество. Для аморфных полимеров определяют ориентацию и в случае
превышения расчетной величины технологические параметры корректируют в
направлении снижения ориентации. Для кристаллизующихся полимеров
рассчитывают макроструктуру (размеры отдельных слоев и зон) при выбранных
технологических параметрах. Формирующуюся структуру по относительной
площади слоев и зон сравнивают со структурой обеспечивающей требуемое
качество. В случае отклонения параметров формирующейся макроструктуры от
параметров качественных изделий технологические параметры корректируют.
При изготовлении изделий возможен брак (пузыри утяжины коробление
уменьшение размеров и т.п.). В этом случае также корректируют
технологические параметры переработки.
Выбранные параметры затем корректируют с целью получения наибольшей
производительности при обеспечении качества изделий.
Режимы переработки некоторых марок термопластов представлены в табл.
4 реактопластов - в табл.4.5.
3.3.Основы технологии изготовления деталей из резины
3.3.1.Состав основы переработки и область применения
Резина – это полимерный органический материал (реактопласт). Основным
сырьем для изготовления деталей из резины является каучук. Однако чистый
каучук не может быть использован из-за большой ползучести при комнатной и
особенно при повышениях температурах. Для предотвращения этих явлений в
отформованном изделии взамен линейных или слаборазветвленных молекул
каучука под действием условий операции вулканизации получают сшитую
редкосетчатую молекулярную структуру. Редкое расположение поперечных связей
не мешает проявлению гибкости заключенных между ними отрезков макромолекул
- возникновению высокоэластичных деформаций. Вулканизацию выполняют с
помощью вулканизаторов - веществ образующих поперечную химическую связь
между звеньями соседних макромолекул каучука. Эта реакция протекает по
схеме полимеризации или поликонденсации. В первом случае (для
полимеризации) резиновую смесь готовят на основе непредельных каучуков
имеющих в цепи главных валентностей двойные связи во втором
(поликонденсации) - на основе насыщенных линейных полимеров. В зависимости
от количества возникших при вулканизации поперечных связей различают
мягкие средней твердости и твердые резины. Мягкие резины имеют много
неиспользованных двойных связей С течением времени по месту двойных связей
присоединяется кислород или озон воздушной среды что приводит к снижению
эластичности прочности и образованию трещин - старению резины. Резины на
основе насыщенных каучуков достаточно стойки к старению и агрессивным
Состав резиновой смеси (каучука и различных добавок) -следующий:
- каучук; 2- вулканизирующие вещества - обычно сера от I до 30% иногда
используют перекиси или нитросоединения и другие вещества. Процесс
вулканизации обычно проходит при нагревании в присутствии ускорителей
(полисульфиды окислы свинца магния) и активаторов (окись цинки и др.); 3-
противостарители замедляющие процесс старения резины. Противостарители
химического действия (альдоль неозон) реагируют с кислородом
продиффундировавшим в резину и с образовавшимися перекисями каучука
задерживая его окисление. Противостарители физического действия (парафин
воск) образуют поверхностные пленки препятствующие диффузии кислорода; 4-
мягчители (пластификаторы) которые облегчают процесс переработки резиновой
смеси увеличивают эластичность и морозостойкость резины. Мягчителями
являются парафин вазелин стеариновая кислота битулен минеральные и
растительные масла в количестве 8 30% от массы каучука; 5- наполнители
которые подразделяют на активные (усиливающие) и инертные. Активные
наполнители (углеродная сажа и "белая"сажа" - окись кремния и цинка)
повышают прочность и сопротивление истиранию резины. Увеличение прочности
резины связано с возникновением сил связи между каучуком и наполнителем
вследствие адсорбции и адгезии и образованием цепочно-сеточной структуры
наполнителя. Инертные наполнители (тальк мел барит) вводят для уменьшения
стоимости резины. Вводимая в состав резиновой смеси девулканизированная
старая резина снижает её стоимость служит мягчителем снижает склонность к
старению. Наполнители также подразделяют на порошкообразные и волокнистые
(хлопчатобумажные шелковые стеклянные капроновые и другие ткани). В
качестве наполнителя применяют для увеличения прочности стальную проволоку
или сетку; 6- красители минеральные или органические могут выполнять не
только декоративные функции но некоторые из них поглощают коротковолновую
часть солнечного спектра и поэтому замедляют световое старение резины.
3.3.2. Технологический процесс изготовления резиновых технических
изделий. Технологический процесс изготовления резиновых технических изделий
состоит из следующих последовательных операций: приготовление резиновой
смеси формование вулканизация и отделка.
Подготовка резиновой смеси. Подготовка смеси заключается в дозировании
составных частей и тщательного их смешивания. Перед смешиванием каучук
переводят в пластическое состояние путем нагрева до 40 50°С и многократного
пропускания через специальные вальцы. В пластическом состоянии каучук
хорошо смешивается с другими компонентами. Однородную смесь
пластифицированного каучука с другими компонентами получают в червячных или
валковых смесителях. Первым компонентом при приготовлении смеси вводят
противостаритель последним - вулканизатор.
Формование резиновых изделий выполняют следующими способами:
каландрованием непрерывным выдавливанием прессованием литьем под
Каландрование. Каландрование - это технологический процесс получения
плоского бесконечного полотна определенной толщины и ширины за счет
деформации обрабатываемой смеси между вращающимися валками. Для
регулирования температуры валков каландра применяют нагрев и охлаждение.
Ленты и листы сырой резины после прокатки на каландрах посыпают мелом или
тальком для предупреждения их слипания затем сматывают в рулон и
используют их для дальнейшей переработки. В случае изготовления изделий с
тканевым наполнителем - прорезиненной ткани - после пластифицирования смеси
в первой паре валков в нее вводят на следующей паре валков ткань которая
из-за разности скорости вращения валков путем втирания наполняется
резиновой смесью (рис. 4.23).
Толщину прорезиненной ткани (ленты) регулируют путем изменения зазора
между валками. Полученную ткань (ленту) наматывают на барабан I и затем
Непрерывное выдавливание позволяет получать профилированные резиновые
детали (трубы прутки профили для окантовки и др.). Для непрерывного
выдавливания используют машины червячного типа. Этим способом покрывают
металлическую проволоку.
Прессование - способ получения фасонных деталей (уплотнительные
кольца виброопоры манжеты клиновые ремни). Прессование выполняют в
металлических пресс-формах. Различают холодное и горячее прессование. При
горячем прессовании выполняемом на гидравлических прессах с обогреваемыми
плитами одновременно с формованием изделия происходит вулканизация при
0 .150°С. Холодным прессованием изготовляют детали из эбонитовых смесей.
После холодного прессования детали вулканизируют.
Литьем под давлением получают детали сложной формы. В этом случае
резиновая смесь поступает в литейную пресс-форму при
Рис.4.23. Схема получения прорезиненной ткани; 1-барабаы намотки 2-ткань
- валки каландров 4-резиновая смесь
температуре 80 120°С что обеспечивает высокую пластификацию смеси и
хорошую заполняемость и кроме того ускоряет процесс вулканизации.
Вулканизация проводится в специальных камерах - вулканизаторах при
температуре 120 150 °С в атмосфере насыщенного водяного пара при небольшом
давлении. При вулканизации протекает химическая реакция каучука и серы в
результате которой линейная структура молекул каучука превращается в
сетчатую что уменьшает пластичность повышает стойкость к действию
органических растворителей увеличивает прочность и твердость.
Отделка деталей заключается в удалении пленок и облоя образовавшихся
в основном в процессах формования изделий прессованием. Отделение выполняют
с помощью острых инструментов (ножниц ножей и др.) абразивных кругов и
При массовом производстве резиновых технических изделий все операции
выполняют на высокопроизводительном и автоматизированном оборудовании.
3.4. Способы механической обработки
Общие сведения. Механическую обработку деталей из пластмасс применяют с
целью: 1 - изготовления более точных чем при прессовании или литье
деталей; 2 - изготовления деталей из листовых пластиков и других профилей
так как эти материалы поставляют в виде листов плит труб и фасонных
профилей; 3 - удаления литников облоя грата пленки в отверстиях и т.п. -
отделки (на отдельных заводах трудоемкость этих операций около 80% общей
трудоемкости изготовления пластмассовой детали); 4 - более экономичного
изготовления деталей сложной конфигурации; 5 - изготовления деталей в
условиях единичного и мелкосерийного производства.
Механообработка пластмасс по сравнению с обработкой резанием металлов
имеет специфические особенности из-за низкой теплопроводности пластмассы
вязкости абразивных свойств которые определяют характерные требования
предъявляемые к конструкции и геометрии режущего инструмента к конструкции
При механообработке пластмасс различают следующие способы: а)
разделительную штамповку б) формование в) обработку пластмасс резанием.
Разделительную штамповку применяют для изготовления деталей из листовых
материалов. При этом выполняют следующие операции: вырубку пробивку
отрезку разрезку обрезку зачистку. Наиболее распространены операции
вырубки пробивки разрезки зачистки. Формование –изделий из листовых
термопластов (дутьевое и вакуумное).
Обработку пластмасс резанием применяют для отделки (удаления литников
облоя пленки и др.) после горячего формообразования деталей и как
самостоятельный способ изготовления деталей из поделочных пластмасс. При
этом выполняют следующие операции: разрезку точение фрезерование
сверление нарезание резьбы шлифование полирование.
3.4.1. Особенности механической обработки
При разделительной штамповке наряду с известными особенностями для
штамповки металлов имеют место особенности связанные с резкой
анизотропией механических свойств пластмасс в плоскости листа и
перпендикулярно ему: расслоение трещины ореолы и изменение цвета. Эти
особенности вызваны значительными напряжениями сжатия и изгиба
достигающими предела прочности. Расслоение материала по толщине характерно
для слоистых пластиков (гетинакса стеклотекстолита и др.) и возникает по
периметру разделения на расстоянии до 3 5 S от поверхности разделения;
трещины возникают чаще всего со стороны пуансона у поверхности -
поверхностные трещины сплошные трещины возникают при недостаточном
расстоянии между отверстиями; ореолы - вспучивание и изменение цвета
материала вдоль периметра отверстия вызванное напряжениями и расслоением
Особенности о б р а б о т к и металлов р е з а н и е м полностью
относятся и к обработке пластмасс. Однако особенность строения и состава
накладывают дополнительные особенности обработки.
Относительно низкая плотность невысокая прочность и твердость
пластмасс обусловливают малое сопротивление пластмасс сжатию и срезу при
обработке резанием и усилия резания оказываются значительно меньшими чем
при обработке металлов. Поэтому появляется возможность применять для
обработки пластмасс высокие скорости резания.
При обработке реактопластов образуется стружка надлома легко
рассыпающаяся а при резании термопластов в большинстве случаев образуется
непрерывная сливная стружка. При резании пластмасс возникают сравнительно
высокие температуры (до 500С) на трущихся поверхностях инструмента а на
деталях возникают прижоги. Это объясняется тем что теплопроводность
пластмасс в несколько раз меньше чем у металлов.
После механообработки в поверхностных слоях детали возникают трещины и
остаточные напряжения которые складываясь с монтажными напряжениями
(например при затяжке болтов винтов) часто приводят к появлению мелких
поверхностных трещин. Для уменьшения остаточных напряжений при обработке
реактопластов применяют различные технологические приемы: сжатие материала
в зоне сверления попутное фрезерование многооперационное сверление с
минимальным припуском на последнем переходе; для термопластов - умеренный
3.4.2. Характеристика способов механической обработки
Разделительная штамповка. Схема выполнения и сущность разделительных
операций подобна соответствующим операциям листовой штамповки металлов
(вырубки пробивки резки и др.). Однако с целью уменьшения расслоения
трещин и др. в зоне разделения рекомендуют заготовку прижимать с давлением
до 08(в разделяемого материала. На ряде заводов для снижения брака по
трещинам и расслоению применяют штамповку-пробивку незакрепленным пуансоном
(для печатных плат). При этом пуансон движется относительно детали в одном
направлении. Для вырубки (пробивки) листовых пластиков применяют штамповку
с ультразвуковыми колебаниями пуансона. С той же целью платы перед
штамповкой нагревают в термостатах до 80 90С при выдержке 6 8 минут или
штампуют через картонные прокладки.
Для разделительных операций используют оборудование: парнодисковые
ножницы кривошипные прессы. Основным инструментом являются штампы к
которым предъявляют повышенные требования по точности в сравнении со
штампами для металлов.
Отделка изделий и обработка резанием
З а ч и с т к а - это отделочная операция применяемая для удаления
облоя (грата) и литников после горячего формования детали. Различают
слесарную дробеструйную зачистку и другие способы. Слесарная зачистка
выполняется в условиях мелкосерийного производства или когда другими
способами невозможно обработать деталь. Она выполняется с помощью
инструментов: напильника ножа надфиля кусачек и др. Деталь закрепляют на
поворотных тисках. Д р о б е с т р у й н а я о б р а б о т к а
применяется для удаления грата толщиной до 02 мм путем обдувки деталей
дробью из неабразивных материалов (кусочки капроновой лески). Скорость
истечения воздуха при обдувке 3000 4200 ммин.
Галтовка применяется для массового удаления грата после горячего
формования или шлифования и полирования изделий небольшого размера из
реактопластов. Галтовку выполняют в горизонтальных или наклонных барабанах
которые заполняют изделиями и вспомогательными материалами и приводят во
вращение. Вспомогательными материалами являются стальные шарики шпильки
дробь или шары из плавленой окиси алюминия. Грат снимается в результате
ударов и трения и удаляется из барабанов через сетчатые стенки или дно.
Шлифование или полирование в галтовочных барабанах выполняют с помощью
кусочков пемзы восковых шаров или деревянных блоков пропитанных
полировальной пастой. Продолжительность галтовки 05 15 часа.
Р а з р е з к у применяют для раскроя листовых материалов. Для
реактопластов используют карборундовые круги средней твердости на
вулканитовой связке с размером зерна 025 050мкм; скорость разрезки
00 2400 ммин. Круги обладают значительно большей износоустойчивостью
чем отрезные фрезы или циркульные пилы.
Для разрезки термопластов рекомендуют использовать абразивные круги
облицованные по боковым сторонам рифленой металлической пленкой которая
уменьшает трение круга о стенки пропила и хорошо рассеивает тепло в
Для разрезки листовых пластмасс используют в условиях мелкосерийного
производства разнообразное металлорежущее оборудование - ножницы фрезерные
ленточно-отрезные станки и др.; в условиях серийного и массового
производства - специальные станки.
Точение реактопластов выполняют при глубине резания 05 3мм подаче
5 050 ммоб скорости 20 80 м мин в зависимости от марки и вида
обработки (черновое чистовое); термопласты обрабатывают при глубине
резания 05 4 мм подаче 002 05 ммоб скорости 50 100 ммин в
зависимости от марки и вида обработки (черновое чистовое).
Сверление производят при подаче 005 06 ммоб и скорости 10 80 ммин в
зависимости от марки материала.
Фрезерование реактопластов производят при глубине резания 1 7 мм
подаче 005 08 ммзуб и скорости – 100 500 ммин; термопласты фрезеруют
при глубине резания 1 10 мм подаче 003 030 ммзуб скорости 100 1000
ммин в зависимости от марки материала и вида обработки (черновая
Нарезание резьбы на всех пластмассах может быть выполнено в
соответствии с обрабатываемостью резанием; наибольшая трудность возникает
при нарезании резьбы на волокнистых и слоистых пластмассах из-за их
расслоения (срыва ниток скалывания и др.). Наиболее надежным и
высокопроизводительным является шлифование резьбы абразивным кругом
заправленным на угол профиля резьбы. Например для стеклопластов используют
круги КЗ6СМ1 со скоростью вращения 20 25 мсек скорость вращения детали
Шлифование выполняют карборундовыми кругами средней твердости на
керамической или бакелитовой связке с размером зерен 08 05 мкм для
черновой и 025 016 мкм для чистовой обработки. Часто применяют и
шлифовальную шкурку с той же зернистостью.
Полирование применяют для получения после механообработки поверхности
высокого качества. Полирование производят мягкими кругами толщиной до 120
мм. Круги представляют собой пакет составленный из муслиновых дисков
различного диаметра 350 450 и 150 200 мм; применяют и фетровые круги. При
обработке часть диска покрывают абразивной пастой - окисью хрома другая
часть остается свободной от пасты и служит для протирки изделий.
Точение сверление фрезерование и др. выполняют на быстроходных
станках применяемых в металло- и деревообработке. В условиях массового
производства изготовляют специальные станки оснащенные зажимными
приспособлениями и устройствами для улавливания и отсоса стружки и пыли.
Инструменты - резцы сверла фрезы изготовляют из различных
инструментальных сталей особенно эффективно использование твердосплавных и
алмазных инструментов.
Качество механообработки обеспечивают при работе острозаточенным
инструментом. Для повышения качества обработки применяют алмазные
инструменты. Достигаемая точность обработки термо- и реактопластов
определяется способом обработки:
Наружное и внутреннее шлифование двукратное развертывание – 6 7
Однократное развертывание чистовое точение – 7 8 квалитет;
Сверление чистовое точение и фрезерование – 8 10 квалитет;
Черновое точение - 11 квалитет;
Черновое фрезерование – 12 13 квалитет.
Шероховатость поверхности зависит в основном от обрабатываемого
материала: при точении реактопластов получают Rа=10 25 мкм; термопластов -
Rа=25 063 мкм; при фрезеровании реактопластов Rа=5 125 мкм термопластов
3.5. Выбор способа изготовления изделия
В зависимости от типа производства (массовое серийное единичное) и
требований к качеству изделия выбирают способ изготовления изделия -
горячее формование или механообработку.
Рис. 4.24. Скоростные интервалы различных способов горячего формования: (
- вязкость; γ - скорость сдвига
Выбор способа горячего формования изделия из полимера при заданных
показателях качества зависит от текучести (вязкости или молекулярной массы)
и скорости сдвига материала. На рис.4.24 представлены основные способы
горячего формования изделий в зависимости от вязкости и скорости сдвига
материала. Из рисунка следует что прессование используют для материалов с
малыми скоростями сдвига при заданной большой вязкости литье под давлением
- для материалов с большими скоростями сдвига и малой вязкости материала.
Обычно в справочной литературе по выбору материалов и переработке их в
изделия указаны возможные способы их переработки.
Алгоритм выбора способа формования и изготовления изделия с учётом
механообработки представлен на рис.4.9.
4. Технологичность конструкции пластмассовой детали
Конструкция пластмассовой детали должна отвечать условиям её
формования определяемым свойствами применяемого материала особенностями
процесса изготовления сборки и эксплуатации и др. Конструкция детали
должна быть более простой; чем проще деталь тем дешевле оснастка выше
производительность труда точность ниже ее стоимость.
Габаритные размеры деталей определяются способом изготовления
материалом детали мощностью оборудования типом пресс-формы.
Правила конструирования деталей направлены на обеспечение рациональных
условий течения материала в форме повышение точности изготовления
уменьшение внутренних напряжений и коробления. Требования к конструкции
детали на основе этих соображений следующие.
Форма детали должна обеспечивать возможность применения неразъемных
матриц и пуансонов (в разъемных матрицах и пуансонах трудоемкость и
стоимость изготовления значительно увеличены). Конфигурация детали не
должна препятствовать свободному течению материала.
Ответственные размеры не должны попадать в плоскость разъема это
снижает их точность на толщину облоя. Для легкого отделения облоя
поверхность разъема должна быть на участках простой конфигурации контура
Технологические уклоны необходимы для облегчения удаления деталей
из пресс-формы их назначают на стенках параллельных направлению усилия
замыкания формы или направлению извлечения детали из подвижных формирующих
знаков (рис.4.25а); в некоторых случаях конструкция детали не требует
дополнительных уклонов.
Рис.4.25. Технологические требования к конструкции элементов деталей: а -
расположение уклонов; б в - расположение уклонов на ребрах жесткости; г -
оформление торцов д –радиусы скругления пересекающихся стенок; е ж -
поперечные и продольные сечения отверстий; з - оформление углубления; и -
взаимное расположение отверстий; к - оформление опорных поверхностей л -
оформление торцов резьбы; м - виды арматуры
Уклоны не назначают:
а) на плоских монолитных толщиной 5 6 мм и менее
б) на тонкостенных (трубчатых) высотой 10 15 мм
в) на наружных поверхностях полых деталей с дном высотой до 30 мм
Величина уклона внутренних поверхностей больше уклона наружных
Величина уклона определяет в значительной мере точность изготовления
изделий и назначается в зависимости от высоты детали и находится в пределах
от 15 до 1° для наружных поверхностей и от 30 до 2 градусов - для
внутренних поверхностей.
Толщина стенки и дна должна быть равномерной. Разнотолщинность
деталей вызывает неравномерную усадку приводящую к образованию трещин
вздутий и короблению из-за неравномерности отверждения материала в форме и
охлаждения вне формы.
Толщина стенки зависит от текучести материала высоты детали и с
увеличением текучести материала можно уменьшить толщину а с увеличением
высоты детали толщина стенки детали должна быть больше. Не следует
назначать толщину стенки более 10 12 мм; минимальную толщину определяют по
эмпирической формуле:
а) для реактопластов - S=2h(Z - 20)+1
б) для термопластов - S=0.8([p
где h - высота стенки в мм Z - величина текучести по Рашигу в мм a -
ударная вязкость в Джсм2.
При невозможности обеспечения по конструктивным соображениям
равностенности допускаемая разностенность должна составлять: при
прессовании не более 2:1 при литье под давлением деталей простой
конфигурации не более 25:1. В этом случае должны соблюдать плавность
перехода от одного к другому сечению. Переходы от большего сечения к
меньшему рекомендуется выполнять с помощью уклонов (рис.4.25бв) радиусов
закруглений а в цилиндрических деталях с помощью конусности.
Ребра жесткости применяют для увеличения жесткости и прочности
усиления особо нагруженных мест по технологическим соображениям
(предохранение от коробления уменьшения времени выдержки и др.). Ребра
жесткости не должны доходить до опорной поверхности на 05 08 мм.
Оптимальная толщина ребра жесткости 06 08 толщины стенки. Рекомендуемые
соотношения элементов ребер жесткости приведены на рис.4.25в. Нужно
стремиться к диагональному или диаметральному расположению ребер жесткости.
Форма ребра не должна препятствовать усадке.
Торцы для упрочнения деталей выполняют в виде буртиков различных
конструкций. Толщина буртиков не должна превышать 15 2 толщины стенки.
Примеры оформления торцев представлены на рис.4.24г.
Радиусы закруглений (рис.4.25д) назначают на внутренних и
наружных сторонах детали они способствуют устранению или уменьшению
внутренних напряжений уменьшению величины колебания усадки.
Рис. 4.25. Продолжение
Величина радиуса зависит от материала толщины стенки и
регламентируется ГОСТ 10948-84. Минимальная величина радиуса для
реактопластов и термопластов - 05 мм.
Отверстия. Расположение на поверхности разновидности (сквозные
глухие ступенчатые и др.) конфигурация (круглые овальные прямоугольные
и др.) отверстий определяют в значительной мере величину внутренних
напряжений усадку точность отверстий и межосевых расстояний.
Конфигурация отверстий должна быть наиболее простой формы: поперечные
сечения применяемые в производстве представлены на рис.4.25ж (более
простые - круглые овальные - наиболее трудоемки) продольное сечение
представлено на рис. 4.25зи.
Расстояние между соседними сквозными отверстиями и краем детали
рекомендуется не менее одного диаметра отверстия. Минимальное расстояние
(рис.4.25к) между отверстиями b1=(SD+1)(D а минимальное расстояние от
края отверстия до края детали b2 выбирают в зависимости от диаметра
отверстия в пределах от 05 до 1 диаметра отверстия (рис.4.25к).
Рис. 4.25. Окончание
Размеры отверстий. Диаметр D отверстия назначается от 12 мм по ГОСТ 11289-
Длина отверстия L зависит от метода формования и вида отверстия
(сквозное глухое): прямое прессование L((15 8)D пресслитье и литье под
давлением L(10D - для сквозных отверстий; прямое прессование L( 25D
пресслитье и литье под давлением L(4D- для глухих отверстий.
Опорные поверхности применяют для обеспечения хорошего прилегания
сопрягаемых поверхностей. Их оформляют в виде выступов буртиков бобышек
Резьба может быть получена прессованием и литьем под давлением.
Минимальный диаметр резьбы из термопластов - 25 мм из реактопластов
(пресспорошков и волокнистых материалов) - 3 мм. Геометрические параметры
метрической резьбы определяют по ГОСТ 11709-86.
Не рекомендуется изготовлять прессованием прямоугольную резьбу и резьбы
с шагом менее 07 мм.
При наличии разных диаметров резьбы в детали рекомендуют брать
одинаковый шаг у всех резьб с целью одновременного удаления резьбовых
Особенности конструкции резьбы. Из-за меньшей чем у металлов
прочности для всех видов резьб обязательно наличие у сбега резьбы
кольцевой канавки или фаски длиной около одного шага резьбы (рис.4.25м).
Армирование применяют для увеличения прочности детали облегчения
сборки. В качестве арматуры применяют детали из металлов керамики стекла.
Для металлической арматуры используют: сталь латунь бронзу. С целью
надежного закрепления в деталях к конструкции арматуры предъявляют
требования: 1) невозможность поворота вокруг оси 2) невозможность сдвига
На рис.4.25н представлены различные виды арматуры: втулочная
штифтовая плоская проволочная. Надежное крепление втулочной арматуры
осуществляется выполнением канавки и накатки на наружной поверхности
плоской - вырезками или отверстием проволочной - изгибом или
расплющиванием. Геометрические параметры этих элементов определяют по
справочнику. При установке массивной арматуры (втулочной штифтовой
плоской и др.) следует иметь ввиду что возможно вспучивание материала при
недостаточном расстоянии от арматуры до поверхности детали; минимальное
расстояние 2 мм (при диаметре арматуры 5 мм) то-есть ~ 04 диаметра или
Задания для самоконтроля
Что такое пластмасса?
Понятие о процессе и назначении переработки пластмасс.
Задачи решаемые при переработке пластмасс и основное содержание каждой
Структура полимера и основные свойства материала: твердость прочность
деформируемость растворимость в растворителях.
Что такое олигомеры и с какой целью их используют?
По какому признаку разделяют полимеры на термо- и реактопласты?
Особенности макроструктуры полимерных материалов.
Основные реакции синтеза (отверждение олигомеров сшивания полимеров)
полимеров и их особенности.
Особенности строения аморфных и кристаллизующихся полимеров.
Основные физические состояния полимеров технологические и
эксплуатационные свойства полимеров.
Особенности термохимической кривой аморфных линейных и густосетчатых
Перечислить и характеризовать основные технологические свойства
Вязкостные свойства расплава полимеров и возможные способы переработки
Деструкция полимеров: причины протекающие процессы и явления виды и их
Виды пластмасс в зависимости от назначения и характеристика основных
свойств каждого вида.
Основные химические процессы протекающие при формовании полимеров.
Особенности кристаллизации полимеров в зависимости от состояния по
отношению к деформации.
Можно ли с помощью отжига изменить неоднородную структуру полимера? Если
да то какие параметры изделия можно изменить?
Можно ли полностью или частично каким-либо способом исключить ориентацию
макромолекул полимера?
Основные способы и операции переработки полимеров сущность и содержание
Основное назначение подготовки полимеров к переработке. Влияет ли и если
да то как сушка и влажность на качество изделия?
Назначение таблетирования и предварительного нагрева пластмасс перед
формованием изделий.
Основной показатель определяющий качество аморфных и кристаллизующихся
полимеров. Для каких полимеров характерна в процессе переработки слоевая
Особенности формования и качества изделий из аморфных полимеров.
Особенности формования и качества изделий из кристаллизующихся
Температурно-временная область переработки полимеров и назначение
марочного ассортимента полимеров.
Особенности литья под давлением и перерабатываемые материалы в
зависимости от их технологических свойств.
Особенности прессования и перерабатываемые материалы в зависимости от
Особенности назначение и применяемые при заливке полимерные материалы.
Режимы переработки пластмасс. Возможно ли управлять качеством изделия с
помощью изменения параметров режимов переработки пластмасс?
Назначение способы и особенности механообработки и качества изделий из
Технологические требования к конструкции изделий из пластмасс
Назовите состав резиновой смеси и назначение составных частей.
Способы формования резиновых изделий и изготовляемые этими способами
Бортников В.Г. Основы технологии и переработки пластических масс.
Учебное пособие для вузов.- Л. Химия 1983 304 с.
Калинчев Э.Л. Саковцева М.Б. Свойства и переработка термопластов:
Справочное пособие. - Л.: Химия 1983 - 288 с. ил.
Основы конструирования и расчета деталей из пластмасс и
технологической оснастки для их изготовления Мирзоев Р.Г. Кугушев И.Д.
Брагинский В.А. и др.-Л.: Машиностроение 1972 - 416 с. ил.
Салазкин К.А. Шерышев М.А. Машины для формования изделий из
листовых термопластов. М.: Машиностроение 1977 158 с.
Технология материалов в приборостроении. Под ред. А.Н.Малова. М.:
Машиностроение 1969 442 с.
В.П.Штучный. Обработка пластмасс резанием. М. Машиностроение 1974
Энциклопедия полимеров т.т. 123. М. Химия 1972 - 1977.
Основы технологии переработки пластмасс:Учебник для вузов С.В.
Власов Э.Л. Калинчев Л.Б. Кандыриев и др. – М.:Химия 1995.-528 с. ил.
Подписи к рисункам Главы 4
(Гоцеридзе Р.М. Ковалёв В.Г. Технология атериалов в приборостроении)
быстроотверждающимися (1) и медленноотверждающимися (2) связующим;
Рис.4.6. Зависимость вязкости ( (кривая 1) и напряжения сдвига ( (кривая 2)
от скорости сдвига ( и скоростные интервалы переработки для различных
дутьевое формование; МО - механическая обработка; Эч - экологически чистый;
Очо - очистка отходов; Доз - допустимое загрязнение
Рис. 4.9. Алгоритм выбора способа изготовления детали из пластмассы; Мi Пэс-
массив марок и их эксплуатационные свойства; ТПэс - требуемые параметры
Рис.4.10. Алгоритм выбора марка пластмассы при литье под давлением
Рис. 4.11. Основные способы и операции переработки пластмасс в
Рис. 4.12. Влияние скорости охлаждения vохл при кристаллизации на
структурообразование: а - изменение vохл и размера зерен d по толщине
литьевых изделий; 1 - Тс= 473 К; Тф = - 373 К 2 - Тс = 458 К Тф = 353 К
- Тс = 458 К Тф = 293 К; 6 - влияние vохл на форму и размеры
структурных образований; I - ламелярные кристаллы; II - неразвитые
сферолиты; Ш - сферолиты (Тс - температура материала; Тф - температура
Рис. 4.13. Влияние напряжения сдвига ( на ориентацию l((: 1 - изотропные и
неразвитые сферолиты;II - деформированные сферолиты; III- сноповидные
образования; 1 - 100 150 Kc 2 - 20 200 Kc
Рис. 4.14. Структурные слои в поперечном сечении литьевых изделия: I -
поверхностная оболочка (в процессе заполнения); 2 - средний слой (выдержка
под давлением); 3 - центр (охлаждение без давления)
Рис.4.15 Температурно-временная область переработки полимера
Рис. 4.16. Схема литья под давлением пластмасс: I - схема распределения
Рис. 4.17. Возможные варианты (а - г) расположения литников и образование
мест "спая" при изготовлении детали типа "планка
Рис. 4.18. Схемы движения расплава полимера (а - е) в различных литниковых
системах при изготовлении различных типов деталей
Рис. 4.21. Способы намотки; а - тангенциальная; б - продольно-поперечная; в
- тангенциально-спиральная; г - спиральная; д - намотка с переменным углом;
е - планарная намотка
Рис. 4.22. Типы оправок при намотке: а - не разборная; б - разборная из
металлических элементов; в - выплавляемая из легких сплавов; г -
размываемая; д - разборная с раздвижными элементами
Рис. 4.24. Скоростные интервалы различных способов горячего формования: ( -
вязкость; γ - скорость сдвига
оформление торцов д - выполнение скруглений пересекающихся стенок; е ж -
сечения поперечных и продольных отверстий; в - оформление углубления; и -
оформление торцов резьбы; м - виду арматуры
доменно-фибриллярное строение
полимера:1 -кристаллит 2 -петля 3 -проходной участок макромолекулы
Рис.4.1 4.2 4.3 к главе 4
Гоцеридзе Р.М. Ковалёв В.Г. Технология атериалов в приборостроении
Рис.4.4 4.5 4.6 к главе 4
Рис.4.8. Порядок составления поискового образа пластмассы; Пр -
производительность; ППр - прямое прессование; ЛПр - литьевое прессование;
ЛЛД - литье под давлением; ДФ - дутьевое формование; МО - механическая
обработка; Эч - экологически чистый
Рис.4.7 4.8 к главе 4
Рис.4.10 4.11 к главе 4 9(Гоцеридзе Р.М. Ковалёв В.Г. Технология
материалов в приборостроении
Рис.4.12 4.13 к главе 4
Рис.4.14 4.15 к главе 4
Рис.4.16 4.17 к главе 4
матрица; 6 - выталкиватель; 8 - загрузочная камера; 9 –обойма
Рис.4.18 4.19 к главе 4
Гоцеридзе Р.М. Ковалёв В.Г. Технология материалов в приборостроении
Рис.4.20 4.214.22 к главе 4
Рис.4.23 4.24 к главе 4
Рис.4.25а ж к главе 4
Рис.4.25з к к главе 4
Рис.4.25л м к главе 4
1. Физико-химические основы строения полимеров
1.1. Строение полимеров
1.2. Свойства полимеров
1.3. Пластические массы
1.3.1. Классификация пластмасс
1.3.2.Технологические свойства
1.3.3. Физико-химические основы переработки
1.3.4. Марочный ассортимент
2.1. Признаки выбора
2.2.Порядок выбора и алгоритм выбора
3. Способы изготовления деталей из пластмасс
3.1.Классификация способов
3.2. Способы горячего формования
3.2.1. Подготовка полимеров к переработке
3.2.2. Особенности формования аморфных полимеров
3.2.3. Особенности формования кристаллизующихся
3.2.4. Температурно-временная область переработки
3.2.5.Технологическая характеристика способов горячего
3.3. Основы технологии деталей из резины
3.3.1. Состав основы переработки и область применения
3.3.2. Технологический процесс изготовления резиновых
3.4. Способы механической обработки
3.4.1. Особенности обработки
3.4.2. Технологическая характеристика способов
3.5. Выбор способа изготовления детали
4. Технологичность конструкции детали
Задания для самоконтроля
оформление торцов д - выполнение скруглений пересекающихся стенок; е ж
- сечения поперечных и продольных отверстий; в - оформление углубления; и
- взаимное расположение отверстий; к - оформление опорных поверхностей л
- оформление торцов резьбы; м - виду арматуры
Рис.4.25а г. к главе 4
Рис.4.25д к к главе 4
Литьевое прессование
Предварительный подогрев
Д о з и р о в а н и е
Загрузка материала и арматуры. Удаление детали и отхода
О т д е л к а д е т а л и
органических неорганических
прпускания преломления линейного
Диэлектрические потери
Химическая стойкость
Технико-экономические
Обобщенные свойства пластмассы
П о и с к о в ы й о б р а з м а т е р и а л а
Время действия температуры на материал
Диэлектричесие потери
Выбор базовой марки[pic]

28чертСР2-07.doc

К разделу «Обработка давлением»

УП-Лит08.DOC

Московский государственный технической университет
Кафедра "Технология приборостроения
Технологическое обеспечение качества отливки-заготовки
по курсу "Технологии обработки конструкционных материалов
I. Основные теоретические положения 1
1.Требования к качеству отливок-заготовок и деталей 1
2.Основы обеспечения качества отливок-заготовок 2
3.Пример технологического обеспечения качества 6
Введение. Задачник включает: 1- основные теоретические положения и
пример обеспечения качества отливки-заготовки; 2 - чертежи-задания(выдаёт
преподаватель) каждое из которых содержит до четырёх вариантов
отличающихся отдельными размерами или материалом и поэтому требующих часто
нового технологического способа изготовления и конструктивного оформления
для достижения качества детали.
I. Основные теоретические положения
1.Требования к качеству отливок-заготовок. Считаем данный
материал и требования к его качеству заданы конструктором из
эксплуатационных соображений. Основное содержание этих требований
заключается в обеспечении заданных химико-физических свойств их
однородности и равномерной плотности данного материала. При изготовлении
неответственных деталей эти требования не предъявляют.
2.Основы обеспечения качества отливок-заготовок. Химический состав
материала обеспечивается качеством шихты и в процессе плавки шихты что и
создает в основном условия для получения необходимых химических и
физических свойств. Равномерность этих свойств возможна при отсутствии
раковин - пустот обычно возникающих из-за усадки сплава и однородном
химическом составе не равномерном из-за ликвации. Равномерная
плотность может быть получена с помощью технологических средств -
направленной кристаллизацией с использованием "холодильника" в нижней
части или "грелки" в верхней части отливки или с помощью конструктивного
решения - постепенно увеличения поперечного сечения заготовки-отливки.
Отливки-заготовки в основном без раковин с однородной плотностью
всегда могут быть получены из цветных сплавов способом литья жидкой
штамповкой при которой образующиеся раковины под действием давления
прикладываемого инструментом непосредственно к расплаву сжимаются до
Равномерный химический состав может быть получен при введении в
сплав небольшого количества модификатора - кристаллизатора обеспечивающего
одновременную кристаллизацию расплава; менее равномерный химсостав получают
при одновременной кристаллизации возникающей в результате охлаждения
тонкостенного изделия однако и в этом случае получают несколько лучшее
качество чем после кристаллизации с ликвацией.
Конструктивные элементы отливок-заготовок должны удовлетворять
требованиям и условиям: тонкостенности и равностенности плавности
переходов ребер жесткости радиусов скругления уклонов отверстий
резьбы приливов армирования.
Равностенность обеспечивает равномерность охлаждения усадки
отсутствие трещин концентрированных воздушно-газовых и усадочных раковин.
Рекомендуемая толщина минимальная стенок в мм при площади отливки более 400
см2 и литье: под давлением - 1-3 мм по выплавляемым моделям - 1-3 мм в
кокиль - 5-8 мм в оболочковые формы - 4-9 мм в песчаные формы - 5-12 мм;
при меньшей площади принимают толщину в 15-2 меньшую. Толщина стенки
детали зависит и от жидкотекучести литейного сплава (табл.1): с увеличением
жидкотекучести можно изготовить отливку большей сложности с меньшей
толщиной стенки большей длины. При различной толщине стенок
для предупреждения возникновения горячих трещин сопряжение их выполняют в
виде плавного перехода длина которого ориентировочно равна 3-4
разностям толщин сопрягаемых стенок. Для сохранения или увеличения
прочности отливки усиливают ребрами жесткости толщина которых у основания
равна 09 08 толщины стенки к которой оно прилегает для внешних и
06 для внутренних ребер жесткости.
Пересекающиеся ребра жесткости располагают в шахматном порядке.
Радиусы скругления вводят в местах пересечения стенок отливки для
предупреждения образования горячих трещин из-за неравномерной
кристаллизации и усадки сплава. Радиусы не назначают только у
плоскости разъема. Внутренние радиусы равны: r =(s1+s2) k где s1 и s2
- толщина сопрягаемых стенок k - коэффициент зависящий от способа литья
равный: при литье под давлением - 8-12 по выплавляемым моделям - 3-5 в
кокиль - 4-6 в оболочковые формы - 4-5 в песчаные формы - 3-4. Наружные
радиусы устанавливают на основе конструктивных соображений например у
пересекающихся стенок одинаковой толщины наружный радиус равен сумме
внутреннего радиуса и толщины стенки что обеспечивает равностенность
Уклоны или конусность назначают на поверхностях расположенных
перпендикулярно плоскости разъема так чтобы размер отливки к плоскости
разъёма увеличивался; они необходимы для уменьшения работы трения и
изнашивания литейной формы при удалении отливки или модели из литейной
формы. Величина уклона зависит от способа литья и высоты поверхности для
внутренних поверхностей уклон равен (в градусах):
Примечание. Уклон задан в градусах кроме литья по выплавляемым
моделям для которого уклон задан в минутах.
При жидкой штамповке и отношении наружного диаметра D к высоте Н
меньше 1 уклон не назначают при DH>1 уклон равен 05 градуса.
Поверхность уклона располагают в зависимости от точности размера
поверхности: на обрабатываемых поверхностях уклоны обеспечивают некоторое
увеличении объема припуска на необрабатываемых поверхностях уклон чаще
располагают симметрично относительно поверхности или в "тело" отливки.
Отверстия изготовляют при литье для предупреждения вскрытия при
механообработке воздушно-газовых или усадочных раковин и уменьшения
трудоемкости изготовления детали. Наименьший диаметр D и наибольшая длина l
отверстия зависят от способа литья и сплава:
Расстояние от края отверстия до края отливки и между отверстиями
должно быть не менее 12D.
Приливы и бобышки в отливках предусматривают для уменьшения
величины обрабатываемой опорной поверхности они должны быть выше
поверхности на величину большую величины возможного прогиба этой
поверхности в местах приливов должны обеспечивать равностенность; обычно
высота их равна 2 4 мм.
Армирование это закрепление при заливке литейной формы в полости
отливки элементов конструкции детали из материала отливки или другого
материала. Армирование применяют наиболее часто при литье под давлением
для уменьшения трудоемкости сборочных работ достижения специальных
физических свойств (для уменьшения трения - заливка бронзовых втулок для
улучшения охлаждения - заливка медных трубок и т.д.) или для исключения
усадочных и др. раковин.
Точность и шероховатость поверхности (см. также в табл. выше)
зависят от способа литья и сплава:
При литье в постоянные формы шероховатость поверхности зависит от
числа изготовленных в литейной форме отливок.
Припуски. Требования по точности и качеству поверхности более
высокие чем это можно получить при литье достигают путем механической
обработки для этого на обрабатываемых поверхностях предусматривают
припуски (удаляемые части поверхности).
Напуски. В местах элементов конструкции детали которые не могут быть
изготовлены литьем (небольшого диаметра отверстия или небольшое
расстояния между ними и др.) предусматривают напуски -участки удаляемые
механообработкой; напусками также являются участки образующие уклоны
бобышки приливы и закругления а также участки обусловленные изменением
конструкции на основе технологических требований.
Припуски и напуски увеличивают расход расплава.
3.1. Пример технологического обеспечения качества отливки -
заготовки. На рис.1 показана деталь конструкцию которой необходимо
сделать технологичной для условий серийного производства.
В отверстии d1=110H7 и у нижнего торца Ra=063мкм.
Материал: Латунь Л63.
Примечания: 1. Раковины не допускаются. 2. Допустима замена
материала на любой немагнитный материал.
Обеспечить перпендикулярность оси отверстия к торцу равную
Представить чертеж заданной детали.
Выбрать способ изготовления и проверить пригодность материала для
получения отливки-заготовки.
Определить положение поверхности разъема.
Определить обрабатываемые после литья поверхности и назначить
Определить возможность изготовления заданных элементов а в случае
необходимости внести в чертеж необходимые изменения.
Представить окончательный чертеж детали выделить на нем внесенные
изменения обосновать в пояснительной записке причины изменений.
Выбор способа литья обусловлен характерными особенностями
конструкции детали: толщиной стенок требованием к плотности материала
точностью размеров и шероховатостью необрабатываемых поверхностей маркой
заливаемого сплава типом производства производительностью.
Из чертежа находим: толщина стенки изменяется от 4 мм в верхней
части до 13 мм в нижней части детали - по этому признаку пригоден для
изготовления любой способ литья однако из-за неравномерной толщины
стенок в местах с увеличенной толщиной стенки будут воздушно-газовые и
усадочные раковины; равномерную плотность можно получить при направленной
кристаллизации или способом жидкой штамповки. Конструкция детали не
позволяет осуществить направленную кристаллизацию при минимальном расходе
сплава так как в нижней и средней частях утолщения. Поэтому выбираем
жидкую штамповку позволяющую одновременно получить равномерную плотность и
наименьший расход сплава.
По точности и шероховатости поверхности для всех поверхностей
исключая только отверстие диаметром 110H7 и нижний торец удовлетворяют все
способы литья кроме литья под давлением. Заданные точность и качество
поверхности отверстия диаметром 110H7 и нижнего торца могут быть получены
только при механообработке.
Материал детали латунь Л63 не является литейным сплавом и поэтому
должен быть заменен на литейный сплав с подобными физическими свойствами
(антимагнитными); пригодной для этого случая является литейная латунь
ЛС59-1Л со средней жидкотекучестью.
Тип производства. Для заданного серийного производства в условиях
приборостроения необходима механизация и автоматизация процесса литья;
этому требованию удовлетворяют литье под давлением механизированное литью
в кокиль по выплавляемым моделям и жидкая штамповка.
Учитывая заданные требования к качеству детали по наибольшему
числу совпадающих признаков выбираем способ литья - жидкую штамповку из
литейной латуни ЛС59-1Л.
Поверхность разъема должна быть в одной плоскости перпендикулярна
оси наибольшего по диаметру отверстия осям наибольшего числа отверстий
или оси наибольшей внутренней полости обеспечивать выход вытесняемого из
литейной формы воздуха по каналам в плоскости разъема. Плоскость разъема
заданной детали выбираем перпендикулярно оси отверстия-полости детали по
Возможность изготовления литьем заданных элементов. Толщину стенки
при литье жидкой штамповкой - 4мм можно получить она не может быть меньше
толщины стенки при литье под давлением. Плавные переходы: для изготовления
детали с более равномерными кристаллической структурой и свойствами введем
конструктивное изменение по внутренней полости детали - заменим ступенчатый
переход коническим от нижней части поверхности с диаметром 122Н14 к
нижней части поверхности с диаметром 152Н12.
Ребра жесткости; на наружной поверхности отливки для увеличения
ее прочности вводим 6 равномерно расположенных по окружности диаметром
4 ребер жесткости с толщиной стенки у основания равной 10мм. Радиусы
скругления: не назначаем в местах пересечения поверхностей отливки с
плоскостью разъема внутренние радиусы равны для жидкой штамповки (13-
)толщины сопрягаемых стенок принимаем равными 3мм наружные радиусы
устанавливаем из конструктивных соображений - у пересечения диаметра 144Н14
и нижнего торца принимаем равными 2мм с целью уменьшения припуска на
механическую обработку у пересечения диаметра 60 Н14 с наружным уступом
Уклоны; при наличии съемника на пуансоне и высоте стенки 55мм уклон
поверхностях с диаметром 152мм и 110мм равен 15 градуса и так как
отношение высоты к наружному диаметру не более 1 то уклон на наружной
поверхности не назначаем при жидкой штамповке. Расположение уклона: на
необрабатываемых поверхностях - симметрично относительно
поверхности в отверстии 110Н7-внутрь от его поверхности.
Отверстия; отверстие в отливке будет на двойную величину припуска для
механообработки меньше указанного в чертеже детали. Отверстие в нижней
части детали диаметром 110 мм с учетом припуска на механообработку может
быть получено любым способом литья так как его диаметр и длина
удовлетворяют возможностям любого способа. Расположение отверстия
относительно края детали рассматривать нет необходимости так как здесь
это расстояние определяет толщину стенки и не влияет на качество детали;
отверстие в детали только одно поэтому нет необходимости
рассматривать взаимное расположение отверстий.
Резьбы деталь не содержит хотя на внутренних диаметрах 110 мм 152
мм можно было бы получить резьбу с шагом не менее 15 мм литьем под
Приливы: нижняя сопрягаемая поверхность содержит повышенное требование
по точности расположения и поэтому должна быть обработана; верхний
торец у отверстия диаметром 110 мм при использовании его в качестве
опорного нужно обработать и для уменьшения объема обработки а также
предупреждения удаления высококачественного поверхностного слоя здесь
предусматриваем бобышку высотой 2 мм ширина ее принимается равной ширине
опорной поверхности сопрягаемой детали.
Армирование по требованиям конструкции и последующей сборки не
Припуски назначаем в отверстии диаметром 110 мм и у его верхнего и
нижнего торцов (на чертеже выделить другим цветом).
Напуски в данной детали обусловлены введением радиусов закруглений
уклонов изменением внутреннего очертания (на чертеже выделить другим
Чертеж детали после отработки на технологичность
(Rz=40 кроме отверстия d1=110H7 и нижнего торца с Ra=063мкм)
Материал: Латунь Л59-1Л.
Раковины не допускаются
Допустима замена материала на любой немагнитный материал.
Обеспечить перпендикулярность оси отверстия к торцу не более
Толщина ребра жесткости у основания 10 мм.
На верхнем торце отверстия диаметром 110Н7 бобышка высотой 2 мм и
шириной 5 мм. Материал: латунь ЛС59-1Л
Справочник технолога - приборостроителя. В 2-х т.Т.1.-С.125-182.
Справочник технолога - машиностроителя. В. 2-х.т.Т.1.-С.116-134.
Конспекты лекций и семинарских занятий по ТКМ.

Базирование.doc

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ им Н. Э. Баумана
Кафедра «Технологии приборостроения»
Базирование и обеспечение точности
Учебное пособие по курсу «Технологии конструкционных
Базами называют поверхности линии или точки заготовки (детали) и
поверхности линии или точки приспособления (станка) связанные с
заготовкой и используемые для координирования ее в приспособлении.
Базирование (ориентация) - придание заготовке (детали) требуемого
положения относительно выбранной системы координат. Для ориентации предмета
в пространстве необходимо лишить его шести степеней свободы связав его с
системой координат двухсторонними связями. Двухсторонние связи на практике
заменяют шестью опорными точками.
На операционных эскизах а также при выполнении различных расчетов и
решении задач все базы обозначают условными знаками. Каждая опорная точка
обозначается знаком[p если
точка закрыта телом заготовки то[pic] . Не проекциях знаки расставляются в
соответствии с правилами черчения при этом если одна опорная точка
закрывает другие то рядом с ней ставится число указывающее количество
опорных точек например две точки одна за другой[pic]
Определение. Схема базирования – это схема расположения опорных точек
обозначается знаком[p если точка
закрыта телом заготовки то[pic]. Не проекциях знаки расставляются в
Пример. На рис. 1 представлена деталь лишенная 4-х степеней свободы:
степеней свободы лишена деталь с учетом приведенного направления
На поверхностях В и Г базирующие элементы определены двумя точками
то есть линией . При базировании по прямой параллельной оси ОХ (в
плоскости Г) деталь лишена перемещения вдоль оси Z и поворота вокруг оси Y
;при базировании по прямой параллельной оси ОY (в плоскости В) деталь
лишена перемещения вдоль оси X и поворота вокруг оси Z ;следовательно
деталь лишена четырех степеней свободы : перемещения вдоль осей X и Z ; и
поворота вокруг осей Y и Z.
Операционные размеры виды баз по назначению
Принцип базирования. Погрешность базирования.
Размеры заготовки выдерживаемые с заданной точностью в данной
операции называют операционными.
Операционный размер координирующий обрабатываемую поверхность детали
относительно необрабатываемой поверхности линии или точки самой детали
называют исходным размером.
Операционный размер соединяющий обрабатываемые в данной операции
поверхности называют внутрикомплексным.
На рис. 2 размер В - операционный и внутрикомплексный а размеры А1 и
Конструкторская база - это поверхность линия или точка детали
относительно которой координировано положение другой поверхности линии или
Исходная база - это поверхность линия или точка детали относительно
которых на операционном эскизе координировано положение обрабатываемой
На рис.2 показаны исходные базы размера А1-ИБА1 и размера А2- ИБА2.
Технологическая база - это база используемая для ориентации заготовки
или детали в процессе ее изготовления сборки или ремонта. Технологическими
базами при обработке паза размером А2хВ по рис. 2 являются - для получения
размера А1 поверхность А1 для размера А2 - поверхность В . При
базировании необходимо выбирать минимальное число баз чтобы избежать
избыточного базирования и являющейся его причиной - дополнительной
погрешностью обработки. Так в приведенном на рис. 2 примере для получения
размера А1 являющаяся технологической базой плоскость А лишает деталь 3-х
степеней свободы - перемещения вдоль оси Х и поворота вокруг осей Y и Z;
для получения размера А2 - плоскость Б также лишающая деталь3-х степеней
свободы - перемещения вдоль оси Z и поворота вокруг осей X и Y.
Более шести точек при базировании не должно быть.
При базировании предпочтительно (для достижения наибольшей точности)
использовать принцип совмещения баз технологической исходной
конструкторской и измерительной; это требование записывают так ТБ = ИБ = КБ
Кроме того выбранная база должна обеспечивать устойчивое положение
заготовки при обработке или другими словами - должна иметь необходимые
Размер соединяющий исходную и технологическую базы называют
Погрешность исходного размера обусловленную несовпадением исходной и
технологической баз называют погрешностью базирования она равна допуску на
базисный размер ее обозначают так: расчетная погрешность на размер А.
Погрешность Базирования возникает только у базисного размера .
Порядок определения погрешности базирования:
выделение операционных размеров;
определение вида операционного размера(исходный внутрикомплексный);
нахождение для каждого размера исходной (ИБ) и технологической базы
определение погрешности базирование ; погрешность базирования равна: а
- при ТБ=ИБ-Δр=0 б - при ТБ ИБ равна Δр - допуску на базисный размер
Допустимая погрешность базирования. Часто с целью использования более
простой конструкции приспособления осознанно принимают решение о
несовпадении технологической и исходной баз. Однако и при этом все же
необходимо обеспечивать требуемую точность исходного размера. Поэтому
необходимо определить максимальную расчетную величину Δ р для данного
размера при которой с учетом других погрешностей (приспособления метода
обработки и др.) исходный размер был бы выполнен с заданной точностью.
Оптимальным следует считать базирование при котором сумма погрешностей
базирования и других погрешностей не превышает величины поля допуска на
выдерживаемый размер: Δ р =( или Δр= ( - Δ. Если суммировать
погрешности как случайные величины по правилу квадратного корня то [pic]
где [Δ] - допустимая погрешность базирования. Размер будет выдержан если
Если же расчетная погрешность больше допустимой то необходимо решить
каким способом можно достигнуть требуемой точности исходного размера.
В этом случае возможно использовать следующие способы:
изменить схему базирования;
увеличить допуск на исходный размер;
уменьшить допуск на базисный размер;
увеличить точность элементов технологической системы (станка
Изменение схемы базирования выполняется с таким условием чтобы
погрешность базирования была равна нулю или составляла меньшую величину;
при этом учитывают принцип совмещения баз и необходимость обеспечения
устойчивого положения заготовки при обработке. Это наиболее вероятный и
легко осуществимый способ. Увеличение допуска на исходный размер не всегда
возможно из условия надежного функционирования изделия и требует
согласования с разработчиком изделия. Уменьшение допуска на базисный
размер хотя и возможно но потребует дополнительных затрат для получения
повышенной точности соответствующего размера. В четвертом случае необходимо
использовать для обработки более точные оборудование инструменты
приспособления в установившемся производстве не всегда это возможно или из-
за отсутствия или из-за использования этих средств для более ответственных
Задание для самостоятельной работы
Сделать эскиз детали и выделить 3-4 операционных размера.
Указать:- вид каждого операционного размера - исходную и выбрать
технологическую базу главную (три-четыре опорных точки) и
вспомогательные базы (две -одна опорная точка); технологическую базу для
двух вариантов - она должна совпадать и не совпадать с исходной базой;
нанести на эскиз опорные точки.
Определить погрешность базирования для всех избранных случаев
расположения технологических баз.
Установить будет ли выдержан при обработке во всех случаях исходный
размер; при Δ р ≥ [Δ] выбрать способ обеспечения заданного размера.
Погрешности обработки.
В процессе обработки кроме погрешности базирования возникают и другие
погрешности обработки называемые производственными погрешностями.
Ориентировочная классификация производственных погрешностей представлена в
Основные элементарные погрешности обработки на станках.
Погрешности Причины возникновения погрешностей при обработке
Название Обознатокарных фрезерных Сверлильных в
Геометрические Δгнс Биение шпинделяБиение шпинделя Биение
неточности перекос непаралельность шпинделя
станка направляющих направления неперпендикуля
перемещения столарность оси
направлениям вращения
Погрешность Δппс допуск на НепрямолинейностьНеплоскостност
посадочных диаметр и ь стола станка
поверхностей посадочного непараллельность
станка пояска шпинделяТ-образных пазов
допуск на угол стола направлению
конуса Морзе подачи
Погрешность Δппп Допуск Неплоскостность Неплоскостност
посадочных погрешность посадочных ь посадочных
поверхностей формы поверхностей поверхностей
приспособления посадочного приспособления приспособления
отверстия допуск на
планшайбы установочные
установочного шпонки
Погрешность Δуп Допуск на размер связывающий установочную и
установочных посадочную поверхности приспособления допуск на
поверхностей взаимное расположение этих поверхностей
Деформация Δз Смещение исходной базы под действием сил
детали под закрепления в зоне контакта детали с
действием сил установочными элементами приспособления
Погрешность Δк Погрешность формы и взаимного расположения
контактирования технологических баз детали
Погрешность Δнэ Допуск на размерПогрешность Допуск на
расположения направляющих установки копира расположение
направляющих втулок кондукторных
элементов погрешность втулок
приспособления установки копира
Погрешность Δи Допуск на размер инструмента
Погрешность Δиз Величина допустимого износа инструмента
Погрешность Δн Неточность установки инструмента Максимальный
настройки на размер зазор между
Деформация под Δд Деформация системы
действием сил станок-приспособление-инструмент - деталь под
резания действием сил резания и по другим причинам
Перечисленные погрешности не всегда одновременно входят в суммарную
погрешность обработки . Анализируя возможности влияния на получаемый размер
указанных причин и погрешностей обработки выделяют влияющие на размер
причины и суммируют их.
Суммирование погрешностей. Суммирование погрешностей выполняют
алгебраически (с учетом знака и направления) для систематических
погрешностей а для случайных величин - по закону:
[pic] где К = (1-1.2) – коэффициент учитывающий закон распределения
Последовательность расчета. Расчета точности обработки выполняют в
Из размеров выдерживаемых на операции выделяют размеры зависящие от
точности приспособления;
Для расчета точности выбирают размеры с минимальными допусками;
Определяют элементарные погрешности влияющие на точность
выдерживаемых размеров;
Определяют максимальные значения элементарных погрешностей;
Вычисляют суммарную погрешность [p
Сопоставляют погрешность с [pic] с допуском на проверяемый размер:
при [p при [pic] > ( - не
обеспечивается и необходимо выбрать способ уменьшения [pic] (путем
уменьшения одной или нескольких элементарных погрешностей).
Определение максимальных значений элементарных погрешностей.
Эта часть работы ведется на основе анализа конкретных условий
обработки детали (конструкции и точности приспособления применяемого
оборудования режущего инструмента и так далее ).
Погрешность станка определяют на основе ГОСТа по нормам точности
Некоторые характеристики точности металлорежущих станков общего
Тип станка Проверяемый элемент Допуск
токарные Радиальное биение центрирующего пояска шпинделя
для установки приспособления при диаметре 0.010
обрабатываемого изделия (в мм): до 400 0.015
Радиальное биение оси отверстия шпинделя для 0.010
станков с наибольшим диаметром обрабатываемого 0.020
изделия (в мм) 0.015
до 400 у торца шпинделя 0.025
на расстоянии 330мм от него
до 800 у торца шпинделя
на расстоянии 300мм от него
токарно-револьРадиальное биение пояска шпинделя центрирующего
верные патрон и посадочного отверстия в шпинделе под
зажимные цанги для станков с наибольшим 0.007
диаметром заготовки (в мм): 0.010
Фрезерные Параллельность рабочей поверхности стола
консольные направлению его продольного перемещения на всей 0.015
длине хода мм: 0.020
Параллельность боковых сторон среднего паза 0.030
стола направлению его продольного перемещения на0.035
всей длине хода мм 0.040
Радиальное биение оси конического отверстия
у торца шпинделя 0.020
на расстоянии 150 мм от него
Отклонение от перпендикулярности оси вращения
шпинделя к рабочей поверхности для станков с
до160 на диаметре 150 мм
свыше 160 на диаметре 300 мм
Погрешности Δ ппс и Δппп. Приспособление может быть установлено на
шпинделе станка или на другом рабочем органе.
-выделить 3-4 размера у любой детали.
- выбрать схему базирования: главную базу дополнительные базы
- нанести на эскиз опорные точки и силы зажима
- определить погрешность базирования для двух случаев установки
заготовки: 1- ИБ=ТБ(УБ) 2 - ИБТБ(УБ)
– определить для обоих случаев погрешность базирования причём в
одном случае Δф≥ [Δф]
– наметить путь получения годной детали

6ПорМет-07.doc

Глава 6. Порошковая металлургия
Порошковой металлургией называют область техники охватывающую
совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных
соединений полуфабрикатов и изделий из них или их смесей с
неметаллическими порошками без расплавления основного компонента.
Из имеющихся разнообразных способов обработки металлов порошковая
металлургия занимает особое место так как позволяет получать не только
изделия различных форм и назначения но и создавать принципиально новые
материалы которые другим путем получить или очень трудно или невозможно.
У таких материалов уникальные свойства а в ряде случаев существенно
повышаются экономические показатели производства. При этом способе
практически в большинстве случаев коэффициент использования материала
составляет около 100%.
Порошковая металлургия находит широчайшее применение для различных
условий работы деталей изделий. Методами порошковой металлургии
изготовляют изделия имеющие специальные свойства: антифрикционные детали
узлов трения приборов и машин (втулки вкладыши опорные шайбы и т.д.)
конструкционные детали (шестерни кулачки и др.) фрикционные детали
(диски колодки и др.) инструментальные материалы (резцы пластины
резцов сверла и др.) электротехнические детали (контакты магниты
ферриты электрощётки и др.) для электронной и радиотехнической
промышленности композиционные (жаропрочные и др)материалы.
Порошки металлов применяли и в древнейшие времена. Порошки меди
серебра и золота применяли в красках для декоративных целей в керамике
живописи во все известные времена. При раскопках найдены орудия из железа
древних египтян (за 3000 лет до нашей эры) знаменитый памятник из
железа в Дели относится и 300 году нашей эры. До 19 века не было известно
способов получения высоких температур (около 1600 1800ºС). Указанные
предметы из железа были изготовлены кричным методом: сначала в горнах при
температуре 1000ºС восстановлением железной руды углем получали крицу
(губку) которую затем многократно проковывали в нагретом состоянии а
завершали процесс нагревом в горне для уменьшения пористости. На Киевской
Руси железо получали за 1400 лет до новой эры.
С появлением доменного производства от крицы отказались и о порошковой
Заслуга возрождения порошковой металлургии и превращения её в особый
технологический метод обработки принадлежит русским ученым П.Г.
Соболевскому и В.В. Любарскому которые в 1826 г. за три года до работ
англичанина Волластана разработали технологию прессования и спекания
платинового порошка.
Типовая технология производства заготовки изделий методом порошковой
металлургии включает четыре основные операции: 1) получение порошка
исходного материала; 2)формование заготовок; 3) спекание и 4) окончательную
обработку. Каждая из указанных операций оказывает значительное влияние
на формирование свойств готового изделия.
2.Производство металлических порошков и их свойства.
В настоящее время используют большое количество методов производства
металлических порошков что позволяет варьировать их свойства определяет
качество и экономические показатели.
Условно различают два способа изготовления металлических порошков:
) физико-механический; 2) химико-металлургический. При физико-механическом
способе изготовления порошков превращение исходного материала в порошок
происходит путём механического измельчения в твердом или жидком состоянии
без изменения химического состава исходного материала. К физико-
механическим способам относят дробление и размол
распыление грануляцию и обработку резанием измельчаемого материала. При
химико-металлургическом способе изменяется химический составили и
агрегатное состояние исходного материала. Основными методами при
химико-металлургическом производстве порошков являются: восстановление
окислов электролиз металлов термическая диссоциация карбонильных
2.1. Механические методы получения порошков.
Измельчение твердых материалов - уменьшение начальных размеров частиц
путем разрушения их под действием внешних усилий. Различают измельчение
дроблением размолом или истиранием. Наиболее целесообразно применять
механическое измельчение хрупких металлов и их сплавов таких как кремний
сурьма хром марганец ферросплавы сплавы алюминия с магнием. Размол
вязких и пластичных металлов (медь алюминий и др.) затруднен. В случае
таких металлов наиболее целесообразно использование в качестве сырья
отходов образующиеся при обработке металлов (стружки обрезки и др.).
При измельчении комбинируются различные виды воздействия на
материал: статическое - сжатие и динамическое - удар срез - истирание
первые два вида имеют место при получении крупных частиц второй и третий
- при тонком измельчении. При дроблении твердых тел затрачиваемая энергия
выполняет работу упругого и пластического деформирования и разрушения
нагрева материалов участвующих в процессе размельчения.
Для грубого размельчения используют щековые валковые и конусные
дробилки и бегуны; при этом получают частицы размером 1 10 мм которые
являются исходным материалом для тонкого измельчения обеспечивающего
производство требуемых металлических порошков. Исходным материалом для
тонкого измельчения может быть и стружка получаемая при точении
сверлении фрезеровании и других операциях обработки резанием; при
резании получают кусочки стружки размером 3 5 мм почти для любых металлов
путем изменения режимов резания углов резания и введения колебательных
Окончательный размол полученного материала проводится в шаровых
вращающихся вибрационных или планетарных центробежных вихревых и
молотковых мельницах. Шаровая мельница (рис. 6.1) - простейший аппарат
используется для получения относительно мелких порошков с размером
частиц от нескольких единиц до десятков микрометров.
Рис.6.1. Схемы движения шаров в мельнице: а - режим скольжения б -
режим перекатывания в - режим свободного скольжения г - режим критической
Рис. 6.2. Схема вибрационной мельницы:1-корпус-барабан2-вибратор
вращения3-спиральные пружины 4-электродвигатель 5-упругая соединительная
В мельницу загружают размольные тела (стальные или твердосплавные
шары) и измельчаемый материал. При вращении барабана шары поднимаются
вследствие трения на некоторую высоту и поэтому возможно несколько режимов
измельчения: 1) скольжения 2) перекатывания 3) свободного падения 4)
движения шаров при критической скорости вращения барабана.
В случае скольжения шаров по внутренней поверхности вращающегося
барабана материал истирается между стенкой барабана и внешней
поверхностью массы шаров ведущей себя как единое целое. При увеличении
частоты вращения шары поднимаются и скатываются по наклонной поверхности и
измельчение происходит между поверхностями трущихся шаров. Рабочая
поверхность истирания в этом случае во много раз больше и поэтому
происходит более интенсивное истирание материала чем а первом случае. При
большей частоте вращения шары поднимаются до наибольшей высоты и падая
вниз (рис. 6.1а) производят дробящее действие дополняемое истиранием
материала между перекатывающимися шарами. Это наиболее интенсивный размол.
При дальнейшем увеличении частоты вращения шары вращаются вместе с
барабаном мельницы а измельчение при этом практически прекращается.
Интенсивность измельчения определяется свойствами материала
соотношением рабочих размеров - диаметра и длины барабана соотношением
между массой и размерами размольных тел и измельчаемого материала. При
D:L=3 5 ( D - диаметр L- длина барабана) преобладает дробящее действие
при D:L3 - истирающее действие; для измельчения пластичных металлов это
соотношение должно быть меньше трех.размольных тел считается
оптимальной при 17 2 кг размольных тел на 1 л объема барабана.
Соотношение между массой размольных тел и измельчаемого материала
составляет 25 3. Для интенсивного измельчения это соотношение
увеличивают. Диаметр размольных шаров не должен превышать 120 диаметра
мельницы. Для увеличения интенсивности измельчения процесс проводят в
жидкой среде препятствующей распылению материала и слипанию частичек.
Количество жидкости составляет 04 л на 1кг размалываемого материала.
Длительность измельчения: от нескольких часов до нескольких суток. В
производстве используют несколько типов шаровых мельниц. В различных типах
шаровых мельниц соотношение средних размеров частиц порошка до и после
измельчения называемое степенью измельчения составляет 50 100.
При более высокой частоте воздействия внешних сил на частицы материала
применяют вибрационные мельницы (рис. 6.2). В таких мельницах воздействие
на материал заключается в создании сжимающих и срезывающих усилий
переменной величины что создает усталостное разрушение порошковых частиц.
В показанной на рис.6.2 мельнице дисбалансный вал - вибратор 2
вращающийся с частотой 1000 3000обмин при амплитуде 2 4 мм вызывает
круговые движения корпуса 1 мельницы с размольными телами и измельчаемым
материалом. В этом случае измельчение протекает интенсивнее чем в шаровых
Тонкое измельчение трудноразмалываемых материалов часто выполняют
на планетарных центробежных мельницах с шарами используемыми для размола.
По сравнению с шаровыми мельницами в планетарных центробежных мельницах
размол в сотни раз интенсивнее и одновременно в несколько раз менее
производителен так эта мельница периодического но не непрерывного (как
шаровая) действия с ограниченной загрузкой измельчаемого материала.
Для размола пластичных материалов используют процесс измельчения в
котором разрушающие удары наносят сами частицы измельчаемого материала.
Для этого используют вихревые мельницы.
Распыление и грануляция жидких металлов является наиболее простым и
дешевым способом изготовления порошков металлов с температурой плавления
до 1600°С: алюминия железа сталей меди цинка свинца никеля и других
Сущность измельчения расплава состоит в дроблении струи расплава
либо высокоэнергонасыщенным газом или жидкостью либо механическим
распылением либо сливанием струи расплава в жидкую среду (например воду).
Из многих вариантов наиболее широко применяется схема распыления
металлов представленная на рис. 6.3. Основной частью технологического
узла является форсунка.
Рис. 6.3. Схема распыления жидких металлов: 1- поток жидкого металла 2-
поток распыляющего газа 3- зона разрежения 4- зона эжектирующего газа
Для распыления металл плавят в электропечах. В зависимости от
свойств расплава и требований к качеству порошка распыление осуществляют
воздухом азотом аргоном гелием а для защиты от окисления - инертным
газом. Распыление воздухом - самый экономичный способ изготовления
порошков. Основные параметры процесса распыления: давление и температура
газового потока температура расплава. Охлаждающей средой для распыленной
струи может быть вода газ органическая жидкость.
При различных условиях распыления получают частички порошка
каплеобразной шарообразной и других форм. Размеры частиц получают от 1 мм
до сотых долей миллиметра.
2.2.Химико-металлургический метод
Восстановление металлов из окислов и солей. Простейшая реакция
восстановления может быть представлена так:
где Ме - любой металл А - неметаллическая составляющая (кислород хлор
фтор солевой остаток и др.) восстанавливаемого химического соединения
металла Х - восстановитель Q - тепловой эффект реакции.
Стрелки показывают возможное одновременное существование соединений
восстанавливаемого металла в восстановителе и возможное повторное
образование исходного соединения МеА. Восстановителем может быть то
вещество которое при выбранной температуре процесса имеет большее
химическое сродство к неметаллической составляющей восстанавливаемого
соединения чем получаемый металл. В качестве восстановителей используют -
водород окись углерода диссоциированный аммиак конвертированный
природный газ эндотермический и природные газы кокс термоштыб и
древесный уголь металлы (кальций магний алюминий натрий кадмий и
др.). Прочность химической связи соединения МеА и образующегося
соединения восстановителя ХА позволяет оценить возможность протекания
реакции восстановления. Количественной мерой (“мерой химического
сродства”) является величина свободной энергии высвобождающейся при
образовании соответствующего химического соединения. Чем больше
выделяется энергии тем прочнее химическое соединение. Иными словами
реакция восстановления возможна в том случае когда при соединении
восстановителя ХА выделяется энергии больше чем при образовании
соединения металла МеА по реакции Ме + А = МеА. В реакции
восстановления всегда должна выделяться тепловая энергия.
Технологическая практика производства порошков восстановлением.
Железные порошки получают восстановлением окисленной руды или прокатной
окалины. Железо в указанных материалах находится а виде окислов: Fe2 O3
Fe3O4 FeO - окиси закись - окиси и закиси железа. Существующие методы
восстановления окислов железа разнообразны.
Классификационная схема методов восстановления железа
представлена на рис.6.4.
Рис. 6.4. Классификация методов восстановления окислов железа
Медные никелевые и кобальтовые порошки легко получают
восстановлением окислов этих металлов так как они обладают низким
сродством к кислороду. Сырьем для производства порошков этих металлов
служат либо окись меди Cu2O CuO закись никеля NiO окись - закись
кобальта Co2O3 Co3O4 либо окалина от прокaта проволоки листов и т.д.
Восстановление проводят в муфельных или в трубчатых печах водородом
диссоциированным аммиаком или конвертированным природным газом. Температура
восстановления сравнительно низка: меди - 400 500°С никеля -
0 750°С кобальта - 520 570°С. Длительность процесса восстановления
3 ч при толщине слоя окисла 20 25 мм. После восстановления получают
губку которая легко растирается в порошок
Порошок вольфрама получают из вольфрамового ангидрида являющегося
продуктом разложения вольфрамовой кислоты Н2WO4 (прокаливание при
0 800С) или паравольфрамата аммония 5(Na4)2O(12WO4(11H2O(разложение
при 300С и более). Восстановление проводят либо водородом при
температуре 850 900С либо углеродом при температуре 1350 1550°С в
Этим методом (восстановления) получают порошки молибдена титана
циркония тантала ниобия легированных сталей и сплавов.
Электролиз. Этот способ наиболее экономичен при производстве
химически чистых порошков меди. Физическая сущность электролиза (рис.6.5)
состоит в том что при прохождении электрического тока водный раствор или
расплав соли металла выполняя роль
Рис. 6.5. Схема процесса электролиза
электролита разлагается металл осаждается на катоде где его ионы
разряжаются Ме + ne = Me. Сам процесс электрохимического превращения
происходит на границе электрод (анод или катод) - раствор. Источником
ионов выделяемого металла служат как правило анод состоящий из этого
металла и электролит содержащий его растворимое соединение. Такие
металлы как никель кобальт цинк выделяются из любых растворов в виде
однородных плотных зернистых осадков. Серебро и кадмий осаждаются из
простых растворов в форме разветвленных кристаллитов а из растворов
цианистых солей - в виде плотных осадков. Размеры частиц осаждаемого
порошка зависят от плотности тока наличия коллоидов и поверхностно
активных веществ. Очень большое влияние на характер осадков оказывает
чистота электролита материал электрода и характер его обработки.
Производительность злектролиза оценивается на основании закона
Фарадея по электрохимическому эквиваленту
где q - количество выделившегося на электроде порошка г J - сила
тока А. Т - время ч. с - электрохимический эквивалент. Количество
выделившегося на электроде порошка всегда меньше теоретического из-за
протекания вторичных процессов.
Карбонильный процесс. Карбонилы - это соединения металлов с окисью
углерода Me(CO)C обладающие невысокой температурой образования и
разложения. Процесс получения порошков по этому методу состоит из двух
получение карбонила из исходного соединения
MeаXb + cCO = bX + Mea(CO)c
образование металлического порошка
Меа(СО)с = аМе + сСО
Основным требованием к таким соединениям является их легколетучесть и
небольшие температуры образования и термического разложения (кипения или
возгонки). На первой операции - синтеза карбонила - отделение карбонила от
ненужного вещества Х достигается благодаря летучести карбонила. На втором
этапе происходит диссоциация (разложение) карбонила путём его нагрева.
При этом возникающий газ СО может быть использован для образования новых
порций карбонилов. Для синтеза карбонилов используют металлсодержащее
сырье: стружку обрезки металлическую губку и т.п. Карбонильные порошки
содержат примеси углерода азота кислорода (1 3%). Очистку порошка
производят путем нагрева в сухом водороде или в вакууме до температуры
0 600С Этим методом получают порошки железа никеля кобальта
хрома молибдена вольфрама.
2.3. Свойства порошков
Свойства металлических порошков характеризуют химические
физические и технологические свойства. Химические свойства металлического
порошка зависят от химического состава который зависит от метода получения
порошка и химического состава исходных материалов. Содержание основного
металла в порошках составляет 98 99%. При изготовлении изделий с особыми
свойствами например магнитными применяют более чистые порошки.
Допустимое количестве примесей в порошке определяется допустимым их
количеством в готовой продукции. Исключение сделано для окислов железа
меди никеля вольфрама и некоторых других которые при нагреве в
присутствии восстановителя легко образуют активные атомы металла
улучшающие спекаемость порошков. Содержание таких окислов в порошке
может составлять 1 10%. В металлических порошках содержится значительное
количество газов (кислород водород азот и др.) как адсорбированных на
поверхности так и попавших внутрь частиц в процессе изготовления или при
последующей обработке. Газовые пленки на поверхности частиц порошка
образуются самопроизвольно из-за ненасыщенности силовых полей в
поверхностных слоях. С уменьшением частиц порошка увеличивается адсорбция
газов этими частицами.
При восстановлении химических соединений часть газов -
восстановителей и газообразных продуктов реакции не успевает выйти
наружу и находится либо в растворенном состоянии либо в виде пузырей.
Электролитические порошки содержат водород выделяющийся на катоде
одновременно с осаждением на нем металла. В карбонильных порошках
присутствуют растворенные кислород окись и двуокись углерода а в
распыленных порошках - газы механически захваченные внутрь частиц.
Большое количество газов увеличивает хрупкость порошков и затрудняет
их прессование. Интенсивное выделение газов из спрессованной заготовки
при спекании может привести к трещинам в изделиях. Поэтому перед
прессованием или в его процессе применяют вакуумирование порошка
обеспечивающее удаление значительного количества газов.
При работе с порошками учитывают их токсичность и пирофорность.
Практически все порошки оказывают вредное воздействие на организм
человека однако и компактном виде (в виде мелких частичек порошка)
большинство металлов безвредно. Пирофорность т.е. способность к
самовозгоранию при соприкосновении с воздухом может привести к
воспламенению порошка и даже взрыву. Поэтому при работе с порошками строго
соблюдают специальные меры безопасности. Физические свойства частиц
характеризуют: форма размеры и гранулометрический состав удельная
поверхность плотность и микротвёрдость.
Форма частиц. В зависимости от метода изготовления порошка получают
соответствующую форму частиц: сферическую - при карбонильном способе в
распылении губчатую - при восстановлении осколочную - при измельчении в
шаровых мельницах тарельчатую - при вихревом измельчении дендритную -
при электролизе каплевидную - при распылении. Эта форма частиц может
несколько изменяться при последующей обработке порошка (размол отжиг
грануляция). Контроль формы частиц выполняют на микроскопе. Форма
частиц значительно влияет на плотность прочность и однородность свойств
прессованного изделия. Размер частиц и гранулометрический состав.
Значительная часть порошков представляет собой смесь частиц порошка
размером от долей микрометра до десятых долей миллиметра. Самый широкий
диапазон размеров частиц у порошков полученных восстановлением и
электролизом. Количественное соотношение объемов частиц различных размеров
к общему объему порошка называют гранулометрическим составом.
Удельная поверхность - это сумма наружных поверхностей всех
частиц имеющихся в единице объема или массы порошка. Для металлических
порошков характерна величина удельной поверхности от 0.01 до 1 м2г (у
отдельных порошков - 4 м2г у вольфрама 20 м2г у карбонильного никеля).
Удельная поверхность порошка зависит от метода получения его и значительно
влияет не прессование и спекание.
Плотность. Действительная плотность порошковой частицы носящая
название пикнометрической в значительной мере зависит от наличия примесей
закрытых пор дефектов кристаллической решетки и других причин и
отличается от теоретической. Плотность определяют в приборе - пикнометре
представляющем собой колбочку определенного объема и заполняемую сначала
на 23 объема порошком и после взвешивания дозаполняют жидкостью
смачивающей порошок и химически инертной к нему. Затем снова взвешивают
порошок с жидкостью. По результатам взвешиваний находят массу порошка в
жидкости и занимаемый им объем. Деление массы на объем позволяет вычислить
пикнометрическую плотность порошка. Наибольшее отклонение плотности
порошковых частиц от теоретической плотности наблюдают у восстановленных
порошков из-за наличия остаточных окислов микропор полостей.
Микротвердость порошковой частицы характеризует возможность её
деформирования. Способность к деформированию в значительной степени зависит
от содержания примесей в порошковой частице и дефектов кристаллической
решетки. Для измерения микротвердости в шлифованную поверхность частицы
вдавливают алмазную пирамиду с углом при вершине 136 под действием
нагрузки порядка 05 200г. Измерение выполняют на приборах для измерения
микротвердости ПМТ-2 и ПМТ-З.
Технологические свойства порошка определяют: насыпная плотность
текучесть прессуемость и формуемость.
Насыпная плотность - это масса единицы объема порошка при свободном
Текучесть порошка характеризует скорость заполнения единицы объема и
определяется массой порошка высыпавшегося через отверстие заданного
диаметра в единицу времени. От текучести порошка зависит скорость
заполнения инструмента и производительность при прессовании. Текучесть
порошка обычно уменьшается с увеличением удельной поверхности и
шероховатости частичек порошка и усложнением их формы. Последнее
обстоятельство затрудняет относительное перемещение частиц.
Влажность также значительно уменьшает текучесть порошка.
Прессуемость и формуемость. Под прессуемостью порошка понимают
свойство порошка приобретать при прессовании определенную плотность
в зависимости от давления а под формуемостью - свойство порошка
сохранять заданную форму полученную после уплотнения при минимальном
давлении. Прессуемость в основном зависит от пластичности частиц порошка
а формуемость - от формы и состояния поверхности частиц. Чем больше
насыпная массе порошка тем хуже в большинстве случаев формуемость и
лучше прессуемость. Количественно прессуемость определяется плотностью
спрессованного брикета формуемость оценивают качественно по внешнему
виду спрессованного брикета или количественно - величиной давления при
котором получают неосыпающийся прочный брикет.
3. Формование металлических порошков
Целью формования порошка является придание заготовкам из порошка
формы размеров плотности и механической прочности необходимых для
последующего изготовления изделий. Формование включает следующие операции:
отжиг классификацию приготовление смеси дозирование и формование.
Отжиг порошков применяют с целью повышения их пластичности и
прессуемости за счет восстановления остаточных окислов и снятия
наклепа. Нагрев осуществляют в защитной среде (восстановительной
инертной или вакууме) при температуре 04 06 абсолютной температуры
плавления металла порошка. Наиболее часто отжигают порошки полученные
механическим измельчением электролизом и разложением карбонилов.
Классификация порошков - это процесс разделения порошков по величине
частиц. Порошки с различной величиной частиц используют для составления
смеси содержащей требуемый процент каждого размера. Классификацию частиц
размером более 40 мкм производят в проволочных ситах. Если свободный
просев затруднен то применяют протирочные сита. Более мелкие порошки
классифицируют на воздушных сепараторах.
Приготовление смесей. В производстве для изготовления изделий
используют смеси порошков разных металлов. Смешивание порошков есть одна из
важных операций и задачей ее является обеспечение однородности смеси
так как от этого зависят конечные свойства изделий. Наиболее часто
применяют механическое смешивание компонентов в шаровых мельницах и
смесителях. Соотношение шихты и шаров по массе 1:1. Смешивание
сопровождается измельчением компонентов. Смешивание без измельчения
проводят в барабанных шнековых лопастных центробежных планетарных
конусных смесителях и установках непрерывного действия.
Равномерное и быстрое распределение частиц порошков в объеме смеси
достигается при близкой по абсолютной величине плотности смешиваемых
компонентов. При большой разнице абсолютной величины плотностей
наступает расслоение компонентов. В этом случае полезно применять
раздельную загрузку компонентов по частям: сначала более легкие с каким-
либо более тяжелым затем остальные компоненты. Смешивание всегда лучше
происходит в жидкой среде что не всегда экономически целесообразно из-
за усложнения технологического процесса.
При приготовлении шихты некоторых металлических порошков высокой
прочности (вольфрама карбидов металлов) для повышения формуемости в
смесь добавляют пластификаторы - вещества смачивающие поверхность частиц.
Пластификаторы должны удовлетворять требованиям: обладать высокой
смачивающей возможностью выгорать при нагреве без остатка легко
растворяться в органических растворителях. Раствор пластификатора обычно
заливают в перемешиваемый порошок затем смесь сушат для удаления
растворителя. Высушенную смесь просеивают через сито.
Дозирование - это процесс отделения определенных объемов смеси
порошка. Различают объемное дозирование и дозирование по массе. Объемное
дозирование используют при автоматизированном формовании изделий.
Дозирование по массе наиболее точный способ этот способ обеспечивает
одинаковую плотность формования заготовок.
Для формования изделий из порошков применяют следующие способы:
прессование в стальной пресс-форме изостатическое прессование
прокатку порошков мундштучное прессование шликерное формование
динамическое прессование.
3.2. Прессование в стальной пресс-форме
При прессовании происходящем в закрытом объеме (рис.6.6) возникает в
основном механическое сцепление частиц и получают заготовку требуемых
формы и размеров. Изменение объема происходит в результате смещения и
деформации отдельных частиц и связано с заполнением пустот между частицами
порошка и заклинивания - механического сцепления частиц. У пластичных
материалов деформация возникает вначале у приграничных контактных участков
малой площади под действием огромных напряжений а затем
распространяется вглубь частиц.
Рис.6.6. Схема прессования в пресс-форме (1-матрица 2-пуансон 3- нижний
Рис. 6.7. Кривая идеального процесса уплотнения.
и схема распределения давления по высоте.
У хрупких материалов деформация проявляется в разрушении выступов
частиц. Кривая процесса уплотнения частиц порошка (рис.6.7) имеет три
характерных участка. Наиболее интенсивно плотность нарастает на участке
а при относительно свободном перемещении частиц занимающих пустоты.
После заполнения пустот возникает горизонтальный участок в кривой
связанный с возрастанием давления и практически неизменяющейся
плотностью т.е. неизменным объемом порошка. При достижении предела
текучести при сжатии порошкового тела начинается деформация частиц и
третья стадия процесса уплотнения (участок б). При перемещении частиц
порошка в пресс-форме возникает давление порошка на стенки. Это давление
меньше давления со стороны сжимающего порошок пуансона (рис.6.6) из-за
трения между частицами и боковой стенкой пресс-формы и между отдельными
частицами. Величина давления на боковые стенки зависит от трения между
частицами частицами и стенкой пресс-формы и равна 25 40%
вертикального давления пуансона. Из-за трения на боковых стенках по высоте
изделия вертикальная величина давления получается неодинаковой: у пуансона
наибольшей а у нижней части - наименьшей (рис.6.6). По этой причине
невозможно получить по высоте отпрессованной заготовки равномерную
плотность. Неравномерность плотности по высоте заметна в тех случаях
когда высота больше минимального поперечного сечения. При прессовании
засыпанных в цилиндрическую пресс-форму одинаковых доз порошка
разделенных прокладками из тонкой фольги получают отдельные слои различной
формы и размера (рис.6.8) по сечению спрессованного порошка
Рис. 6.8 Схема распределения плотности по длине при одностороннем
приложении давления (сверху).
В вертикальном направлении каждый верхний слой оказывается- тоньше
нижележащего. Изгиб слоев объясняется меньшей скоростью перемещения
порошка у стенки из-за трения чем в центре. Наибольшая плотность
получается у пуансона на расстоянии около 0.2 0.3 наименьшего поперечного
размера прессуемого изделия что связано с действием сил трения между
торцом пуансона и порошком.
Для получения более качественных изделий после прессования более
равномерной плотности по различным сечениям применяют смазки (стеариновую
кислоту и ее соли олеиновую кислоту поливиниловый спирт парафин
глицерин и др.) уменьшающие внутреннее трение и трение на стенках
инструмента. Смазку обычно вводят в порошок что обеспечивает наилучшие
производственные показатели.
При выталкивании изделия из пресс-формы из-за упругого увеличения
его поперечных размеров размеры изделия несколько превышают размеры
поперечного сечения матрицы. Величина изменения размеров зависит от
величины зерен и материала порошка формы и состояния поверхности
частиц содержания окислов механических свойств материала давления
прессования смазки материала матрицы и пуансона и других параметров.
В направлении действия прессующего усилия изменения размеров больше чем
в поперечном направлении.
Представленная схема (рис.6.6) показывает одностороннее
прессование которое применяют для прессуемых изделий с соотношением высоты
Н к наименьшему размеру поперечного сечения d: Hd = 2 3. Если это
соотношение больше 3 но меньше 5 то применяют схему двухстороннего
прессования; при большем соотношении размеров применяют другой метод.
3.3. Прессование сложных изделий
Прессование сложных изделий т.е. изделий с неодинаковыми размерами в
направлении прессования связано с трудностями обеспечения равномерной
плотности спрессованного изделия в различных сечениях. Эту задачу решают
путем применения нескольких пуансонов через которые прикладывают к
порошку различные усилия (рис.6.9). Иногда при изготовлении изделий
сложной формы предварительно прессуют заготовку а затем придают ей
окончательную форму при повторном обжатии - прессовании и спекании.
Рис. 6.9. Схема прессования в пресс-форме сложного изделия: 1- пуансон2-
пуансон 3-матрица 4- нижний пуансон
При прессовании кроме стальных пресс-форм - основного инструмента
производства используют гидравлические универсальные или механические
прессы. Для прессования сложных изделий используют специальные
многоплунжерные прессовые установки.
Давление прессования зависит в основном от требуемой плотности
изделий вида порошка и метода его производства. Давление прессования
зависит в основном от требуемой плотности изделий виде порошка и метода
его производства. Давление прессования в этом случае может составлять
(3 5)Т пределов текучести материала порошка.
3.4. Изостатическое прессование
Изостатическое прессование - это прессование в эластичной оболочке
под действием всестороннего сжатия (рис. ). Если сжимающее усилие
создается жидкостью то прессование называют гидростатическим. При гид
Рис.6.9-1. Гидростатическое прессование: а-схема прцесса б-график
изменения температуры и давления
ростатическом прессовании порошок засыпают в резиновую оболочку и затем
помещают ее после вакуумирования и герметизации в сосуд в кото-
ром поднимают давление до требуемой величины. Из-за практического
отсутствия трения между оболочкой и порошком спрессованное изделие
получают с равномерной плотностью по всем сечениям а давление прессования
в этом случае меньше чем при прессовании в стальных пресс-формах. Перед
прессованием порошок подвергают виброуплотнению. Гидростатическим
прессованием получают удлиненные цилиндры трубы шары тигли и другие
изделия сложной формы. Этот способ выполняют в специальных установках для
гидростатического прессования.
Недостатком гидростатического прессования является невозможность
получения прессованных деталей с заданными размерами и необходимость
механической обработки при изготовлении изделий точной формы и размеров
а также малая производительность процесса.
3.5. Прокатка порошков
Прокатка порошков заключается в захвате и подаче в зазор под
Рис. 6.10. Схема прокатки: а- компактного металла б-д - порошка в-
вертикальная г- горизонтальная с гравитационной подачей порошка д-
горизонтальная с принудительной подачей порошка; 1-валки 2-бункер 3-
порошок H- ширина захвата h- толщина ленты.
сил трения вращающихся валков порошка и сжатии порошка (рис.6.10). При
этом получают равномерно спрессованное изделие большой длины с
большой длины с прочностью достаточной для транспортировки на следующую
прочностью достаточной для транспортировки на следующую операцию -
спекание. Прокатку проводят в вертикальной и горизонтальной плоскостях
периодически и непрерывно.
Толщина и плотность заготовки зависят от химического и
гранулометрического состава порошка формы частиц конструкции бункера
давления порошка на валки состояния поверхности валков и скорости их
вращения и других факторов.
3.6.Мундштучное прессование
Мундштучное прессование - это формование заготовок из смеси порошка с
пластификатором путем продавливания ее через отверстие в матрице. В
качестве пластификатора применяют парафин крахмал поливиниловый
спирт бакелит. Этим методом получают трубы прутки уголки и другие
изделия большой длины. Схема процесс представлена на рис. 6.11.
Рис. 6.11. Схема мундштучного прессования
При прессовании труб в обойме 1 с мундштуком 2 переменного сечения
устанавливают иглу-стержень 3 закрепляемую в звездочке 4. Над обоймой
находится матрица и соединенная с обоймой гайкой 5. Из матрицы
выдавливание пластифицированной смеси производится пуансоном 7.
должно быть более 90%; здесь F и f - площади поперечного сечения матрицы и
Обычно мундштучное прессование выполняют при подогреве материала
изделия и в этом случае обычно не используют пластификатор; порошки
алюминия и его сплавов прессуют при 400 600°C меди - 800 900°С никеля
- 1000 1200 °С стали - 1050 1250 °С. Для предупреждения окисления при
горячей обработке применяют защитные среды (инертные газы вакуум) или
прессование в защитных оболочках (стеклянных графитовых металлических -
медных латунных медно-железной фольге). После прессования
оболочки удаляют механическим путем или травлением в растворах инертных
спрессованному металлу.
3.7. Шликерное формование
Шликерное формование - представляет собой процесс заливки шликера в
пористую форму с последующей сушкой. Шликер в этом случае - это однородная
концентрированная взвесь порошка металла в жидкости. Шликер приготовляют
из порошков с размером частиц I 2 мкм (реже до 5 10 мкм) и жидкости -
воды спирта четыреххлористого водорода. Взвесь порошка однородна и
устойчива в течение длительного времени. Форму для шликерного литья
изготовляют из гипса нержавеющей стали спеченного стеклянного порошка.
Формирование изделия после заливки формы взвесью порошка заключается в
направленном осаждении твердых частиц на стенках формы под действием
направленных к ним потоков взвеси (порошка в жидкости). Эти потоки
возникают в результате впитывая жидкости в поры гипсовой формы под
действием вакуума или центробежных сил создающих давление в несколько
мегапаскалей. Время наращивания оболочки определяется ее толщиной и
составляет 1 60 мин. После удаления изделия из формы его сушат при
0 150°С на воздухе в сушильных шкафах.
Плотность изделия достигает 60% связь частиц обусловлена
механическим зацеплением.
Этим способом изготовляют трубы сосуды и изделия сложной формы.
3.8. Динамическое прессование
Динамическое прессование - это процесс прессования с использованием
импульсных нагрузок. Процесс имеет ряд преимуществ: уменьшаются расходы
на инструмент уменьшается упругая деформация увеличивается плотность
изделий. Отличительной чертой процесса является скорость приложения
нагрузки. Источником энергии являются: взрыв заряда взрывчатого вещества
энергия электрического разряда в жидкости импульсное магнитное поле
сжатый газ вибрация. В зависимости от источника энергии прессование
называют взрывным электрогидравлическим электромагнитным
пневмомеханическим и вибрационным. Установлено значительное выделение тепла
в контактных участках частичек облегчающее процесс их деформирования и
обеспечивающее большее уплотнение чем при статическом (обычном)
прессовании. Уплотнение порошка под воздействием вибрации происходит в
первые 3 30 с. Наиболее эффективно использование вибрации при
прессовании порошков непластичных и хрупких материалов. С применением
виброуплотнения удается получить равноплотные изделия с отношением высоты к
диаметру 4 5:1 и более.
Спеканием называют процесс развития межчастичного сцепления и
формирования свойств изделия полученных при нагреве сформованного
порошка. Плотность прочность и другие физико-механические свойства
спеченных изделий зависят от условий изготовления: давления прессования
температуры времени и атмосферы спекания н других факторов.
В зависимости от состава шихты различают твердофазное спекание (т.е.
спекание без образования жидкой фазы) и жидкофазное при котором
легкоплавкие компоненты смеси порошков расплавляются.
Твердофазное спекание. При твердофазном спекании протекают следующие
основные процессы: поверхностная и объемная диффузия атомов усадка
рекристаллизация перенос атомов через газовую среду.
Все металлы имеют кристаллическое строение и уже при комнатной
температуре совершают значительные колебательные движения относительно
положения равновесия. С повышением температуры энергия и амплитуда
атомов увеличивается и при некотором их значение возможен переход атома в
новое положение где его энергия и амплитуда снова увеличиваются и
возможен новый переход в другое положение. Такое перемещение атомов носит
название диффузии и может совершаться как по поверхности (поверхностная
диффузия) так и в объеме тела (объемная диффузия). Движение атомов
определяется занимаемым ими местом. Наименее подвижны атомы расположенные
внутри контактных участков частичек порошка наиболее подвижны атомы
расположенные свободно - на выступах и вершинах частиц. Вследствие этого
т.е. большей подвижности атомов свободных участков и меньшей подвижности
атомов контактных участков обусловлен переход значительного количества
атомов к контактным участкам. Поэтому происходит расширение контактных
участков и округление пустот между частицами без изменения объема при
поверхностной диффузии. Сокращение суммарного объема пор возможно только
при объемной диффузии. При этом происходит изменение геометрических
размеров изделия - усадка.
Усадка при спекании может проявляться в изменении размеров и объема и
поэтому различают линейную и объемную усадку. Обычно усадка в направлении
прессования больше чем в поперечном направлении. Движущей силой процессе
усадки при спекании является стремление системы и уменьшению запаса
поверхностной энергии что возможно только при сокращении суммарной
поверхности частицы порошка. По этой причине порошки с развитий
поверхностью уплотняются при спекании с наибольшей скоростью как
обладающие большие запасом поверхностной энергии.
При спекании иногда наблюдается нарушение процесса усадки.
Это нарушение выражается в недостаточной степени усадки или в
увеличении объема. Причинами этого является: снятие упругих остаточных
напряжений после прессования наличие невосстанавливающихся окислов
фазовые превращения и выделение адсорбированных и образующихся при
химических реакциях восстановления окислов газов. Рост объема
спекаемых тел наблюдается при образовании закрытой пористости и объеме пор
более 7% (когда расширение газов в закрытых порах вызывает увеличение
объема). Пленки невосстанавливающихся окислов тормозят процессы
диффузии препятствуя усадке. На рис.6.12 приведена кривая изменения
усадки во времени при заданной температуре.
Рис. 6.12. Усадка спрессованного порошка железа при 890 °С при различном
давлении: 1-400 МНм2 2-600 МНм23-800 МНм2 4000 МНм2.
Рекристаллизация при спекании приводит к росту зерен и уменьшению
суммарной поверхности частиц что энергетически выгодно. Однако рост
зерен ограничен тормозящим влиянием посторонних включении на поверхностях
зерен: порами пленками примесями. Различают рекристаллизацию
внутризеренную и межчастичную.
Перенос атомов через газовую среду. Это явление наблюдают при
испарении вещества и конденсации его на поверхности других частиц что
происходит при определенной температуре. Такой перенос возникает из-за
различной упругости паров вещества над этими поверхностями
обусловленный их различной кривизной у нескольких соприкасающихся частиц.
Перенос вещества увеличивает межчастичные связи и прочность сцепления
частиц способствует изменению формы пор но не изменяет плотности при
Влияние некоторых технологических параметров на свойства спеченных
поверхности тип окислов и степень совершенства кристаллического строения -
определяют скорость изменения плотности и свойства спрессованных
изделий. При одинаковой плотности спеченных изделий механические и
электрические свойства тем выше чем меньше были частицы порошка
шероховатость поверхности частиц и дефекты кристаллического строения
способствуют усилению диффузии увеличению плотности и прочности изделия.
Структура изделии спеченных из токоизмельченных порошков отличается
наличием большого числа крупных зерен образовавшихся в результате
рекристаллизации при спекании. Увеличение давления прессования приводит к
уменьшению усадки (объемной и линейной) повышению всех показателей
прочности - сопротивлению разрыву и сжатию твердости. С повышением
температуры плотность и прочность спеченных изделий в общем возрастает тем
быстрее чем ниже было давление прессования. Обычно температура спекания
составляет 07 09 температуры плавления наиболее легкоплавкого
материала входящего в состав шихты (смеси порошков). Выдержка при
постоянной температуре вызывает сначала резкий а затем более
медленный рост плотности прочности и других свойств спеченного
изделия. Наибольшая прочность достигается за сравнительно короткое время
и затем почти не увеличивается. Время выдержки для различных материалов
длится от 30 45 минут до 2 3 часов. Атмосфера спекания влияет на
показатели качества. Плотность изделий выше при спекании в
восстановительной чем при спекании в нейтральной среде. Очень полно и
быстро проходит спекание в вакууме которое по сравнения со спеканием в
нейтральной среде обычно начинается при более низких температурах и дает
повышенную плотность изделия.
Температурный интервал спекания разделяют на три этапа. На первом
этапе (температура до 0.2 0.3 Тпл) плотность почти не изменяется здесь
удаляются пластифицирующие присадки и адсорбированные поверхностью частички
газа частично снимаются остаточные напряжения (1-го и частично 2-го рода)
ослабляется физическое взаимодействие между частицами порошка. На
втором этапе (температура около 05 Тпл) развиваются процессы
восстановления окислов и удаления газообразных продуктов. Плотность может
несколько снижаться. Третий - высокотемпературный этап (температура
около 09 Тпл)- этап интенсивного спекания характеризуется значительным
увеличением скоростей диффузионных процессов рекристаллизации развитием
полностью металлических контактов существенным увеличением плотности
Горячее прессование это процесс одновременно прессования и спекания
порошков при температуре 0.5 0.8 температуры плавления (Тпл) основного
компонента шихты. Это позволяет использовать увеличение текучести шихты при
повышенных температурах с целью получения малопористых изделий. В этом
случае силы давления формования суммируются с внутренними физическими
силами приводящими к уплотнению. Наиболее существенными результатами
горячего прессования являются максимально быстрое уплотнение и получение
изделия с минимальной пористостью при сравнительно малых давлениях.
Механизм уплотнения идентичен наблюдаемому при обычном спекании:
образование межчастичного контакта рост плотности с одновременным
увеличением размеров частиц и дальнейший рост частиц при незначительном
дополнительном уплотнении. Изделия после горячего прессования обладают
более высоким пределом текучести большим удлинением повышенной
твердостью лучшей электропроводностью и более точными размерами чем
изделия полученные путем последовательного прессования порошка и
спекания. Указанные свойства тем выше чем больше давление
прессования. Горячепрессованные изделия имеют мелкозернистую структуру.
Горячее прессование нагретого порошка или заготовки выполняют в пресс-
форме. Нагрев осуществляют обычно электрическим током (рис.6.13).
Рис. 6.13. Схема двухстороннего горячего прессования в пресс-формах : а-
косвенный нагрев б- прямой нагрев при подводе тока к пуансону в- прямой
нагрев при подводе тока к матрице г- индукционный нагрев ТВЧ графитовой
пресс-формы д –индукционный нагрев керамической прессформы; 1-
нагреватель 2- порошек3- изделие 4- матрица 5 и 6 - пуансоны7-
изоляция 8- графитовый контакт 9- графитовый пуансон 10- графитовая
матрица 11- керамическая прокладка 12- индуктор 13- керамическая матрица
До приложения давления к порошку пресс-форма с порошком или порошок
могут быть нагреты и другим способом материалом для изготовления пресс-
форм служат жаропрочные стали (при температурах до 1000°C) графит
силицированный графит имеющий повышенную механическую прочность. В
настоящее время расширяется применение пресс-форм из тугоплавких окислов
силикатов и других химических соединений. Для предупреждения
взаимодействия прессуемого материала с материалом пресс-формы внутреннюю
поверхность ее покрывают каким-либо инертным составом (жидкое стекло
эмаль нитрид бора и др.) или металлической фольгой. Кроме того для
предупреждения окисления прессуемого изделия применяют защитные среды
(восстановительные или инертные) или вакуумирование. Горячее прессование
выполняют на специальных гидравлических прессах имеющих устройства для
регулирования температуры при прессовании.
Интенсификация процесса спекания достигается специальными приемами.
Для этого используют химические и физические способы активирования
спекания. Химическое активирование заключается в изменении состава
атмосферы спекания. Так например добавка в атмосферу спекания хлористых
или фтористых соединений способствует активному соединению с ними выступов
частичек а образующиеся соединения снова восстанавливаются до
металла атомы которого конденсируются в местах с минимальным запасом
свободной энергии. Оптимальной является 5 10% концентрация хлористого
водорода в водородной восстановительной среде интенсивное уплотнение
спекаемой заготовки наблюдается при добавке в порошок изделия малого
количества металла с меньшей температурой плавления. Например к
вольфраму добавляют никель к железу - золото и т.п. В настоящее время
широко применяют физические способы активирования спекания: циклическое
изменение температуры воздействие вибраций или ультразвука облучение
прессовок наложение сильного магнитного поля.
Жидкофазное спекание. При жидкофазном спекании в случае смачивания
жидкой фазой твердой фазы увеличивается сцепление твердых частичек а
при плохой смачиваемости жидкая фаза тормозит процесс спекания
препятствуя уплотнению. Смачивающая жидкая фаза приводит к увеличению
скорости диффузии компонентов и облегчает перемещение частиц твердой фазы.
При жидкофазном спекании можно получить практически беспористые изделия.
Различают спекание с жидкой фазой присутствующей до конца процесса
спекания и спекание с жидкой фазой исчезающей вскоре после ее
появления когда конечный период спекания происходит в твердой фазе.
5. Дополнительные операции
Пропитка жидкими металлами. При изготовлении электроконтактных и
некоторых конструкционных материалов широко применяют пропитку
спрессованного и затем спеченного пористого каркаса из более тугоплавкого
материала жидкой металлической составляющей композиции. При этом жидкий
металл или сплав заполняет сообщающиеся поры заготовки из тугоплавкого
компонента. Существует два варианта пропитки. По первому варианту на
пористый каркас помещают пропитывающий металл в виде кусочка с объемом
равным объему пор каркаса и нагревают в печи до температуры плавления
пропитывающего материала. При этом расплав впитывается порами тугоплавкого
каркаса. По второму способу пористый каркас помещают в расплав
пропитывающего металла или в засыпку из порошка пропитывающего металла.
Впитывание протекает под действием капиллярных сил. Скорость пропитки
составляет десятые доли миллиметра в секунду и увеличивается с повышением
температуры. Температура пропитки обычно на 100 150°C превышает
температуру плавления пропитывающего металла. Однако эта температура не
должна превышать температуру плавления металла каркаса. Для улучшения
смачиваемости к пропитывающему металлу добавляют различные присадки.
Дополнительные технологические операции используют и для достижения
чистоты поверхности и точности (механическая обработка калибровка)
для получения физических и механических свойств - химико-термическая
обработка и различные пропитки.
Механическая обработка имеет особенности вызванные пористостью
материала. Режущий инструмент испытывает микроудары приводящие его к
быстрому затуплению. Для обработки применяют твердые сплавы; для
получения высокой чистоты поверхности применяют алмазный инструмент.
Пропитка изделий маслом (машинным или веретенным) при температуре
0 120°С происходит в течение 1 часа Масло заполняет поры изделий и в
процессе работы поступает по капиллярам к поверхности трения. Это в ряде
случаев позволяет избавиться от смазки изделий в процессе работы и
улучшает условия трущейся пары.
Химико-термическая обработка позволяет улучшить механические свойства
изделий расширить область применения.
Н и т р о ц е м е н т а ц и я - увеличивает износостойкость
деталей: корозионная стойкость увеличивается по сравнению со спеченными в
8 раз: износостойкость в 30 раз при содержании азота до 1%
Д иф ф у з и о н н о е х р о м и р о в а н и е - увеличивает износо-
и коррозионную стойкость в несколько раз.
Г а л ь в а н и ч е с к и е п о к р ы т и я имеют особенность
вызванную наличием пор. Для предотвращения проникновения электролита в поры
необходимо их закрытие их выводов на поверхность детали. Этого достигают за
счет тщательной шлифовки и полировки - образуется уплотненный наружный
слой с малой пористостью.
К а л и б р о в а н и е применяют для получения размеров 6 11
квалитета точности и Ra=1.25 0.32 мкм. Калибруют как по одному
(наружному или внутреннему диаметру) тек и по нескольким параметрам.
Нужно иметь ввиду что минимальный припуск необходимо брать в пределах
5 007 мм. Детали имеющие в структуре цементит необходимо перед
калибровкой отжигать.
Вопросы для самоконтроля
Технологические требования к конструкции деталей в порошковой
Виды и назначение дополнительных операций в порошковой металлургии
Спекание: механизмы спекания особенности влияние на показатели качества
деталей в порошковой металлургии.
Особенности горячего прессования порошков металлов преимущества и
Порошковая металлургия: способы формирования особенности соединения
частиц различной формы форма деталей.
Порошковая металлургия: показатели качества изделий пути улучшения
Порошковая металлургия: свойства порошков металлов и их влияние на
показатели качества изделий.
Порошковая металлургия: исходные материалы способы получения порошков;
влияют ли эти данные на качество деталей?
Порошковая металлургия: основные операции и применяемые технологические
средства производства.
Порошковая металлургия: особенности способа преимущества и
отличительные особенности отдельных типов деталей по физическим и другим
Порошковая металлургия: содержание и этапы подготовки порошков к
Влияние параметров технологического процесса в отдельных операциях на
показатели качества деталей из порошков металлов.
Виды и назначение дополнительных операций в порошковой металлургии.
Спекание: механизмы спекания особенности влияние на показатели
качества деталей в порошковой металлургии.
Особенности горячего прессования преимущества и недостатки (порошковая
Порошковая металлургия: способы формования особенности соединения
Порошковая металлургия: показатели качества изделия пути улучшения
влияют ли эти данные на качество изделия?
Порошковая металлургия; свойства порошков металлов и их влияние на
Особенности горячего прессования; преимущества и недостатки.
I.Бальшин М.Ю. Кипарисов С.С. Порошковая металлургия.-М.: Металлургия
Раковский B.C. Саклинский В.В. Порошковая металлургия в
машиностроении Справочное пособие. -М.:Машиностроение 1973.-126с.
Либенсон Г.А. Основы порошковой металлургии.- М.: Металлургия 1975.
Подписи к рисункам Главы 6
Рис.6.1. Схемы движения шаров в мельнице: а - режим скольжения б - режим
перекатывания в - режим свободного скольжения г - режим критической
вращения3-спиральные пружины 4-электродвигатель 5-упругая
соединительная муфта.
Рис. 6.3. Схема распыления жидких металлов: 1- поток жидкого
металла 2- поток распыляющего газа 3- зона разрежения 4- зона
Рис.6.1 6.3. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.6.4 6.5. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.6.6 6.7. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
приложении давления (сверху)
Рис.6.8 6.9. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
сон 3 - матрица 4 - нижний пуансон*
рина захвата h- толщина ленты
Рис.6.10 6.11. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
давлении: 1-400 МНм2 2-600 МНм2 3-800 МНм2 4 - 1000 МНм2
Рис.6.12. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
пресс-формы д –индукционный нагрев керамической пресс-формы; 1-
матрица 11- керамическая прокладка 12- индуктор 13-
керамическая матрица
Рис.6.13. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис. I. Схемы движения шаров в мельнице: а - режим скольжения в
- режим перекатывания в - режим свободного падения г - режим
критической скорости.
Рис 2. Схема вибрационной мельницы: «I - корпус-барабан 2 - вибратор
вращения 3 - спиральные пружины 4 - электродвигатель 5 - упругая
вращения 3 - спиральные пружины 4 - электродвигатель о - упругая
Рис. 7. Кривая идеального процессе уплотнения.
Рис.. 6. Схема прессования в прессформе (1~матрица 2-пуансон 3 - нижний
пуансон4 - порошок) и схема
распределения давления по высоте
Рис.* 8. Схема распределения плотности по вертикальному
сечению спрессованного порошка при одностороннем
Рис 3. Схема распыления жидких металлов: I - поток жидкого
металла г - поток распыляющего газа 3 - зона разрежения
- зона эжектирующего газа.
Рис. 5. Схема процесса электролиза.
Рис. 9. Схема прессования в прессформе сложного изделия: I
- пуансон 2 - пуансон 3 - матрица 4 - нижний пуансон.
Рис.ЛО. Схемы прокатки: а - компактного металла б-д - порошка в -
вертикальная г - горизонтальная с гравитационной подачей порошка д -
горизонтальная с принудительной подачей порошка; I - валки 2- бункер 3
- порошок; Н ЕЦ - ширина захвата о( - угол захвата о(и - угол подачи
порошка (ъ - толщина ленты.
Рис. П. Схема мундштучного прессован!
Рис. 12. Усадка спрессованного порошка железа при 890°С при различном
давлении: I - 400 мнм^ 2 - 600 мнм^
- 800 мнм^ 4 - 1000 мнм2.
Глава 6 Порошковая металлургия
2 Производство металлических порошков и их свойства
2.1 Механические методы полученя порошков
2.2 Химико-металлургический метод
2.3 Свойства порошков
3 Формование металлических порошков
2 Прессование в стальной пресс-форме
3.3 Прессование сложных изделий
3.4 Изостатическое прессование
3.5 Прокатка порошков
3.6 Мундштучное прессование
3.7 Шликерное формование
3.8 Динамическое прессование
5 Дополнительные операции
Вопросы для самоконтроля
Рис I. Схемы движения шаров в мельнице: а - режим скольжения в - режим
перекатывания в - режим свободного падения г - режим критической
Рис 2. Схема вибрационной мельницы: I - корпус-барабан 2 - вибратор
- зона зжектирующего газа. ув^члешдл
Давление прессования
Рис.7. Кривая идеального процесса уплотнения.
Рис. 6. Схема прессования в преесформе (I-матрица 2-пуансон 3 - нижний
Piiq*8. Схема распределения плотности по вертикальному
- пуансон 2 ~~ пуансон 3 - матрица 4 - нижний пуансон*
Рис.Л0. Схемы прокатки: а - компактного металла б-д - порошка в -
вертикальная г - горизонтальная с гравитационной подачей порошка д ~
горизонтальная с принудительной подачей порошка; I - валки 2~ бункер 3
- порошок; Н Нд - ширина захвата о( - угол захвата он ~~ угол подачи
порошка (г - толщина ленты.
Рис. 13. Схемы двухстороннего горячего прессования в пресс-формах: а -■
косвенный нагрев б - прямой нагрев при подводе тока к пуансонам в -
прямой нагрев при подводе тока к матриг г - индукционный нагрев ТВЧ
графитовой прессформы д - индукционный нагрев керамической прессформы; I
- нагреватель 2 - порошок 3. - изделие 4 - матрица 5 и 6 - пуансоны
- изоляция 8 —графитовый контакт 0 - графитовый пуансон
- графитовая матрица II - керамическая прокладка 12 - индуктор 13
- керамическая матрица.
Рис. II. Схема мундштучного прессован]
Рис. II. Схема мундштучного прессован!
давлении: I - 400 мнм*% 2 - 600 мнм^
- 800 мнм2 4 - 1000 мнм2.
Рис 9. Схема прессования в прессформе сложного изделия: I
- пуансон 2 - пуансон 3 - матрица 4 - нижний пуансон*
Рис%Л0. Схемы прокатки: а - компактного металла б-д - порошка в -
- порошок; Н Н - ширина захвата с* - угол захвата он — угол подачи
порошка L - толщина ленты
Рис. 70. Схемы двустороннего горячего прессования в пресс-формах:
а — косвенный нагрев; б — прямой нагрев при подводе тока к пуансонам; в —
прямой нагрев при подводе тока к матрице; г — индукционный нагрев током
высокой частоты графитовой матрицы; д — индукционный нагрев порошка в
непроводящей (керамической) прессформе; — нагреватель; 2 — порошок; 3 —
брикет; 4 — матрица; 5 6 — пуансоны; 7 — изоляция; 8 — графитовый контакт;
— графитовый пуансон; 10 — графитовая матрица; —керамическая
прокладка; 12 — индуктор; 3 —керамическая матрица
Рис. 63. Прессформа для мундштучного прессования труб .
Рис. 62. Схемы прокатки:
а — компактного металла; б — порошкообразного металла; в — вертикальная; г
— горизонтальная с гравитационной подачей порошка; д — горизонтальная с
принудительной подачей порошка; — валки; 2 — бункер; 3 — порошок; R —
радиус валков; Я и Я — ширинв захвата; а —угол захвата; а
подачи порошка; h — толщина ленты
Рис. 51. Схема простейшей прессформы:
—■ матрица; 2—верхний пуансон; 3 — нижний пуансон (подставка) ; 4 —
Рис. 52. Кривая характеризующая идеализированный процесс уплотнения
Cущнocть пpeимущecтвa и ocoбeнocти изгoтoвлeния дeтaлeй из
Cпocoбы пoлучeния пopoшкoв мeтaллoв и иx cвoйcтвa.
Cпocoбы фopмoвaния в пopoшкoвoй мeтaллуpгии : тexнoлoгичec-
киe тpeбoвaния к кoнcтpукции дeтaли пoкaзaтeли кaчecтвa пocлe
Mexaнизмы ocoбeннocти пpoцecca cпeкaния в пopoшкoвoй мe-
Bиды и нaзнaчeниe дoпoлнитeльнчx oпepaций в пopoшкoвoй мe-
тaллуpгии пoкaзaтeли кaчecтвa.

УП-Пластм08.DOC

Московский государственный технический университет
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
КАЧЕСТВА ДЕТАЛИ ИЗ ПЛАСТМАССЫ
Рекомендовано редсоветом МГТУ в качестве
учебного пособия для самостоятельной работы
по курсу "Технология приборостроения
Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана
© МГТУ им. Н.Э. Баумана 1997
Рецензенты: К..И. Билибин М.А. Крючков
Ковалев В.Г. Технологическое обеспечение качества детали из пласт-
массы: Учеб. пособие. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана
В учебном пособии содержатся данные необходимые для конструиро-
вания качественных технологичных деталей из пластмасс в частности о
выборе материала способе изготовления детали технологических
к конструкции основных элементов детали.
Для студентов 2-го курса обучающихся по специальностям "Радио-
электроника" "Оптико- электронные приборы".
Качество пластмассовой детали в значительной степени зависит от
технологии ее изготовления которая в свою очередь определяется
технологическими и физико-механическими свойствами материала. Основным
требованием к конструкции детали при этом остается ее технологичность т.е.
минимальная себестоимость изготовления при заданных эксплуатационных
требованиях. Данные требования реализуются при правильном выборе
конфигурации детали материала способа формования и кoнструкции пресс-
Выбор оптимальной конфигурации заключается в проектировании детали такой
формы которая могла бы быть получена формованием пластмассы в вязкотекучем
состоянии при минимальной последующей механической обработке и обеспечении
равномерности всех свойств при удовлетворении эксплуатационных требований.
Эксплуатационные показатели всегда формируются с учетом условий работы
устройства. Результатом является поисковый образ пластмассы по которому и
выбирают необходимый материал детали. Чтобы ускорить выбор материала
разработаны таблицы в которых марки пластмассы расположены в порядке
ухудшения определенного свойства: прочности электросопротивления
диэлектрической прочности тангенса угла диэлектрических потерь
коэффициента светопропускания возможности использования в медицине и др.
При выборе способа формования детали исходными данными являются материал
и конфигурация детали. Наиболее распространенными способами формования
пластмассовой детали в вязкотекучем состоянии являются: прямое прессование;
литьевое прессование; литье под давлением.
Разработка и определение направления течения пластмассы в прессформе
является одной из наиболее сложных задач проектирования пластмассовой
детали так как от этого зависят степень ориентации макромолекул и
кристаллизации материала слоевая структура датали и равномерность его
свойств. От конструкции пресс-формы зависит качество и себестоимость
получаемых деталей. Правильно сконструированная пресс-форма должна
обеспечивать простую и наиболее дешевую технологию изготовление быть
износоустойчивой и удобной в эксплуатации.
ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ПЛАСТМАССОВОЙ ДЕТАЛИ ОБУСЛОВЛЕННЫЕ
Выбор материала. Основными параметрами для выбора пла-
стмассы являются эксплуатационные и технологические свойства
а также геометрические параметры детали. При выборе используют
) метод аналогий (качественный) применяют если невозможно
точно задать параметры эксплуатационных свойств;
) количественный метод заключается в выявлении условий
эксплуатации и соответствующих им значений параметров экс-
плуатационных свойств подборе пластмассы с требуемыми пара-
метрами эксплуатационных свойств проверке выбранной пласт-
массы по другим параметрам не вошедшим в число основных. В
этом случае решают задачу по составлению поискового образа ма-
териала в соответствии с рис. 1.
) выбор материала по поисковым параметрам начиная с на-
иболее ценного методом последовательного приближения;
) при наличии нескольких равноценных марок сопоставление
Базовую марку выбирают на основе требований эксплуатаци-
онных свойств по текучести (вязкости) материала в зависимости
от обьема материала и предполагаемого способа переработки а
при литье под давлением - в соответствии с рис. 2.
Выбор способа изготовления зависит от обьема выпуска тре-
бований к качеству изделия текучести материала. На рис. 3 пред-
ставлен алгоритм выбора способа изготовления детали из пластмасс где
приняты следующие обозначения:
требуемые параметры эксплуатационных свойств; 1 - общее число
марок в массиве; N - номера марок удовлетворяющих требованиям; МnПэсn -
марка и ее номер с соответствующими эксплуатаци-
онными свойствами; Кз - коэффициент закрепления операций на
станке; К К1 - число марок материала соответственно для ме-
Рис. 3. Выбор способа изготовления
ханической обработки и горячего формования; М М1 – марки материалов и их
эксплуатационные свойства соответственно для механической обработки и
горячего форгования; Пэс mах С min - максимальные показатели
эксплуатационных свойств и минимальная стоимость соответственно; М - марка
пластмассы для горячего формования с лучшими эксплуатационными свойствами и
минимальной стоимостью; ПТР - показатель текучести расплава; МО -
механическая обработка; ППр - прямое прессование; ЛПр -
Толщину стенок выбирают из условий механической прочности
детали экономии материала и наилучшего заполнения им
Рекомендуемую толщину (в миллиметрах) стенки детали из
реактопласта определяют по формуле
где h - высота (длина) стенки детали; L - текучесть по Рашигу;
а — ударная вязкость.
Минимальная толщина стенки детали определяется габаритны-
ми размерами и конфигурацией детали текучестью и механиче-
ской прочностью пластмассы.
Оптимальную толщину стенки детали средних размеров из
термопластов выбирают в интервале от 08 до 4 мм а для
малогабаритной детали - 04 мм. Допустимые значения толщины
стенок в зависимости от высоты деталей из термопластов
приведены в табл. 1.
Допустимые значения толщины стенок деталей из термопластов
Высота Толщина Высота Толщина .
детали мм стенки мм детали мм стенки мм
До 10 вкл. 05 80 - 100 18 - 20
Св. 10 до Св.05 до 100 - 120 20 - 23
" 30 " 07 " 08120 - 160 23 - 27
" 40 " 08 " 10160 - 200 27- 30
" 50 " 1.0 " 13200 - 250 30 - 33
" 60 " 13 " 1.4250 - 320 33 - 38
" 80 " 14 " 18320 - 400 38 - 40
Допустимые значения толщины стенок в зависимости от высоты
деталей для реактопластов приведены в табл. 2.
у детали из термопласта -
литьевое прессование; ЛПД - литье под давлением; ФВМ - фор-
Усадка пластмасс при охлаждении после формования (см. при-
ложение) приводит к напряжениям соизмеримым с пределом проч-
ности материала. Это свойство требует технологических ограни-
чений на определенные геометрические элементы и соотношения
конструкции пластмассовой детали для исключения коробления
растрескивания и разрушения после охлаждения или в процессе
Можно выделить шесть таких технологических ограничений.
Стенки детали должны быть по возможности равной толщины
а при различной допустимой толщине необходимы плавные пере-
В конструкции детали должны быть предусмотрены техно-
логические уклоны и радиусы округления.
В конструкции детали должны быть предусмотрены ребра
жесткости чтобы повысить ее прочность при тонких стенках.
В конструкции детали поднутрения и выступающие части
должны быть исключены или же они должны применяться в крайних случаях
поскольку вызывают усложнение конструкции пресс-формы.
Отверстия следует когда это возможно получать в процессе
формования пластмассовой детали.
Опорные поверхности - торцы деталей.
Рассмотрим обоснование выбора численных значений каждого
из этих ограничений и выбираемых параметров.
Общие требования к детали. По форме деталь должна быть
простой: чем проще деталь тем дешевле технологическая оснастка
выше точность изготовления производительность труда ниже се-
бестоимость. Габаритные размеры деталей определяются способом
изготовления мощностью оборудования материалом детали типом пресс-формы.
Форма детали должна обеспечивать возможность применения
неразьемных матриц и пуансонов свободое течение материала.
Ответственные размеры не должны попадать в плоскость разъема
в этом случае точность размера снижается на величину соответ-
ствующую толщине облоя. Для легкого удаления облоя линия разьема должна
быть простой конфигурации.
Плоскость разъема должна располагаться перпендикулярно оси полости детали
или осям отверстий имеющих наибольшую поверхность.
Значения технологических уклонов в зависимости от высоты
детали и выбранного угла наклона приведены в табл. 4.
Уклоны не назначают:
на плоских монолитных деталях толщиной до 6 мм;
на тонкостенных деталях высотой до 15 мм;
на наружных поверхностях полых деталей высотой до 30 мм;
на деталях конической и сферической форм.
Технологические уклоны для деталей из различных пластмасс
Высота Значение уклона мм для выбранного
' 30' 45' 1° 1°30' 2°
Допустимые значения толщины стенок деталей из реактопластов
Высота Толщина Высота Толщина
До 10 вкл. От 08 до 60 - 100 30 - 40
Св. 10 до 10 100 - 150 40 - 5.5
Св. 10 до Св. 150 55 - 80
У малогабаритных деталей из стеклопластов можно получить
толщину стенки 02 мм.
НаименованЗначение технологического уклона для
толстостенной тонкостенной
для видов поверхности
ВнутреннНаружнаяВнутреннНаружная
иалы 1 : 300 1 : 400 1 : 100 1 : 200
АГ-4 ДСВ 1 : 400 1 : 500 1 : 200 1 : 300
ы 1 : 100 1 : 300 1 : 100 1 : 200
Местные утолщения стенок пластмассовой детали допускаются в следующих
случаях: при наличии отверстий; при конструировании деталей с резьбой; для
увеличения прочности элементов конструкции детали (например для создания
стенок необходимой толщины вокруг арматуры при конструировании армированных
Выбор толщины стенок является одной из ответственных
процедур проектирования детали так как при этом формируются
ее габариты и форма а следовательно и технологичность
Технологические уклоны для разных углов наклона
Наибольшая возможная толщина стенки пластмассовой детали с учетом условия
обеспечения удовлетворительного ее качества не должна превышать 12 мм.
Плавные переходы. При проектировании пластмассовой детали необходимо по
возможности выдерживать одинаковую толщину стенок поскольку
разнотолщинность стенок вызывает неравномерную усадку материала являющуюся
причиной образования
вздутий трещин и утяжин. Разнотолщинность стенок детали не
должна превышать для термопластов 1:25 для реактопластов -
:2. Длина переходной поверхности ориентировочно равна четырем разностям
толщин сопрягаемых стенок.
Технологические уклоны в конструкции пластмассовой дета-
ли как и при литье металлов необходимы для обеспечения
беспрепятственного извлечения ее из пресс-формы. Их необходимо
предусматривать на внутренних (() и внешних ((1) поверхностях детали
перпендикулярных плоскости разъема 0-0 пресс-формы. Величина
технологического уклона зависит от усадки материала высоты детали
толщины стенок требуемой точкести изготовления и шероховатости
поверхностей оформляющей полости прессформы.
Рис.4 Расположение технологи-
Усадка материала всегда имеет направление к центру детали поэтому
технологические уклоны внутренних поверхностей должны превышать
технологические уклоны наружных поверхностей.
Значения технологических уклонов для деталей
из различных пластмасс приведены в табл. 3.
Рис. 7. Размеры взаимного рас-
Радиусы скруглений в деталях из пластмасс имеют следующее
на. начсние: увеличить механическую прочность детали; уменьшить напряжения;
повысить текучесть пластмассы в пресс-форме; упростить изготовление пресс-
формы и снизить ее износ; улучшить внешний вид детали.
Радиус скругления R в местах пересечения всех поверхностей
одной детали и по всей дуге скругления следует назначать оди-
наковым. Необходимо предусматривать по возможности одина-
ковые радиусы для одной детали с учетом применения стандартных фрез одного
диаметра Dфр при изготовлении пресс-формы (рис. 5).
Оптимальное значение внутреннего радиуса скругления деталей из
реактопластов составляет 10 мм из термопластов - 06 мм.
Оптимальное значение наружного радиуса скругления деталей из
реактопластов составляет 10 мм из термопластов - 10 16 мм.
На рис. 5 представлены два варианта соотношения между внутренним радиусом r
или наружным радиусом R скругления и толщиной стенки S [3].
Рис. 5. Расположение радиусов
Радиусы скругления не следует назначать на поверхностях находящихся в
плоскости разъема пресс-формы и на наружных кромках детали или отверстий
образующихся в местах соединении оформляющих элементов пресс-формы.
Ребра жесткости позволяют снизить напряжения в местах со-
членения стенок различной толщины и тем самым предотвратить
коробление и трещины а также уменьшить площадь поперечного
сечения отдельных элементов конструкции детали. Они должны
находиться на расстоянии 05 10 мм от опорной поверхности или
края детали а их соединение с деталью должно быть плавным.
Ребро жесткости должно иметь конусность в направлении при-
ложения нагрузки при прессовании а также скругленную или пло-
На pис.6 приведены рекомендуемые размеры и конструкция ребра жесткости
при следующих соотношениях по сравнению с толщиной стенки S: высота ребра
= (18 24)5; радиус скругления ребра жесткости со стенкой детали
R=(18 24)S; радиус скругления стенок ребра жесткости r=018S;
оптимальная толщина ребра жесткости S1 = (06 08)S.
Отверстия в пластмассовой детали оформляют с помощью по-
движного или неподвижного знака что значительно усложняет
пресс-форму. Неподвижный знак может быть применен только в
плоскости перпендикулярной плоскости разъема пресс-формы.
Отверстия в пласмассовой детали должны иметь простую форму поскольку
усложнение конфигурации отверстия ведет к удорожанию пресс-формы.
Предпочтительным является гладкое цилиндрическое отверстие но могут
применяться и ступенчатые отверстия состоящие из отверстий разных
диаметров и конфигураций.
Рис. 7. Параметры взаимного расположения отверстий
Глубина h глухого отверстия или Н сквозного отвепстия зависит от его
диаметра d и способа крепления оформляющего знака (рис. 7a). Минимальная
величина перемычки b между отверстиями расстояние b1 от края детали (рис.
б) отношение максимально допустимой глубины h или Н отверстия к его
диаметру и минимально допустимая толщина S1 дна глухого отверстия приведены
Размеры отьерстий в пластмассовых деталях
ПеремыРасстоДиаметОтношение Минима
чка яние р глубины к ль-
между отверсотверсдиаметру d ная
отверстия тия d отверстия толщин
- 100 До 2.520 30 100
- 125 Св. 3 23 35 100
- 150 " 4 " 25 38 125
- 175 " 5 " 2.8 42 150
- 200 " 6 " 30 47 150
- 225 " 8 " 34 51 200
- 275 " 10 "38 55 250
- 3.25 " 12 "42 60 250
- 375 " 14 "4.6 65 300
Примечание. При расположении отверстия от края детали на расстоянии b1
меньшем чем указано в табл 5 следует его заменять пазом (рис. 8).
Оптимальная глубина отверстия в зависимости от способа изготовления
детали и характера крепления оформляющих знаков в пресс-форме приведены в
Отношение глубины h или Н отверстия к диаметру d
ДиаметрКомпрессионное Литьевое
прессование прессование
отверст под давлением
глухое Сквозноглухое сквозно
На рис. 7a приведено глухое отверстие диаметром d и глубиной
h и сквозное отверстие диаметром d в детали толщиной H.
Допускается частичное формование отвер стий в детали с последующим
досверливанием в следующих случаях:
если отношение глубины отверстия к его ди-
аметру превышает допустимое значение а сту-
пенчатое отверстие невозможно по конструктивным соображениям;
если конструкция детали затрудняет или делает невозможным разъем пресс-
формы (в этом случае в детали оформляют глухие отверстия для последующего
Резьбы Резьбовая поверхность может быть получена следующими способами:
непосредственно в пластмассе при формовании детали;
торца резьбы гайки и
Запрессовыванием металлической арматуры с резьбой;
последующей механической обработкой.
Для пластмассовых деталей предпочти-
тельной является метрическая резьба при этом шаг резьбы следует выбирать
по ГОСТ 11709-81. Для термореактивных пластмасс не следует использовать шаг
Минимальный диаметр резьбы на деталях из термопластов
составляет 25 мм на деталях из реактопластов - 3 мм.
Если диаметры резьбы у детали различные следует назначать
одинаковый шаг у всех резьб чтобы одновременно удалить резьбовые знаки.
Особенностью конструкции резьбы в пластмассовых деталях из-за меньшей чем
у металлов прочности является наличие у тор-
цевого сбега резьбы у канавки или фаски длиной около одного
Наружную резьбу следует оформлять резьбовыми кольцами а
внутреннюю - резьбовыми знаками (рис. 9).
Отношение высоты к диаметру резьбы величина перемычки
между резьбовыми отверстиями и расстояние от резьбового отвер-
стия до края детали должны соответствовать значениям представ-
ленным в табл. 5 взятым с коэффициентом 125.
Армирование. При необходимости придания детали свойства
которыми не обладает пластмасса в конструкцию детали вводят
вставку из другого материала (арматуру): металлов керамики и
Армирование целесообразно использовать если пластмассовая
деталь характеризуется следующими свойствами: низкой контактной прочностью;
низкой теплопроводностью; малым сопротивлением сдвигу (срезу); низкой
электропроводностью; низкой прочностью при повышенных температурах.
Арматура в процессе эксплуатации изделия не должна сдвигаться вдоль оси и
вращаться вокруг нее. Для обеспечения надежного соединения с пластмассой в
конструкции арматуры должны быть предусмотрены:
для цилиндрической арматуры - кольцевме канавки буртики
продольные пазы прямая или зубчатая накатка лыски граненая
поверхность запрессовываемой части (квадрат шестигранник);
для проволочной арматуры - расплющивание середины или концов изгиб
для плоской арматуры - отверстия различной формы боковые
вырезы с отгибкой разворот пуклевка.
Неразъемное соединение детали с арматурой может быть осу-
ществлено следующими способами:
запрессовкой арматуры непосредственно в период формования пластмассовой
запрессовкой арматуры в предусмотренные для этой цели от-
верстия после извлечения детали из пресс-формы;
закреплением арматуры развальцовкой расклепкой или при-
клеиванием после охлаждения детали.
Вследствие разности значений коэффициентов линейного рас-
ширения пластмассы и материала арматуры при недостаточной
толщине слоя пластмассы вокруг арматуры могут возникнуть на-
пряжения превышающие предел прочности пластмассы или ко-
робление (вспучивание) материала при усад-
ке. Это влечет за собой растрескивание детали
(рис. 10) или. нерегулярности поверхности..
Толщина слоя пластмассы вокруг арматуры
зависит от физико-механических свойств пла-
стмассы конструкции и диаметра арматуры.
Для предотвращения надреза арматуры в
местах ее выхода об острые кромки пресс-
формы необходимо в конструкции детали пре-
дусматривать приливы. На рис. 11 представ-
Рис. 11. Варианты перехода в месте
а — фаска б — радиус
Рис. 12. Толщина слоя пластмассы
лены два варианта обозначения приливов на чертеже: на рис. 11а
прилив задан в виде фаски а на рис. 116 - в виде радиуса скругления.
Минимальную толщину b слоя пластмассы (рис. 12) вокруг
арматуры следует выбирать в соответствии с табл. 1 и 7.
Диaметр dТолщина слоя b пластмассы
S1 мм арматурыматериала %
Св. 01 Св. 03 Св. 06
Рис. 10. Вспучивание
ЗАДАНИЕ О САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ
Отработать технологичность конструкции заданной детали.
выбрать способ изготовления детали с заданными эсплуатационными
проверить пригодность материала для изготовления детали;
установить геометрические параметры всех элементов конст-
представить окончательный чертеж детали измененные эле-
менты выделить или подчеркнуть.
Порядок выполнения задания:
определить положение плоскости разъема;
исходя из заданного материала по табл. 1 2 или 7 выбрать толщину
учитывая выбранную толщину стенки пс табл. 4 и 5 выбрать
технологические уклоны;
назначить радиусы скруглений;
исходя из типа крепления арматуры ее диаметра а также учитывая
усадку прессматериала (см. табл. 1) выбрать толщину слоя пластмассы вокруг
арматуры (см. табл. 7);
указать где это необходимо дальнейшую механическую об-
работку поверхностей детали;
выполнить чертеж пластмассовой детали с указанием всех полученных
размеров и шероховатости поверхности.
Опорные поверхности применяют для обеспечения хорошего прилегания
сопрягаемых поверхностей; их выполняют в виде выступов буртиков бобышек.
Торцы для упрочнения деталей выполняют в виде буртиков различных
конструкций толщина их не должна превышать 15-2 толщины стенки.
Марка (p Усад (p Усад
реактоплМПа ка МПа ка
-010-037 404-110-ПСон40-408 38
Э2-330-0425 404-100-ПК 60-608 19
-140-0415 304-90-1ПЭ 18-22-3 68
У4-080-8 904-80-1ПЭ 10-11-3 13
ЖЗ-010-6350 302-160-ПП 20-31 20
ФКПМ-15Т225 803-90-1ПА-145-515 5
ФКП-1' 24 90.2-80-1ПА-650-619 6
АГ-4В 80 30015- ПА-650-625 23
АГ-4С 500 15010- ПА-683-91-2 45
ДСВ-2Р-2100 600.15- ПБТФ55-61-2 125
ДСВ-4Р-2 - 015- ПЭТФ50-715 33
Некоторые эксплуатационные свойства пластмасс
Т а KтрEпр rip (s (пр tg( ДсKс
блица кВ30м 0м при при с
ПЭ НП 0517-210151*10122-20000102-
ПЭ ВП 03l?-21*10- 23-20000102-
ПП - 20-21*101*10122-20000- -
ПС 0420-21*101*10126-2- - -
Фтороп0016-2- - 23-2012 - -
ПАб 03- 1*101*10132-303 -
ПА-66 03- 1*101*10137-702 100-
ПА610 02- 1*101*1014 004 121-
ПА-12 03- 1*101*10133 001 11090
Полиам- 12-21*101*10133-30003- -
СТ 7-201*101*1015 005 - -
Фенопл0316-11*101*1015-7 002 - -
Основы обеспечения качества пластмассовой детали обусловленные
Выбор материала (4) Выбор способа изготовления (4). Общие
требования к детали (8). Толщина стенок (9). Плавные переходы
(10). Технологические уклоны (10). Радиусы скруглений (12). Ребра
жесткости (12). Отверстия (13). Резьбы (14). Армирование (15).
Опорные поверхности (16). Торцы деталей (16).
Задание по самостоятельной работе

РК3-08.RTF

Виды поверхностей обрабатываемых
резанием на токарных станках и
основные движения позволяющие
Электроэрозионная обработка :
особенности обрабатываемые материалы
разновидности качество обработки.
Общая характеристика возможностей
достижения качества и возможности
управления качеством деталей при
обработке резанием. Зависит ли
качество обработки детали от режимов
Электрохимическая обработка:
виды качество обработки.
Обработка на токарных станках:
приспособления для закрепления
заготовок обрабатываемые поверхности
и их относительная длина типы станков
Ультразвуковая обработка: сущность
обрабатываемые материалы
Особенности обработки на сверлильных
станках: виды обработки станки(типы
станков) способы обработки
погрешности качество.
Электронно-лучевая обработка:
сущность особенности обрабатываемые
материалы разновидности качество
Особенности обработки на
агрегатно-сверлильных станках
особенности их конструкции и
Светолучевая обработка (лазерная):
сущность особенность обрабатываемые
Обработка на фрезерных станках : виды
и качество обработки получаемые
поверхности способы обработки
Сварка: сущность особенность
требования к материалу и конструкции
Шлифование: особенности
обрабатываемые поверхности виды
обработки качество инструмент.
Склеивание: назначение в РЭА
особенности технологические
требования к конструкции соединения
направление нагрузки ;порядок
выполнения соединения.
Тонкое точение растачивание и
шлифование: назначение показатели
качества инструмент.
Спаи металла со стеклом (ситаллом) и
керамикой: назначение особенности
требования к конструкции соединения;
порядок выполнения соединения.
Технологические требования к
материалу детали для обработки
Электроэрозионная прецизионная
обработка: особенности назначение
обрабатываемые материалы инструмент
конструкции детали при резании.
Электрохимическая размерная
обработка: сущность особенности
процесса и обработанных деталей
координатно-расточных станках и
Ультразвуковая обработка:
виды обработки качество.
Доводка:особенности процесса
сущность и особенности процесса
обрабатываемые материалы виды
Протяжка и прошивка: назначение и
особенности операций.
Сварка:особенностиназначениетребов
ания к материалу и конструкции.
Особенности обработки и качество
резьбы получаемых резанием.
Накатка резьбы: особенности
требования к материалам качество.

ТПС24.DWG

Pressporok K-18-22 GOST 5689-66
Poliamidnaq smola P68-N GOST 10589-63
Polistirol blo[nyj D GOST9440-60

ОснТехнРезин07.doc

4.3.3.Основы технологии изготовления деталей из резины
3.3.1.Состав основы переработки и область применения.
Резина – это полимерный органический материал (реактопласт). Основным
сырьем для изготовления деталей из резины является каучук. Однако чистый
каучук не может быть использован из-за большой ползучести при комнатной и
особенно при повышениях температурах. Для предотвращения этих явлений в
отформованном изделии взамен линейных или слаборазветвленных молекул
каучука под действием условий операции вулканизации получают сшитую
редкосетчатую молекулярную структуру. Редкое расположение поперечных
связей не мешает проявлению гибкости заключенных между ними отрезков
макромолекул - возникновению высокоэластичных деформаций. Вулканизацию
выполняют с помощью вулканизаторов - веществ образующих поперечную
химическую связь между звеньями соседних макромолекул каучука. Эта реакция
протекает по схеме полимеризации или поликонденсации. В первом случае (для
полимеризации) резиновую смесь готовят на основе непредельных каучуков
имеющих в цепи главных валентностей двойные связи во втором
(поликонденсации) - на основе насыщенных линейных полимеров. В зависимости
от количества возникших при вулканизации поперечных связей различают
мягкие средней твердости и твердые резины. Мягкие резины имеют много
неиспользованных двойных связей. С течением времени по месту двойных
связей присоединяется кислород или озон воздушной среды что приводит к
снижению эластичности прочности и образованию трещин - старению резины.
Резины на основе насыщенных каучуков достаточно стойки к старению и
Состав резиновой смеси (каучука и различных добавок) - следующий:I-
каучук; 2- вулканизирующие вещества - обычно сера от I до 30% иногда
используют перекиси или нитросоединения и другие вещества. Процесс
вулканизации обычно проходит при нагревании в присутствии ускорителей
(полисульфиды окислы свинца магния) и активаторов (окись цинки и др.); 3-
противостарители замедляющие процесс старения резины. Противостарители
химического действия (альдоль неозон) реагируют с кислородом
продиффундировавшим в резину и с образовавшимися перекисями каучука
задерживая его окисление. Противостарители физического действия (парафин
воск) образуют поверхностные пленки препятствующие диффузии кислорода; 4-
мягчители (пластификаторы) которые облегчают процесс переработки резиновой
смеси увеличивают эластичность и морозостойкость резины. Мягчителями
являются парафин вазелин стеариновая кислота битулен минеральные и
растительные масла в количестве 8 30% от массы каучука; 5- наполнители
которые подразделяют на активные (усиливающие) и инертные. Активные
наполнители (углеродная сажа и "белая"сажа" - окись кремния и цинка)
повышают прочность и сопротивление истиранию резины. Увеличение прочности
резины связано с возникновением сил связи между каучуком и наполнителем
вследствие адсорбции и адгезии и образованием цепочно-сеточной структуры
наполнителя. Инертные наполнители (тальк мел барит) вводят для уменьшения
стоимости резины. Вводимая в состав резиновой смеси девулканизированная
старая резина снижает её стоимость служит мягчителем снижает склонность к
старению. Наполнители также подразделяют на порошкообразные и волокнистые
(хлопчатобумажные шелковые стеклянные капроновые и другие ткани). В
качестве наполнителя применяют для увеличения прочности стальную проволоку
или сетку; 6- красители минеральные или органические могут выполнять не
только декоративные функции но некоторые из них поглощают коротковолновую
часть солнечного спектра и поэтому замедляют световое старение резины.
3.3.2. Технологический процесс изготовления резиновых технических
Технологический процесс изготовления резиновых технических изделий
состоит из последовательных операций: приготовление резиновой смеси
формование вулканизация и отделка.
Подготовка резиновой смеси. Подготовка смеси заключается в дозировании
составных частей и тщательного их смешивания. Перед смешиванием каучук
переводят в пластическое состояние путем нагрева до 40-50°С и многократного
пропускания через специальные вальцы. В пластическом состоянии каучук
хорошо смешивается с другими компонентами. Однородную смесь
пластифицированного каучука с другими компонентами получают в червячных или
валковых смесителях. Первым компонентом при приготовлении смеси вводят
противостаритель последним - вулканизатор.
Формование резиновых изделий выполняют следующими способами:
каландрованием непрерывным выдавливанием прессованием литьем под
Каландрование. Каландрование - это технологический процесс получения
плоского бесконечного полотна определенной толщины и ширины за счет
деформации обрабатываемой смеси между вращающимися валками. Для
регулирования температуры валков каландра применяют нагрев и охлаждение.
Ленты и листы сырой резины после прокатки на каландрах посыпают мелом или
тальком для предупреждения их слипания затем сматывают в рулон и
используют их для дальнейшей переработки. В случае изготовления изделий с
тканевым наполнителем - прорезиненной ткани - после пластифицирования смеси
в первой паре валков в нее вводят на следующей паре валков ткань которая
из-за разности скорости вращения валков путем втирания наполняется
резиновой смесью (рис. I).
Толщину прорезиненной ткани (ленты) регулируют путем изменения зазора
между валками. Полученную ткань (ленту) наматывают на барабан I и затем
Непрерывное выдавливание позволяет получать профилированные резиновые
детали (трубы прутки профили для окантовки и др.). Для непрерывного
выдавливания используют машины червячного типа. Этим способом покрывают
металлическую проволоку.
Прессование - способ получения фасонных деталей (уплотнительные
Рис.1. Схема получения прорезиненной ткани; 1-барабаы намотки 2-ткань 3-
валки каландров 4-резиновая смесь.
виброопоры манжеты клиновые ремни). Прессование выполняют в металлических
пресс-формах. Различают холодное и горячее прессование. При горячем
прессовании выполняемом на гидравлических прессах с обогреваемыми плитами
одновременно с формованием изделия происходит вулканизация при 140-150°С.
Холодным прессованием изготовляют детали из эбонитовых смесей. После
холодного прессования детали вулканизируют.
Литьем под давлением получают детали сложной формы. В этом случае
резиновая смесь поступает в литейную пресс-форму при температуре 80-120°С
что обеспечивает высокую пластификацию смеси и хорошую заполняемость и
кроме того ускоряет процесс вулканизации.
Вулканизация проводится в специальных камерах - вулканизаторах при
температуре 120-150 °С в атмосфере насыщенного водяного пара при небольшом
давлении. При вулканизации протекает химическая реакция каучука и серы в
результате которой линейная структура молекул каучука превращается в
сетчатую что уменьшает пластичность повышает стойкость к действию
органических растворителей увеличивает прочность и твердость.
Отделка деталей заключается в удалении пленок и облоя образовавшихся
в основном в процессах формования изделий прессованием. Отделение выполняют
с помощью острых инструментов (ножниц ножей и др.) абразивных кругов и
При массовом производстве резиновых технических изделий все операции
выполняют на высокопроизводительном и автоматизированном оборудовании.
Вопросы для самоконтроля
Назовите состав резиновой смеси и назначение составных частей.
Способы формования резиновых изделий и изготовляемые этими способами

1Матриал07Уч.doc

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ В ПРИБОРОСТРОЕНИИ
I. Свойства материалов
Основными свойствами металлов и сплавов являются механические
физические химические технологические и эксплуатационные.
Механические свойства. К механическим свойствам относят прочность
пластичность твердость и ударную вязкость. Прочность - это свойство
рабочего тела сопротивляться деформации под действием внешних статических
или динамических нагрузок. Прочность определяют рядом показателей при
испытании на растяжение сжатие изгиб и кручение. Прочность при
статических нагрузках оценивают пределом прочности в и пределом текучести
Т . Предел прочности равен:
где Р - внешняя нагрузка разрыва МН; F - исходная площадь
поперечного сечения м2 .
Предел прочности это условное напряжения при котором начинает
разрушаться испытываемый образец. Предел текучести - это напряжение при
котором начинается пластическое деформирование металла. Пластическое
деформирование - это такое деформирование рабочего тела при котором после
снятия усилия изменяются его исходные форма и размеры. Ударная вязкость -
это прочность при динамических нагрузках:
где А - работа разрушения образца Дж; F - площадь образца в месте
Пластичность - это свойство материала обеспечивающее изменение формы
и размеров без разрушения. Для характеристики пластичности материала
наиболее часто используют относительное удлинение при разрыве:
где lо - длина образца до разрыва
Твердость - это свойство материала сопротивляться внедрению в него
другого не деформирующегося тела. Твердость определяется величиной
удельной нагрузки из отношения величины усилия Н и площади; твердость по
Бринелю определяют при внедрении шарика в тело:
где Р - нагрузка приложенная к шарику МН; Fотп - площадь поверхности
отпечатка шарика м2.
Физические свойства. К физическим свойствам металлов и сплавов
относят температуру плавления плотность коэффициент линейного
расширения электросопротивление теплопроводность коэффициенты трения
отражения и др. Эти свойства зависят от состава и структуры материала.
Химические свойства. Химические свойства характеризуют химический
состав материала и химическое взаимодействие с другими веществами.
Технологические свойства определяют возможность обработки металла тем
или иным методом. К технологическим свойствам относят литейные свойства
пластические свойства свариваемость обрабатываемость резанием и др.
Литейные свойства металлов и сплавов определяют жидкотекучесть
кристаллизация усадка ликвация и др. Пластические свойства определяют
предельные возможности деформирования без разрушения под действием внешней
нагрузки. Свариваемость - это свойство соединяемых материалов при
совместном расплавлении образовывать после кристаллизации неразъемное
соединение. Обрабатываемость резанием - это свойство материала
обеспечивающее съем металла с поверхности заготовки под действием режущего
инструмента и получение требуемых показателей качества.
Эксплаутационные свойства определяют коррозионная стойкость
хладостойкость жаропрочность жаростойкость антифрикционную стойкость и
др. Коррозионная стойкость - сопротивление сплава действию агрессивных
щелочных или кислотных сред. Хладостойкость -свойство материала сохранять
пластические свойства при температурах ниже 0°С. Жаропрочность - свойство
сплава сохранять прочность при высоких температурах. Жаростойкость -
свойство сплава сопротивляться окислению в газовой среде при высоких
температурах. Антифрикционная стойкость - свойство материала
прирабатываться к другому сплаву.
2. Конструкционные материалы
Особенностью применения конструкционных материалов при изготовлении
деталей приборов и автоматических устройств является то что требование
высокой прочности характерное в машиностроении не является главным.
В зависимости от специфики работы приборов назначения и конструкции
их деталей предъявляется ряд эксплуатационных требований к материалам в
зависимости от условий их эксплуатации и возможности изготовления из них
изделий. Эти требования могут включать особые физико-механические
свойства определенные электрические свойства высокую стабильность
свойств и размеров в различных условиях эксплуатации высокую прочность в
сочетании с малой плотностью в обычных сечениях и микросечениях
В качестве конструкционных материалов в приборостроении применяют
черные и цветные металлы и их сплавы магнитные полупроводниковые
контактные материалы металлы с особыми физико-механическими и
механическими свойствами проводниковые и сверхпроводящие материалы
композиционные материалы пластмассы и газонаполненные пластмассы каучук
и резину стекло и ситаллы керамику клеи герметики лакокрасочные
материалы полимерные пленки и другие материалы.
2.1. Черные металлы и их сплавы
Конструкционный материал-это материал используемый для изготовления
элементов несущих конструкций изделия.
В приборостроении из черных металлов и их сплавов применяют железо
магнитные и немагнитные сталь и чугун. Железо магнитные сталь и чугун
применяют для замены дорогостоящих и дефицитных цветных металлов и сплавов
и в тех случаях когда к деталям приборных устройств не предъявляют
специальных требований.
Свойства сплавов определяются их составом и структурой. Сплавы с
содержанием углерода до 214% называют сталью а с большим содержанием
углерода - чугуном. Указанная граница (214% углерода) разделяет систему
сплавов Fe-C на две части. У всех сплавов содержащих углерода менее 214%
при первичной кристаллизации получают структуру аустенита; сплавы
содержащие 214%С имеют в структуре ледебурит. Различие в структуре
создает различие в технологических механических и др. свойствах. Чугун
благодаря наличию ледебурита пластически не деформируется однако
сравнительно низкая температура плавления обеспечивает высокие литейные
свойства; сталь является пластически деформируемым сплавом. Граница 214%С
- разделения сплавов на сталь и чугун для высоколегированных железо-
углеродных сплавов может смещаться в ту или другую сторону.
В производстве приборов находят применение техническое железо и
Техническое железо хорошо обрабатывается давлением резанием
сваривается; железо ферромагнитно точка Кюри равна 768°С. Техническое
железо применяют для изготовления деталей и узлов конструкций
магнитопроводов полюсных наконечников и т.п.
Сталь по химическому составу подразделяют на углеродистую и
легированную. Углеродистая сталь - это сплав железа с углеродом
содержащий постоянные и случайные примеси. Легированная сталь кроме
железа углерода постоянных (стандартного количества) и случайных
(незначительного количества) примесей содержит специальные элементы
введенные в нее с целью получения заданных свойств. Количество легирующих
элементов колеблется в широких пределах (от сотых долей до десятков
процентов). Легирующие элементы улучшают механические свойства стали или
придают ей какие-либо особые свойства (немагнитность высокую коррозионную
стойкость высокое электрическое сопротивление и т.д.). Легирование
повышает вязкость стали без снижения или даже при увеличении прочности
увеличивает прокаливание уменьшает деформацию при закалке.
Способ получения стали (бессемеровский кислородно-конвертерный
Мартеновский в электропечах) влияет на свойства стали. При бессемеровском
способе металл насыщается газами особенно азотом а сера и фосфор не
удаляются в достаточной степени. Бессемеровская сталь обладает большой
прочностью но малой пластичностью в ней много загрязнений
(неметаллических включений). Качество бессемеровского металла невысокое.
При кислородно-конвертерном способе получают сталь с низким содержанием
азота и свойствами близкими к свойствам мартеновской стали. При
мартеновском способе сталь меньше насыщена газами из металла больше
удаляется серы и фосфора. Этим способом изготовляют большую часть марок
обыкновенной и качественной стали. При плавке в электропечах в большей
степени удаляется сера и фосфор. Получают более дорогую высококачественную
сталь - легированную сталь ответственного назначения (инструментальную
жаропрочную коррозионностойкую и др.). Стали ответственного назначения
плавят и разливают в вакууме поэтому стали почти не содержат газов имеют
большую чистоту по неметаллическим включениям.
Сталь в зависимости от способа получения и наличия примесей
подразделяют на следующие виды: сталь обыкновенного качества сталь
качественную сталь высококачественную; а в зависимости от назначения -
строительную машиностроительную (конструкционную) инструментальную и
сталь с особыми физико-химическими свойствами.
Для изготовления деталей и узлов приборных устройств применяют
конструкционную и инструментальную стали и кроме того стали с особыми
физико-химическими свойствами.
Металлургическая промышленность поставляет потребителям черные
металлы и их сплавы в виде листов полос лент прутков различного
поперечного сечения уголков двутавров швеллеров и других профилей
общего и специального назначения. Ленты и листы -наиболее часто
применяемые профили сортамента; качественные показатели лент - точность по
толщине от 0010 до 0100 мм для толщин от 005 до 360 мм точность по
ширине для обрезанной ленты - от 03 до 06 мм при соответственно ширине
325 мм и толщине 005 100 мм шероховатость поверхности зависит от
2.2. Цветные металлы и сплавы на их основе
У всех цветных металлов высокие коррозионная устойчивость тепло- и
электропроводность они немагнитны имеют хорошие механические свойства
технологичны (хорошо обрабатываются давлением и резанием с хорошими
литейными свойствами).
Алюминий и его сплавы. Различают деформируемые и литейные алюминиевые
сплавы которые подразделяют на неупрочняемые и упрочняемые термической
обработкой. Деформируемые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой ковкой
штамповкой Деформируемые алюминиевые сплавы неупрочняемые термической
обработкой имеют высокую пластичность и невысокую прочность; деформируемые
алюминиевые сплавы упрочняемые термообработкой имеют высокую прочность и
Литейные алюминиевые сплавы часто имеют повышенную прочность и для
повышения прочности пластичности снижения остаточных напряжений
термически обрабатывают (закалка и старение). Алюминий применяют для
изготовления методом порошковой металлургии спеченных алюминиевых сплавов
и спеченных алюминиевых пудр (САС и САП) которые имеют особые свойства -
коррозионную стойкость прочность пористость и т.д.
Магний и его сплавы. Магниевые сплавы разделяют на деформируемые
литейные неупрочннемые и упрочняемые термической обработкой.
Медь и ее сплавы. Медь обладает высокой пластичностью малым
электросопротивлением высокой коррозионной стойкостью и
теплопроводностью. Медь выпускают в виде листов прутков проволоки
трубок. Медные сплавы разделяют на бронзы и латуни. Бронзы и латуни
разделяют на деформируемые и литейные они обладают хорошей и отличной
обрабатываемостью резанием.
Титан и его сплавы. Чистый титан - тугоплавкий металл с температурой
плавления (1665± 5)°С пределом прочности 250 МПа и высокой пластичностью
с низкой жаропрочностью хорошо обрабатывается давлением сваривается
обработка резанием затруднительна. Титановые сплавы (предел прочности
0 900 МПа) обрабатываются давлением литье этих сплавов связано со
значительными трудностями; для получения повышенных механических свойств
сплавы титана термически обрабатывают (отжигают закаливают подвергают
старению) в печах с защитной атмосферой.
Никель имеющий наибольшую коррозионную стойкость в атмосферных
условиях по сравнению с другими металлами и высокую температуру плавления
хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии.
Бериллий. Одно из важнейших свойств бериллия: сочетание высокого
значения модуля упругости (310МПа) с низкой плотностью (18447 кгм3)
теплоемкость его в 4 раза превышает теплоемкость стали и титана
теплопроводность и электропроводность приближаются соответственно к
теплоемкости и электропроводности алюминия.
Химические свойства. Коррозионная стойкость бериллия на воздухе при
комнатной температуре близка к стойкости алюминия; незначительна коррозия
в чистой воде; малая склонность к окислению сохраняется до 600°С выше
0°С коррозия становится заметной.
Механические свойства изделий из бериллия колеблются в широких
пределах и зависят от чистоты металла технологии производство размеров
зерен степени анизотропии скорости испытания и других факторов: B=
0 700 МПа T = 230 680 МПа = 2 16%.
Технологические свойства. Бериллий имеет низкую пластичность горячим
выдавливанием при 800 1050°С получают прутки трубы. Литейные свойства
низкие. Обработка резанием затруднена часто применяют химическое
фрезерование. Неразъемные соединения выполняют с помощью сварки
вольфрамовым электродом в нейтральной атмосфере. Положительные результаты
изготовления деталей из бериллия получены при плазменном напылении что
заменяет сварку и другие методы обработки.
2.3. Сплавы с эффектом "памяти механической формы
Эффект "памяти механической формы" (ПМФ) заключается в свойстве
материала после пластической деформации сопровождающейся фазовым
превращением при повторном нагреве восстанавливать исходную заданную
форму. Известен сплавы с ПМФ: TiNi TiAu TiPd TiPt AuCd AgCd CuZn
JnT наилучшими свойствами ПМФ обладает никелид титана ( ТiNi).
2.4. Неметаллические материалы.
Различают две группы неметаллических материалов: I) неметаллические
материалы органического происхождения и 2) неметаллические материалы
неорганического происхождения. К материалам первой группы относят
материалы в основе строения которых находятся органические полимеры
(например натуральный каучук целлюлоза многие смолы и др.) к
материалам второй группы относят графит слюду асбест и некоторые другие
Структура полимеров. Научными исследованиями установлено что не
только твердые органические материалы (смолы каучуки) но и твердые
неорганические вещества неметаллической природы (стекло керамика асбест
графит) имеют полимерное строение. Органические полимеры изучены более
глубоко чем неорганические полимеры.
Полимеры состоят из молекул в тысячи раз превышающих по длине
молекулы обычных неполимерных - низкомолекулярных соединений и поэтому их
называют макромолекулами. Они состоят из повторяющихся групп атомов -
звеньев исходного вещества - мономера. Чем больше звеньев в гигантской
макромолекуле полимера т.е. чем больше степень полимеризации тем более
прочен материал более стоек к действию нагрева и растворителей. Однако в
процессе последующей переработки полимеров неудобно использовать
малоплавкий и труднорастворимый полимер поэтому в ряде случаев получают
сначала полимеры - полуфабрикаты со сравнительно низкой молекулярной
массой - олигомеры легче перерабатываемые до высокомолекулярного уровня
при дополнительной обработке одновременно с изготовлением изделия.
Примерами олигомеров являются природные высыхающие масла (льняное
тунговое и т.д.) фенолоформальдегидные эпоксидные ненасыщенные
полиэфирные и другие отверждаемые синтетические смолы некоторые жидкие
синтетические каучуки и др.
В зависимости от состава различают группы полимерных соединений;
-гомополимеры или полимеры - это полимеры состоящие из одинаковых
-сополимеры - это полимеры состоящие из разных исходных звеньев -
мономеров: А-Б-А-Б-А-Б- иногда в полимере соединяются длинные
отрезки блоки молекулярных цепей А - Б - А -Б - Такие
сополимеры называют блок - сополимеры;
-элементоорганические - это синтетическим путем полученные соединения
с введенными в главную или боковые цепи атомами кремния(кремний-
органические соединения) бора алюминия титана или некоторых других
элементов. Эти соединения обладают повышенной теплостойкостью.
Форма макромолекул может быть следующей (рис.2.1):
Рис.2.1. Формы макромолекул полимеров
а) линейная неразветвленная (рис.2.1a) допускает плотную упаковку
макромолекул в единице объема облегчает кристаллизацию материалы на ее
основе более прочные менее растворимые и плавкие более стойкие к внешним
б) разветвленная форма (рис.2.16) труднее упаковывается и дает
более рыхлые менее прочные и стойкие легче растворимые и плавкие
в) сшитые формы макромолекул присущи наиболее прочным
нерастворимым и неплавким полимерам лишь набухающим в растворителях и
размягчающимся при нагревании - лестничным (рис.2.1в) сетчато-
пространственным (рис.2.1г) и паркетным (рис.2.1д);
г) сшитая трехмерная-объемная (рис. 2.1e) форма характерна для
полимеров с густой сеткой поперечных химических связей отличающихся
неспособностью даже размягчаться и набухать отличается наибольшей
стойкостью к внешним воздействиям и определенной хрупкостью (малым
относительным удлинением низкой ударной вязкостью высоким сопротивлением
сжатию и низким сопротивлением напряжениям растяжения и изгиба.
Полимеры с несшитыми формами макромолекул (рис.2.1aб могут быть
химически инертными или химически активными. В первом случае в процессе
формообразования макромолекулы не претерпевают химических изменений и они
сохраняют способность плавиться при повторном нагревании и растворяться
такие материалы называют термопластами или термопластичными; например
органическое и силикатное стекло полиэтилен целлулоид и другие.
Химически активные полимеры с линейными или разветвленными макромолекулами
в процессе переработки часто при нагревании могут претерпевать химические
превращения соединяясь по месту разрыва кратных связей или в результате
реакции функциональных групп в лестничные паркетные или пространственные
макромолекулы. При этом может происходить соединение непосредственно
молекулы с молекулой или через посредство отвердителей - вулканизаторов -
веществ создающих в процессе химической реакции мостик - сшивку между
молекулами термореактивного олигомера или полимера.
К многочисленной группе термореактивных олигомеров полимеров и
неметаллических материалов на их основе относят фенольные и другие смолы
сшиваемые каучуки и цементы покрытия клеи герметики образующие после
их нанесения необратимые стойкие к эксплуатационным воздействиям
термостабильные детали защитные клеевые и герметизирующие пленки.
Существенное влияние на свойства полимеров оказывает полярность
обусловленная наличием или отсутствием в их составе диполей - разобщенных
центров распределения положительных и отрицательных зарядов. Органические
полимеры углеводородного состава имеющие в боковых цепях атомы других
элементов расположенных симметрично относительно главной цепи имеют
практически совпадающие центры распределения положительного и
отрицательного зарядов. В этом случае заряды нейтрализуются а полимеры
становятся электрически нейтральными неполярными (недипольными). Полимеры
и олигомеры углеводородного состава имеющие в боковых цепях несимметрично
расположенные атомы - заместители ~ хлор фтор кислород азот или серу
или несимметрично расположенные химические группировки атомов содержащие
эти электроотрицательные элементы (ОН СООН СN NH и др.) имеют
несовпадающие центры распределения зарядов и являются полярными
Неорганические полимерные материалы состоящие из положительных и
отрицательно заряженных ионов являются сильно полярными.
У полярных полимеров и олигомеров к слабому дисперсионному
межмолекулярному притяжению имеющему место и у неполярных добавляется
электростатическое отрицательное притяжение диполей. Поэтому полярные
полимерные органические и неорганические материалы (полиамиды целлюлоза
поливинилхлорид специальные каучуки СК и др.) материалы более прочны
химически и термически стойки менее плавки менее растворимы но менее
гибки (менее морозостойки) менее стойки к радиационному излучению и
обладают худшими диэлектрическими свойствами чем неполярные (полиэтилен
полистирол полипропилен и др.).
В макромолекуле линейного полимера образующие его звенья и боковые
радикалы могут располагаться в определенном порядке регулярно или
беспорядочно. Полимеры с регулярным расположением звеньев радикалов могут
легко кристаллизоваться полимеры с беспорядочным расположением звеньев
или радикалов - труднее и дают меньшую степень кристалличности.
Длина макромолекулы в тысячи и десятки тысяч раз превосходит его
поперечное сечение такие макромолекулы обладают гибкостью. Гибкость
макромолекул оценивают длиной сегмента - минимальным числом звеньев цепи
полимера способным изгибаться в гибких цепных макромолекулах число
звеньев 10 20 в жестких полярных и неразветвленных - многие десятки.
У органических полимерных материалов макроструктура образована либо
свернутыми в клубки (глобулы) гибкими макромолекулами либо - пачками
более жестких макромолекул параллельно уложенных по несколько десятков
Рис.2. 2. Схемы: а - выпрямленных и б - сложенных в ленту пачек
Рис.2.3. Пластина составленная из лент
Пачки макромолекул образуют вторичные надмолекулярные кристаллические
структуры; складываясь в гофрированные ленты пачки могут образовывать
пластины (рис.2.3) крупных кристаллов.
Реакции синтеза отверждения олигомеров и сшивания полимеров.
Полимеры синтезируют из мономеров а после формообразования деталей из
олигомерных или термореактивных полимерных связующих отверждают или
сшивают с помощью реакций полимеризации или поликонденсации. В процессе
реакции полимеризации представляющей собой реакцию присоединения не
выделяется побочных продуктов. При реакции поликонденсации представляющей
собой обменный процесс между исходными продуктами наряду с образованием
линейного или (при отверждении) сшитого полимера выделяется вода или
другие низкомолекулярные побочные продукты.
Сведения о типе реакции необходимы конструктору изделия и инструмента
для его формования особенно при изготовлении крупногабаритных деталей из
армированных пластмасс на отверждаемых связующих. При поликонденсационной
реакции отверждения связующего на олигомерных связующих происходящих при
температуре более 100°С выделяющиеся побочные продукты реакции могут
вызвать образование полостей - пористой рыхлой структуры детали. Поэтому
в этом случае (прессовании) применяют массивные прессформы выдерживающие
высокие давления (несколько десятков мегапаскалей) и предотвращающие
расширение выделяющихся газов и взрыхление материала. При отверждении
деталей на олигомерных связующих не выделяющих побочных продуктов реакции
(эпоксидные ненасыщенные полиэфирные некоторые полиамидные связующие
применяют давления на два порядка меньшие (десятые доли мегапаскалей) и
значительно более простые технологические процессы формования деталей.
Получение эпоксидных и других связующих полимеризационного отверждения
дало возможность экономично изготовлять сравнительно крупногабаритные
детали содержащие арматуру.
У аморфных органических и неорганических полимеров отсутствует
порядок в расположении звеньев цепей макромолекул образующих пачки или
глобулы и во взаимном расположении пачек или глобул макромолекул.
Кристаллические неорганические полимеры имеют правильную объемную
(керамика ситаллы) плоскую (графит слюда) или линейную (неорганические
каучуки серы селена) микроструктуру.
Термомеханические свойства. У гибких длинных цепных молекул
составляющих основу аморфных полимеров возможно три физических состояния:
стеклообразное высокоэластичное и вязкотекучее. Линейные и разветвленные
полимеры в зависимости от строения и температуры существуют в
кристаллической фазе и во всех трех состояниях аморфной фазы. Переход из
кристаллического в аморфное состояние сопровождается скачкообразным
изменением всех его физических и механических свойств. Переход аморфного
полимера из одного состояния в другое происходит при изменении температуры
постепенно и также постепенно меняются его физические и механические
свойства. Густосетчатые (термостабильные) полимеры с нерегулярным
расположением поперечных связей находятся только в аморфном состоянии.
Редкосетчатые полимеры могут кристаллизоваться а также находиться в
стеклообразном и высокоэластичном состояниях (рис.2.4).
Рис.2.4. Классификационная схема возможных состояний полимеров при
различных температурах
Все технологические и эксплуатационные свойства органических и
неорганических полимеров зависят от физического и фазового состояний
которые обнаруживаются с помощью термомеханических кривых (ТМК) которые
получают измеряя деформацию материала под невысокой постоянной нагрузкой
при нагревании с постоянной скоростью. Аморфные линейные полимеры имеют
кривую показанную на рис.2.5. Эта кривая состоит из трех участков
соответствующих трем физическим состояниям полимера. Участок I ниже
температуры стеклования t соответствует аморфному твердому стеклообразному
состоянию полимера; тепловое движение совершают только атомы внутри
звеньев. Ниже температуры стеклования находится область эксплуатации
деталей из твердых полимеров и пластмасс. При температуре выше tc в
полимерах возникает второй тип теплового движения - самопроизвольная
подвижность звеньев макромолекул при неизменности взаимного положения их
центров тяжести. В этом случае материал переходит в высокоэластическое
состояние (резиноподобное). Это область эксплуатации резин и переработки
листовых термопластов она характерна только для высокополимерных
материалов. Неорганические низкомолекулярные кристаллические тела и
низкомолекулярные аморфные органические и неорганические вещества ее не
имеют. При дальнейшем нагреве нагреве выше температуры текучести tс в
полимере возникает третий механизм теплового движения: интенсивные
колебания и повороты групп звеньев способствуют подвижности целых
макромолекул (рис.2.5) область Ш). Смещения проходят постепенно по
частям а полимер переходит не в жидкое а лишь в вязкотекучее состояние.
Это основная область переработки полимеров и пластмасс в изделия.
Рис. 2.5. Термомеханическая кривая полимеров.
Густосетчатые полимеры не имеют ни участка П ни участка Ш (рис.2.5)
редкосетчатые иногда могут проявлять вязкоэластичность; все сетчатые
полимеры не переходя в вязкотекучее состояние при критической
температуре tд начинают подвергаться тепловому разложению - деструкции.
2.4.1.Пластические массы. Каучук и резина. Пластические массы
изготовляют на основе синтетических смол. Основной составной частью
пластических масс являются синтетические смолы. Иногда пластмасса
полностью состоит из синтетической смолы однако чаще она представляет
собой сложную композицию из синтетической смолы пластификатора
наполнителя красителя и др. В некоторых случаях добавляются катализаторы
В зависимости от основного назначения пластмассы подразделяют на
Конструкционные применяемые для силовых и несиловых конструкций
- высокопрочные (В> 20 МПа) средней прочности (В =8 20 МПа) низкой
прочности (В8 МПа) теплостойкие (1 группа - стойкие до 150 200°С 2
группа – 150 200°С 3 группа - более 200°С) декоративно-отделочные и
Электро- и радиотехнические электроизоляционные электропроводные
Антикоррозионные и стойкие к агрессивным средам к атмосферным осадкам
кислотам щелочам ароматическим углеводородамбензину спиртам и другим
растворителям воде ультрафиолетовому облучению стойкие к грибковой
плесени минеральным маслам.
Звуко- и теплоизоляционные.
Фрикционные и антифрикционные.
Большинство пластмасс обладают комплексом свойств позволяющих
применять их в нескольких областях.
В зависимости от применяемого наполнителя и степени его измельчения
все материалы подразделяют на четыре группы: порошковые (пресспорошки)
волокнистые крошкообразные и слоистые.
Пресспорошки получаемые на основе резольных или новолачных смол
делят на пресспорошки и литьевые порошки общетехнического назначения
электроизоляционные высокочастотные химически- жаро- и влагостойкие
ударопрочные. При наличии в составе пресспорошка или другого вида
пластмасс наполнителя такой материал называют композиционным (или
композитом) поэтому значительная часть порошков содержит в обозначении
букву "К" обозначающую композит например марка К18-26 означает: порошок
изготовлен из новолачной смолы №18 и наполнителей -древесной муки №2 и
асбеста № 6. Пресспорошки общетехнического назначения (основа - новолачные
смолы) выпускаемые красного черного и коричневого цвета используют для
ненагружаемых армированных и неармированных деталей и изделий широкого
потребления для эксплуатации в атмосферных условиях деталей электро- и
радиоаппаратуры (рукоятки розетки вилки патроны выключатели и пр.)
изготовляемых прессованием. Литьевые порошки могут длительное время
находиться в вязкотекучем состоянии при 90 130° и быстро отверждаться при
0 170°С и перерабатываются в изделия литьем под давлением.
Электроизоляционные пресспорошки изготовляют черного или коричневого цвета
на основе резольной смолы применяют для изготовления армированных и
неармированных деталей электротехнического назначения эксплуатируемых в
бензине трансформаторном масле и цоколей радиоламп. Различные
пресспорошки имеют следующие свойства: плотность 1390-1850 кгм3 предел
прочности в МПа В = 25 130 ИЗГ = 45 230 СЖ = 50 230 относительное
удлинение 03 20% ударная вязкость 5 120 Джм2 твердость по Бринелю
0-500 НВ водопоглощение 007 08% маслостойкость 002 003%
бензостойкость 005% теплостойкость по Мартенсу 125 300°С
диэлектрическая проницаемость 32 10 тангенс угла диэлектрических потерь
tg = 0004 001 при частоте 106Гц и 012 01 при частоте 50 Гц удельное
электросопротивление 1011 2(1016 0м электрическая прочность 11 29 МВм.
Высокочастотные порошки получаемые на основе новолачных и резольных смол
молотой слюды кварцевой муки плавикового шпата и др. применяют для
изготовления слабонагружаемых или ненагружаемых радиотехнических изделий и
изделий электроавтоматики работающих в условиях повышенной влажности и
для деталей повышенной точности. Жаростойкие пресспорошки получаемые из
новолачной смолы минерального наполнителя (слюды асбеста) и др.
используют для изготовления радиодеталей установочных изделий
выключателей работающих при более высокой температуре и в тропическом
климате. Ударопрочные пресспорошки - композиции черного цвета на основе
новолачной смолы модифицированной акрилоннтрия-бутадиеновым каучуком с
наполнителями их используют для изготовления деталей с повышенной
стойкостью к ударным нагрузкам и высокоармированных изделий сложной
Волокнистые пластики. Прессматериалы с волокнистым наполнителем имеют
более высокие физико-механические свойства чем порошковые имеют
специфические свойства определяемые типом наполнителя. Для приборных
конструкций используют следующие волокнистые материалы: волокниты
асбоволокниты фаолиты стекловолокниты. Эти материалы имеют свойства
изменяющиеся в пределах: плотность 1350 1950 кгм3 предел прочности в МПа
В = 15 500 ИЗ = 26 250 СЖ = 58 145 ударная вязкость 2 150 Джм2
твердость по Бринелю 200 450 НВ коэффициент трения 038 040
водопоглощение 02 18% теплостойкость по Мартенсу 100 180°С
диэлектрическая проницаемость при частоте 50 Гц 6 10 тангенс угла
диэлектрических потерь при частоте 50 Гц 004 012 удельное
электросопротивление ρs= 1010 2(1012 0м ρy = 108 1011 0м электрическая
прочность I7 I6 MBM.
Волокнистым наполнителем волокнитов являются пучки хлопкового
волокна асбестовое волокно стеклянное волокно и другие. Волокнит
используют для изготовления конструкционных деталей (маховики панели
направляющие втулки) электротехнических деталей (коллекторы контактные
панели) и других деталей. Асбоволокниты отличаются от волокнитов более
высокой теплостойкостью (до 300°С) и фрикционными свойствами применяют
для изготовления электроизоляционных деталей и тормозных изделий. Фаолит -
кислостойкий материал стойкий к соляной кислоте всех концентраций серной
кислоте средней и низкой концентрации органическим кислотам
растворителям. Фаолит малочувствителен к резким колебаниям температуры
существенным недостатком фаолита является хрупкость и слабая стойкость к
действию щелочей азотной и хромовой кислот брома спирта ацетона и
пиридина. Фаолит используют для изготовления кислотостойких аппаратуры и
оборудования (электролитических ванн теплообменников). Стекловолокнит
обладает лучшими чем волокнит и асбволокнит электроизоляционными и
механическими свойствами. Стеклянное волокно повышает физико-механические
свойства зависящие от длины волокон (рубленное и непрерывное) толщины
предварительной обработки и технологии изготовления пресс-материала.
Связующего (фенолоформальдегидной модифицированной или
эпоксифенолоформальдегидной смолы) в стекловолокните содержится от 25 до
%. Стекловолокнит используют для изготовления конструкционных и
электротехнических изделий повышенной прочности работающих при
температурах от - 196 до + 200°С при повышенной влажности в тропических
условиях кислых и щелочных средах при ионизирующем облучении.
Стекловолокниты с кремний-органическим связующим используют для
электроизоляционных изделий работающих при 250 300°С длительное время и
кратковременно при 600 800°С.
Слоистые пластики. Современные слоистые пластики подразделяют на три
группы: I - традиционные слоистые пластики 2 - композиционные материалы
на полимерных матрицах 3 - углерод - углеродные (С-С) композиты.
Традиционные слоистые пластики содержат параллельно расположенные
слои листового наполнителя а синтетические смолы являются в них
связующим. В наиболее известных слоистых пластиках: гетинаксе армирующим
элементом является сульфатная бумага из целлюлозных волокон
органогетинаксе бумага синтетических волокон текстолите -
хлопчатобумажные ткани органотекстолите - синтетические ткани
стеклотекстолите - стеклянные ткани асботекстолите - асбестовые и
углeтекстолите - углеродные ткани и т.д. В качестве наиболее
распространенного связующего используют феноло-формальдегидную смолу
составляющую в пластике 40 50%. У слоистых пластиков ярко выражена
анизотропия свойств; наибольшая прочность вдоль листа несколько меньшая
поперек листа наихудшие свойства перпендикулярно поверхности листа - по
Важнейшие свойства указанных слоистых пластиков: плотность I300 I880
кгм3 модуль упругости 5 20 МПа ударная вязкость 12 200 Джм2 предел
прочности 60 600 МПа рабочая температура 125 280°С удельное
сопротивление 107 1012 0м(м днэлектрическая проницаемость 5 8 тангенс
угла диэлектрических потерь 0002 05 электрическая прочность
перпендикулярно слоям 2 50 МВм.
Каучук и резина. Резина или вулканизат - это продукт
вулканизации смеси каучука с различными добавками (резиновая смесь).
Резина характеризуется высокими эластическими свойствами которые
характерны для каучука. Высокая эластичность каучука объясняется
зигзагообразной или спиралевидной конфигурацией и большой гибкостью его
линейных или слаборазветвленных молекул. Различают мягкие средние и
твердые резины в зависимости от количества поперечных связей. Кроме того в
зависимости от назначения различают резины общего назначения и
Резины общего назначения работают в водной и воздушной средах слабых
растворах кислот солей щелочей спирте ацетоне жирных кислотах при
температурах от -60 -30 до +80 +130°С. Эти резины нестойки к светоозонному
и тепловому старению сильно набухают (на 200 600%) при контакте с жирными
и ароматическими растворителями (бензин керосин бензол хлороформ
сероуглерод машинное масло и др.).
Специальные резины подразделяют на маслобензостойкие свето-озоно- и
химическистойкие теплостойкие и другие. Многие резины кроме основного
свойства имеют другие свойства. Например вулканизаты СКД-32 и СКФ-26
работающие при температурах - 40 +300°С теплостойкие резины кроме того
устойчивы к светоозонному и тепловому старению масло-бензостойкие и
химически стойкие даже при нагреве негорючие и стойкие к истиранию
достаточно прочные и эластичные. В машиностроении и приборостроении
различают девять классов резиновых деталей: уплотнителъные; вибро- и
звукоизоляционные и противоударные; опоры скольжения; гибкие
компенсационные проставки трубы для транспортировки газа и жидкости;
противоизносные; фрикционные детали и инструменты; несиловые и защитные;
2.4.2. Керамика. Стекло и ситаллы. Керамику получают при
высокотемпературном обжиге (спекании) изделий отформованных из смеси
различных неорганических веществ в тонкоизмельченном состоянии. Детали и
сборочные единицы широко применяют в электронике автоматике
телемеханике вычислительной технике квантовой электронике и других
отраслях приборостроения благодаря ряду замечательных свойств; морозо- и
нагревостойкости высокой механической прочности твердости малым
диэлектрическим потерям инертности к раду агрессивных сред стабильности
и надежности работы в течение длительного времени при термоударах
изменении влажности давления благодаря радиационной стойкости высоким
электроизоляционным свойствам.
По строению керамике представляет собой сложную систему состоящую из
трех основных фаз; кристаллической стекловидной я газовой.
Кристаллическая фазе (основная) представляет собой химические соединения
иди твердые растворы она определяет характерные свойство керамического
материала; стекловидная фаза находится в керамическом материале в виде
прослоек между кристаллической составляющей или обособленных микрочастиц и
выполняет роль связующего вещества; газовая фаза представляет собой газы
содержащиеся в порах керамики. Поры ухудшают свойства керамики особенно
при повышенной влажности.
Свойства керамики зависят от состава смеси (химического и процентного
соотношения веществ) режима обработки.
По применению керамику подразделяют на традиционную (кирпич плитки и
др.) новую техническую и электротехническую. Традиционную керамику здесь
Новая техническая керамика по составу подразделяется на окисную и
бескислородную. По степени огнеупорности - допустимой предельной рабочей
температуре до начала деформации керамические материалы подразделяют на
три группы: огнеупорные (I580 I770°C) высокоогнеупорные
(1770 2000°С) высшей огнеупорности (> 2000°С).
Керамика чистых окислов изготовляется из тонкодисперсиых порошков
чистых высокотемпературных специально синтезированных окислов алюминия
циркония бериллия магния кальция тория урана церия. Такая керамика
однокомпонентна и состоит почти из кристаллической фазы и поэтому
отличается высокой степенью плотности (почти нулевая пористость) и
теплопроводности высокой температурой плавления термической и химической
стойкостью жесткостью.
Термические свойства керамики определяются: температурой плавления
tпл= 2000 3300°С и рабочей температурой tpаб =(08 09) tПп
температурными коэффициентами линейного расширения ТКЛ(85 138)(10-6K
которые с повышением температуры увеличиваются удельной теплоемкостью "С
и коэффициентом теплопроводности (с= 0042 0120 Джкг(К λ =
(124 256) Вт(м(К); электропроводностью которая невелика и у
большинства окислов удельное объемное сопротивление при 1000°С около 104
Ом(м (исключение составляет U02 с электросопротивлением 103 Ом.м) и оно
снижается при повышении температуры; химические свойства: как правило
большинство окисных керамик имеют высокую кислото- и щелочестойкость
(однако спеченные BеО MgO и СаО растворяются в кислотах) при повышении
температуры теряется масса (испаряется) керамических материалов; стойкость
к ионизирующим излучениям - сильное действие на окисные керамики оказывают
быстрые нейтроны при интегральном потоке 1020 нейтронсм2 и выше - и λ-
излучения действуют значительно меньше в результате этих воздействий
уменьшается плотность и увеличивается объем уменьшаются механическая
прочность тепло- и электропроводность изменяются оптические свойства
изменение свойств окисной керамики в результате облучения полностью
устраняется отжигом; механические свойства керамики определяют предел
прочности при сжатии и изгибе обычно ИЗ (13 12)СЖ а В(15
5) сж СЖ (10 3000) МПа. Керамика хрупкий материал прочность
керамики снижается при повышении пористости и температуры коэффициент
Пуассона 025 035 модули сдвига G = 04Е и упругости Е = (382 140)
В производстве изделий наиболее широко применяют следующие виды
окисной керамики: корундовая (с кристаллической модификацией α-A2O3)
керамика используемая в электротехнических электровакуумных электронных
изделиях и других случаях; двуокись циркония ZrO2 применяемая как
тугоплавкий материал (2500°С) для тиглей при плавке тугоплавких веществ и
др.; окись бериллия BеО благодаря высокой теплопроводности и
теплостойкости легкости и вакуумплотности наилучшим образом отвечает
современным требованиям электронной техники.
Бескислородная керамика представляет собой керамику высшей
огнеупорности твердости и износостойкости; у некоторых видов tnn
00°C твердость близка к твердости алмаза. Соединения металлов
переходных групп с металлоидами (СМSi В) обладают металлическими
свойствами и называют металлоподобными соединения двух металлоидов
имеющие свойства неметаллических материалов называют неметаллическими
(карбид кремния нитрид бора и др.). Металлоподобные бескилородные
соединения (нитриды многие карбиды и некоторые бориды переходных
металлов) имеют кристаллическую структуру с внедренными атомами
металлоидов в кубическую или гексагональную решетку. Структуры
неметаллических соединений (боридов и силицидов переходных металлов)
некоторых карбидов (SiC ) и нитридов являются сложными слоистыми и
цепочечными. Керамики этого типа - неметаллические и обладают или
металлической проводимостью (бориды) или полупроводниковыми свойствами
(SiC CrSi2 и др.) чаще высоким электросопротивлением. Сопротивление
окислению при высоких температурах у бескислородных керамик выше чем у
соответствующих металлов. Прочностные свойства бескислородных керамик
изучены недостаточно их испытывают в основном на сжатие и изгиб для
некоторых из них В=(04 06)ИЗ. Карбиды отличаются наивысшими
температурами плавления (до 1890 3890°С) и твердости среди
бескислородных керамик.
Наибольшее значения в промышленности получили карбиды кремния
титана бора. Карбид кремния SiС (карборунд) с жаростойкостью 1500 1600°С
применяют в высокотемпературных процессах для изготовления нелинейных
электросопротивлений печей и др. Благодаря высокой твердости карборунд
применяют в качестве абразива. Прочность карборунда составляет (1 14)
ГПа. Карбид бора ( tnn = 2470°С α = 45(10-6К-1 при 25 2000°С Е = 450
ГПа твердость близка к твердости алмаза) используют в виде порошка для
шлифования и полирования стальных инструментов и для доводки инструментов
из твердого сплава. Бориды имеют высокие твердость температуру плавления
(3250°С у ZrВ2 2200°С у CrB2) термостойкость и более высокую температуру
начала окисления по сравнению с карбидами и нитридами. Распространено
применение диборидов тугоплавких металлов например диборид циркония
легированный диcицилидом молибдена обладает высоким сопротивлением
окислению (≤ 1980°С) и отличной стойкостью к термоударам из-за низкого
температурного коэффициента объемного расширения имеет сравнительно
высокую электропроводность ρv =(12 57).10-4Ом(м. Нитриды имеют
температуру плавления от 600 (Mo2N) до 3205°С (у TiN). Нитрид бора (BN)
термостоек благодаря высокой теплопроводности химически стоек в
нейтральной и восстановительной атмосфере перспективен в качестве
материала для бортовой электронной аппаратуры а при I400 I500°C давлении
в десятки гигапаскалей в присутствии катализатора может быть приведен в
алмазоподобную кубическую структуру с температурой плавления 3000°С -
эльбор при твердости алмаза эльбор обладает в 2 раза большей
теплоемкостью и стоек к окислению до температуры 1900 2000°С (у алмаза
окисление начинается при 800°С). Силициды (с температурой плавления от
00°C у CrSi2 до 2200°С у ТАSi2) по ряду физико-химических свойств
подобны карбидам и боридам но отличаются от них полупроводниковыми
свойствами важнейшее их свойство как и других кремнийсодержащих
бескислородных керамик жаростойкость (рабочая температура до
00 1700°С); известны следующие соединения МoSi2 и MoS2. Дисицилид
молибдена имеет сложную структуру состоящую из двух слоев атомов кремния
и одного слоя молибдена имеет низкое электросопротивление из-за малого
коэффициента трения его применяют в качестве сухой смазки при температуре
00°С работает несколько тысяч часов в качестве стабильного
электронагревателя. Дисульфид молибдена обладает высокими антифрикционными
свойствами (применяют и как сухую вакуумстойкую смазку интервал рабочих
температур на воздухе - 150 425°С в вакууме - 1100°С и в среде
инертных газов - 1540°С немагнитен электропроводен стоек к ядерной
радиации водостоек стоек к инертным маслам кислотам и металлическим
поверхностям и растворяется только в крепких НС
начинает окисляться при + 400 427°С. Слоистая структура MoS2
обеспечивает хорошую его адгезию к поверхности металла наименьший по
сравнению с другими смазками коэффициент трения (0032) и отсутствие
схватывания даже однородных металлов.
Электротехническая керамика подразделяется на две основные группы:
установочную и конденсаторную.
Установочную керамику используют для изготовления плат панелей
каркасов катушек изоляторов и др. К большинству этих изделий предъявляют
требования: малые диэлектрические потери высокое напряжение пробоя
нагрево- морозо- влагостойкость и механическая прочность. Материалы с
высокой температурной стабильностью диэлектрической проницаемости можно
получать комбинацией веществ с положительным и отрицательным
температурными коэффициентами. Применяемые в производстве виды
установочной керамики: электрофарфор (30% каолина-белой глины 20%
огнеупорной глины 25% кварцевого песка 25% полевого шпата) радиофорфор
корунд-мйуллитовая керамика цельзиановая керамика ультрафорфор
алюминоксид стеатиты. Недостатками электрофарфора (большие
диэлектрические потери возрастающие с повышением температуры малая
прочность на изгиб) не обладают другие вышеназванные установочные
керамики. Керамику изготовляют плотной или пористой.
Кондесаторная керамика. Эта керамика должна обеспечивать возможно
более высокое значение диэлектрической проницаемости что позволяет
снизить габариты конденсаторов и уменьшить их массу. Конденсаторная
керамика может иметь температурный коэффициент диэлектрической
проницаемости изменяющейся в широких пределах от положительных до
отрицательных значений. К конденсаторной керамике предъявляют следующие
требования: нагрево- морозо- и влагостойкость; отсутствие старения;
высокая прочность и надежность контакта металлических обкладок (слоев
серебра) с диэлектриком; малые диэлектрические потери; возможность легкого
формирования изделий различной сложности формы; возможность подбора
заданного температурного коэффициента емкости. Основой большинства видов
конденсаторной керамики является двуокись титана TiO2 . Конденсаторную
керамику подразделяют на четыре класса. К первому классу относят керамику
с большей диэлектрической проницаемостью ( = 65 1905 большим
отрицательным температурным коэффициентом емкости ( αΣ = -(700 1300)(
-6 К-1 малыми диэлектрическими потерями ( tg( = 6.10-11 ); керамика
этого класса содержит большое количество . Керамика второго класса
содержит более низкие значения αΣ и . Основу этой керамики составляют
с добавками ZrO2 MgO или оловинат кальция СaSnО3. Керамические материалы
третьего класса составлены на основе титаната никеля NiTiO3У керамических
материалов этих классов типа сегнетоэлектриков особенно высоки значения
диэлектрической проницаемости (= 103 105). Основное свойство
сегнетоэлектриков - спонтанная поляризация которая под действием внешнего
электрического поля становится направленной проявляющаяся только в
определенном интервале температур и при превышении максимальной
температуры спонтанная поляризация исчезает а диэлектрическая
проницаемость становится наибольшей. Близкими к сегнетодиэлектрикам
являются пироэлектрики представляющие собой диэлектрики поляризованность
которых возникает и меняется при равномерном нагреве и охлаждении.
Некоторые сегнетоэлектрики обладают пьезоэлектрическими свойствами
(материалы поляризованность которых возникает и меняется при механическом
воздействии на них). Сегнетоэлектрики применяют для конденсаторов большой
емкости пьезоэлектрических преобразований в микрофонах звукоснимателях
излучателях приемниках ультразвука датчиках давления и вибрации
диэлектрических усилителях модуляторах и других устройствах с большой
нелинейной поляризацией счетно-решающих машинах. К четвертому классу
относят диэлектрики длительное время сохраняющие поляризацию и создающие
остаточное электрическое поле после снятия внешнего электрического поля -
электреты. Электреты - это аналоги постоянных магнитов. В настоящее время
распространены электреты на основе СаTi03. Электреты можно использовать
как основной элемент в генераторах переменного тока дозиметрах радиации
измерителях давления воздуха и влажности пылеуловителях электрометрах
без источника напряжения и др.
Стекло и ситаллы. Неорганическое стекло представляет собой
особого вида затвердевший раствор -сложный сплав высокой вязкости
кислотных и щелочных окислов. В состав стекол входят стеклообразующие
окислы кремния бора фосфора германия мышьяка натрия калия лития
кальция магния бария алюминия железа титана бериллия и др.
В зависимости от химической природы стеклообразующего вещества стекла
делят на силикатные (SiO2) алюмосиликатные (Al2O3- SiO2)
алюмоборосиликатные (Al2O3-B2O5 -SiO2) алюмофосфатные (Al2O3-P2O5) и др.
По содержанию модифицирующих веществ стекла бывают щелочными (содержащими
окислы NaO2 KO2) бесщелочными и кварцевыми. По назначению стекла
подразделяют на технические (оптическое светотехническое приборное и
др.) строительное и бытовое.
Техническое стекло чаще всего относится к алюмоборосиликатной группе
и отличается разнообразием входящих в него окислов. Промышленность
выпускает стекло в виде готовых изделий заготовок или отдельных деталей.
При нагревании стекло размягчается в некотором температурном
интервале (у промышленных силикатных стекол 425 800°С) который зависит
от состава стекол а затем плавится. При температуре выше верхней точки
температуры размягчения выполняют все технологические процессы переработки
стекломассы в изделия.
Механические свойства: высокое сопротивление сжатию СЖ= 500 2000
МПа низкий предел прочности при растяжении и изгибе В = 30 90 МПа
коэффициент Пуассона 018 026 твердость по шкале Мооса 5 7 единиц
(за 10 единиц принята твердость алмаза). Стекла бесщелочные и кварцевые
имеют более высокие механические характеристики. Стекла светопрозрачны
пропускают до 92% видимого света коэффициент преломления 144 1806 (в
зависимости от марки стекла) кварцевые стекла пропускают электромагнитные
волны оптического спектра от ультрафиолетовых до инфракрасных лучей.
Температурный коэффициент линейного расширения (56 90)(10-7К
коэффициент теплопроводности 07 15 Вт(м(К) термостойкость 90 170°С
у кварцевого стекла 800 1000°С.
Химическая стойкость стекол зависит от образующих компонентов: SiQ2
ZкO2 TiQ2 B2О3 Al2O3 CaO MgO обеспечивают высокую химическую
стойкость a Na2OKO2 BaO PbO споcобствуют химической коррозии стекла.
Все неорганические стекла - очень хрупкие материалы они разрушаются
мгновенно без сколько-нибудь заметной пластической деформации.
Поверхность детали из стекла повреждена невидимыми трещинами
являющимися очагами хрупкого разрушения. Повреждаемость поверхности
щелочных стекол выше (на~15%) чем малощелочных. Прочность стекла можно
повысить путем удаления дефектного слоя толщиной 10 нм с помощью травления
в плавиковой кислоте или путем создания в поверхностном слое остаточных
напряжений сжатия с помощью быстрого охлаждения (закалки) стекла или при
изменении химического состава поверхностного слоя с последующей
Рабочая температура. Обычно рабочая температура не превышает
0 500°С что примерно соответствует температуре стеклования. Кварцевое
стекло можно длительное время эксплуатировать при 1100 1200°С.
Удельное объемное сопротивление при 200°С соответствует 109 1018
Ом.см соответственно для щелочного и кварцевого стекла. Поверхностное
удельное электросопротивление стекол из-за адсорбированной влаги в 10
меньше объемного и поэтому рекомендуют на поверхность стекол наносить
защитные покрытия (например кремний-органические) или использовать
химически стойкие стекла.
В чистых стеклах наблюдается преимущественно ионная поляризация
=3 2O величина с увеличением температуры возрастает.
Диэлектрические потери зависят от состава стекол tg = 910-3 практически
нулевые диэлектрические потери получают у прозрачного кварцевого стекла;
большие диэлектрические потери - у щелочных стекол. С увеличением
температуры tg увеличивается. При повышенных частотах tg стекол в
большом интервале температур остается неизменным. Электрическая прочность
стекол в переменном поле составляет 15 30 МВм; при повышении и
увеличении длительности времени подачи напряжения вероятен тепловой
Применение стекол разнообразно в зависимости от его свойств: в
переменных и постоянных конденсаторах для катушек самоиндукции в
вакуумных приборах для подложек микромодулей световодов вычислительных
машин для волокон и стеклотканей пленок например для изоляции
электромашин используют стеклянную фольгу которую изготовляют толщиной
С и т а л л ы. Ситаллы закристаллизованные стекла -
стеклокристаллические материалы получаемые при введении в расплавленное
стекло кристаллизаторов (затравки) на которых происходит рост кристаллов
основной фазы при определенной температуре кристаллизации. В отличие от
технической керамики кристаллическая структура которой присуща исходному
сырью в ситаллах кристаллическая фаза образуется целиком из гомогенной
аморфной стеклофазы в процессе обжига (ситаллизации).
В производстве наиболее распространены следующие составы ситаллов:
литиевоалюмосиликатные Li2O-Al2O3-SiO2 литиевоцинко-силикатные Li2O-ZnO-
SiO2 литиевомагнийсиликатше Li2O-MgO-SiO2 магиийалюмосиликатные MgO-
Al2O3-SiO2. Широкое применение литиевых стекол для получения ситаллов
объясняется их большей способностью к кристаллизации чем у других стекол.
По типу кристаллических фаз ситаллы бывают: с низким температурным
коэффициентом линейного расширения - сподуменовые Li2O(Al2O3(4SiO2
кордеритовые 2MgO(2Al2O3(5SiO2 и с высоким - дисициликатилитиевые
Кристаллическая структура ситаллов регулируется катализаторами.
Подбирая химический состав и режимы обработки можно получать ситаллы с
нужными физико-механическими свойствами. При размерах кристаллов меньше
длины полуволны видимого света и совпадении коэффициентов преломления
кристаллической и аморфной фазы ситаллы обладают прозначностью и их можно
использовать в качестве заменителей кварцевого стекла. Как и стекла
ситаллы не имеют пористости. Тело кристаллических зерен ситаллов обладает
повышенной прочностью и жесткостью по сравнению с хрупкой стекловидной
аморфной фазой. Малый объем стекловидной массы обеспечивает отсутствие
внутренних напряжений и трещин из-за множества границ кристаллов развитие
трещин под нагрузкой затруднено. Высокие значения модуля упругости
твердости и низкие значения коэффициента трения обеспечивают высокую
износостойкость изделий из ситаллов. Ситаллы имеют высокую
нагревостойкость (1000°С и выше). Ситаллы хорошие электроизоляторы имеют
низкий tg при высоких частотах и температурах. Диэлектрическая
постоянная невелика ( = 5 10) а при содержании сегнетоэлектрической
фазы (титанаты ниобаты и др.) она достигает высоких значений (до 2000)
она мало зависит от частоты; температурный коэффициент диэлектрической
постоянной положителен. Электрическая прочность ситаллов выше
электропрочности стекол.
Ситаллы применяют как подложки микромодулей печатных схем
малогабаритных кондесаторов высоковольтных и высокочастотных изоляторов
приборов с ультрафиолетовым излучением световых ячеек деталей
вычислительных машин и т.д.
2.4.3. Пленкообразующие материалы. Пленкообразующие материалы -это
растворы или расплавы олигомеров полимеров или неорганических композиций
которые после нанесения их на поверхность и последующего высыхания
образуют твердые пленки прочно сцепляющиеся с поверхностью. В состав
пленкообразующего вещества часто веодят различные добавки: пластификаторы
наполнители отвердители катализаторы красители и др.
По назначению пленкообразующие материалы делят на: клеи применяемые
для соединения различных материалов; герметики применяемые для уплотнения
и герметизации различных конструктивных элементов приборов и
радиоэлектронной аппаратуры; лакокрасочные материалы используемые для
электроизоляции защиты от коррозии теплозащиты и декоративно-отделочных
покрытий; компаунды -пропиточные и заливочные составы служащие для
влагозащиты повышения диэлектрических и механических свойств в
электрорадиоприборах и аппаратах.
Основой пленкообразующих материалов могут быть термопластичные
полимеры синтетические и природные смолы растительные масла каучуки
эфиры целлюлозы битумы белки и др. Основное требование к
пленкообразующим материалам - адгезия т.е. способность сцепляться с
поверхностью на которую они нанесены. В основе процесса адгезии
пленкообразующего вещества находится комплекс физико-химических и
механических явлений на границе с подложкой: силы межмолекулярного
взаимодействия электрическое притяжение диффузия молекул полимера и
иногда химическое взаимодействие; кроме того необходимо чтобы силы
адгезионного притяжения были больше сил когезии (сил взаимодействия между
атомами в объеме пленкообразующего материала). Такие материалы принадлежат
к лучшим пленкообразователям для данного материала.
Адгезия пленкообразующего материала зависит от полярности
молекулярной массы наличия пластификаторов вида и характера подготовки
поверхности. Высокая адгезия пленкообразующих содержащих полярные группы
объясняется ориентацией молекул на границе с подложкой и электрическим
притяжением к покрываемой поверхности. У пленкообразующих материалов с
высокой молекулярной массой (полихлорвинил нитроцеллюлоза полистирол)
адгезия невелика из-за высокой прочности самой пленки больших сил
межмолекулярного взаимодействия снижающих подвижность молекул и их
ориентацию на поверхности подложки. У пленкообразующих материалов с малой
молекулярной массой (олигомеры) полярные группы в пограничном слое легко
ориентируются и собираются на поверхности подложки создают высокую
адгезию при низкой когезии. Образование же у олигомеров при отверждении
поперечных связей обеспечивает одновременно высокую адгезию и прочность
Быстрое испарение растворителей и большая усадка пленки при высыхании
создают внутренние напряжения и уменьшают адгезию; введение
пластификаторов снижает величину внутренних напряжений и увеличивает
Адгезия пленкообразующих материалов к черным металлам выше чем к
цветным металлам (меди алюминию цинку магнию и др.).
Хорошо подготовленная поверхность обеспечивает высокую адгезию.
Подготовка поверхности заключается в зачистке ее и обезжиривании.
Шероховатая поверхность обеспечивает механическое сцепление пленки с
подложкой и увеличивает адгезию. Обезжиривание увеличивает смачивание и
тем самым увеличивает силу сцепления пленки с подложкой.
В зависимости от свойств образующиеся пленки подразделяют на
обратимые и необратимые. Обратимые пленкообразующие материалы (на основе
термопластов эфиров целлюлозы битумов) "высыхают" при испарении
растворителей без изменения формы молекул. У необратимых пленкообразующих
(на основе растительных масел каучуков синтетических и некоторых
природных смол) при испарении летучих веществ происходят химические
превращения линейных молекул в сетчаторазветвлённые.
4.4.4. Клеи. Клеи широко используют для неразъемного соединения
элементов конструкций из разнородных материалов. При этом обеспечивается
герметичность стойкость против коррозии электрозвукоизоляционные
свойства отсутствие концентраторов напряжений вибростойкость сплошность
соединения. Недостатками клеевых соединений являются: относительно низкая
теплостойкость большинства клеев малое сопротивление отдиранию старение
необходимость термообработки клеевого шва на отверждаемых смолах.
Применяют и комбинированные соединения: клеесварные и клеезаклепочные.
По назначению клеи разделяют на универсальные применяемые для
соединения большинства используемых материалов и специальные обладающие
избиральной клеящей способностью. Клеи бывают горячей и холодной сушки
(отверждения). Клеевые соединения полученные холодной сушкой имеют
обычно более низкую прочность особенно при повышенных температурах;
нагревание обеспечивает повышенную прочность благодаря более полному
отверждению смолы. Отверждаемые клеи бывают одно- и многокомпонентные.
Однокомпонентные клеи поставляют потребителям в готовом виде
многокомпонентные (чаще всего двухкомпонентные) в виде нескольких
составных частей каждую из которых можно хранить длительное время.
Для обеспечения высокой прочности клеевого соединения необходимо:
применять клеи смачивающие поверхность соединяемых материалов; полярные
материалы склеивать полярными клеями неполярные - неполярными клеями; при
затвердевании клея исключать возможность возникновения в нем остаточных
напряжений; клеевая прослойка не должна быть жестче склеиваемых
материалов. Качество клеевого соединения зависит и от технологических
параметров: качества подготовки поверхности количества наносимого клея
(толщины слоя) режима отверждения (температуры давления времени).
Металлы чаще всего склеивают клеями горячего отверждения реже -
клеями холодного отверждения.
В зависимости от теплостойкости и условий работы различают следующие
-клеи невысокой теплостойкости (длительное воздействие температуры до
* клеи средней теплостойкости (работоспособные до I25 I50°C): BK-I ВК-32-
* клеи теплостойкие (работоспособные до 180 350°C): BK-32-200 BC-IOT ВК-
* клеи высокотеплостойкие (кратковременно выдерживающие температуру до
00°С): ВК-2 ВК-8 BK-10 и др.
Кроме смоляных клеев используют клеи на основе каучуков или их
композиций со смолами: 4НБ-Ув - на основе хлоропренового каучука KP-5-I8
и KP-5-I8P - на основе нитрильного каучука и фенолорезольной смолы 88НП -
хлоропренового каучука и фенолоформальдегидной смолы. Для работы при
низких температурах применяют вулканизирующиеся при комнатной температуре
силоксановые каучуковые эпоксиполиамидные эпоксифенольные
полиуретановые и некоторые другие клеи.
Стойкими к старению и широко применяемыми являются клеи на основе
цианакрилатов - циакрины ЭО №87 ЭО № 170; прочность этих клеев при
хранении возрастает.
Основные свойства клеев: предел прочности при сдвиге В = 10 30
MПa при равномерном отрыве В = 15 75МПа теплостойкость 6 125°С
водостойкость - хорошая и удовлетворительная температура склеивания
400°С склеиваемые материалы - металлы и неметаллические материалы.
Неорганические высокотеплостойкие клеи представляющие собой особую
группу состоят из неорганического растворителя (вода водные растворы
кислот щелочей солей неводные среды) и растворяемого минерального
неметаллического или металлического порошка. Клеи этой группы: фосфатные
керамические металлические и др. Фосфатные клеи (клеи - цементы)
изготовляют на основе фосфатной кислоты и ее производных (связка). К
связке добавляют наполнители (например Al2O3каолин металлические
порошки). Алюмофосфатные клеи затвердевают при 270 300°С в течение 2 6
ч.; теплостойкость - I300°C В = I 3 МПа. Высокую теплостойкость имеют
керамические клеи - фритты представляющие собой тонкие суспензии
неорганических компонентов ( MgO Al2O3 SiO2 и других окислов щелочных
металлов) в воде; работают клеи этой группы при 500 1000°С и выше.
Металлические клеи состоят из смеси жидкого металла (свинца галлия)
имеющего низкую температуру плавления и порошка более тугоплавкого
металла; это обеспечивает получение твердого раствора с высокой
температурой плавления. Такие клеи переходят в твердое состояние при
комнатной температуре.
2.4.5. Герметики. Герметики это композиции на основе полимеров и
олигомеров применяемые в болтовых клепаных и других соединениях с целью
обеспечения герметичности контейнеров с радиоаппаратурой
электроприборами различных коммуникаций трубопроводов радиаторов и др.
Герметики представляют собой замазки пасты или растворы их основы в
органических растворителях. Герметизация создается в результате
отверждения (вулканизации) основы или образования пленки после испарения
растворителя. Требования к герметикам: они должны обладать как и все
пленкообразующие вещества хорошей адгезией и когезией а также быть
непроницаемыми для различных сред не должны корродировать с
контактирующими материалами; желательно холодное отверждение их и
отсутствие растительного растворителя.
Распространены герметики на основе полисульфидов (тиоколов) и
кремнийорганических полимеров применяют также герметики на основе
фторсодержащих бутадиеннитрильных уретановых и других насыщенных
каучуков и на основе эпоксидных фенолоформадегидных и других смол.
Основные свойства герметиков: плотность- 1000 3200 кгм3 предел
прочности 15 14 МПа относительное удлинение 150 700% усилие
отслаивания 13 60 Нсм рабочая температура 70 300°C рабочая среда:
высокотемпературная воздушная химически агрессивная смазка.
2.4.6. Лакокрасочные материалы. Эти материалы представляют собой
растворы пленкообразующего с добавками обеспечивающими после нанесения их
на подложку образование твердой пленки - лакокрасочного покрытия.
Лакокрасочные покрытия защищают изделия от воздействия внешней среды и
служат в качестве электроизоляционных и декоративно-отделочных материалов.
Защитные лакокрасочные материалы и покрытия должны быть механически
прочными гибкими влагонепроницаемыми должны иметь хорошую адгезию. По
назначению покрытия могут быть атмосферо- химически- и теплостойкими
стойкими к действию радиации тропического климата и других факторов.
Лакокрасочные материалы подразделяют на лаки эмали грунты и шпатлевки.
Лаки - растворы пленкообразуюидах веществ (иногда с добавками
красителей); лаки содержащие неорганические пигменты называют эмалевыми
красками или эмалями. Пигменты влияют на свойства покрытий: придают
непрозрачность повышают механическую прочность некоторые пигменты
повышают противокоррозионную стойкость подложки являясь ингибиторами
(замедлителями) коррозии. Механизм замедления коррозии пигментами может
быть различным: свинцовый сурик содержащий окись свинца замедляет
коррозию на поверхности черных металлов вследствие образования
нерастворимого гидрита окиси железа; хроматные пигменты - цинковые и
стронциевые кроны - являются универсальными замедляющими коррозию стали и
легких сплавов (алюминиевых и магниевых) образующимися при покрытии
окисными пленками; цинковые пигменты (цинковая пыль) создают на
поверхности железа (стали) при проникновении влаги протекторную защиту;
ряд пигментов (цинковые белила свинцовые кроны) поглощающая
ультрафиолетовые лучи защищают лакокрасочную пленку от разрушения;
алюминиевая пудра отражает эти лучи повышает влагонепроницаемость и
предохраняет пленку от разрушения; белые пигменты металлические порошки
отражают 95 98% падающего на них света и поддерживают на окрашенной
поверхности температуру на 15 30°С меньшую чем на других покрытиях. В
эмалях содержится до 100 150% пигмента (на 100% пленкообразующего).
Грунты содержат 70 80% пассивирующих пигментов (иногда с добавкой
наполнителя) и образуют первый слой покрытия создающий надежное сцепление
с окрашиваемой поверхностью; грунты должны обладать хорошей адгезией
защищать от коррозии и заполнять поры и др.
Шпатлевки - имеют пастообразную консистенцию и содержат до 200%
пигментов и красителей их применяют для выравнивания поверхности.
Надежная защита поверхности обеспечивается многослойным покрытием:
последовательным нанесением на поверхность грунта шпатлевки эмали и
Основные свойства лакокрасочных материалов и покрытий определяются
пленкообразующими веществами. По виду пленкообразующие лакокрасочные
материалы делят на масляные битумные смоляные эфироцеллюлозные.
Масляные лакокрасочные материалы. Пленкообразователем в таких
материалах являются растительные масла (высыхающие и полувысыхающие)
представляющие собой сложные эфиры глицерина и органических кислот
(глицериды). При высыхании масла происходит присоединение кислорода
воздуха (по месту двойных связей имеющихся в молекулах глицеридов) с
образованием сетчатой структуры - происходит необратимое сшивание
пленкообразователя. Чем больше образовывается двойных связей тем быстрее
протекает процесс высыхания. Для ускорения высыхания масла прогревают
(варят) с целью частичной полимеризации и вводят катализаторы (сиккативы):
соли и окислы поливалентных металлов (кобальта марганца свинца). Вареное
масло с сиккативом называют олифой. Масляные покрытия обладают хорошей
адгезией эластичностью виброустойчивостыо и имеют невысокую тепло- и
водостойкость низкую химическую стойкость и медленно сохнут. В чистом
виде их поэтому мало применяют часто их применяют со смолами и битумами.
Битумные и масляно-битумные лаки и краски. Битумы - это смесь
углеводородов различной консистенции. В лакокрасочной промышленности
используют в основном тугоплавкие нефтяные (гудрон пеки) и природные
битумы (асфальты) с температурой плавления I25 I50°C. Битумы
термопластичны аморфны хрупки при низких температурах нерастворимы в
воде и спирте негигроскопичны стойки к действию кислот и щелочей. Битумы
часто совмещают с маслами и в этом случае покрытия обладают хорошими
электроизоляционными свойствами и теплостойкостью до 130°С кислотостойки
а с добавкой алюминиевой пудры термостойкость увеличивается.
Смоляные лаки и эмали. Смоляные лакокрасочные материалы - это
растворы смол (синтетических и природных) в органических растворителях. По
сравнению с масляными смоляные покрытия обладают более высокой адгезией
более химически- влаго- и атмосферостойки однако многие обладают
хрупкостью. Поэтому смоляные лаки модифицируют растительными маслами или
пластификаторами. Природные смолы: канифоль шеллак янтарь даммара;
синтетические смолы: любые растворимые термопластичные (перхлорвиниловые
акриловые полистирольные и др.) и отверждаемые (фенолоформальдегидные
эпоксидные алкидные кремний-органические полиуретановые и др.) смолы.
Эфироцеллюдозные термопластичные лакокрасочные материалы приготовляют
на основе нитроцеллюлозы этилцеллюлозы ацетшщеллюлозы и
ацетобутиратцеллюлозы. Нитроцеллюлоза хорошо растворяется в ацетоне
кетоне эфирах и после покрытия поверхности быстро высыхает (~ 30 мин.)
отличается блеском хорошей твердостью достаточной атмосферостойкостью
маслобензостойкостью; недостатки нитролаков и нитроэмалей - высокая
горючесть низкая теплостойкость и неустойчивость к действию
ультрафиолетовых лучей. Нитролаки применяют для окраски приборов станков
деревянных поверхностей и др.
Электроизоляционные лаки и компаунды по виду применения делят на
пропиточные покровные и клеящие.
Пропиточные лаки используют для пропитки пористой и волокнистой
изоляции с целью вытеснения воздуха и влаги из пор и промежутков между
волокнами и как следствие этого повышения нагрево- и влагостойкости
электропрочности и механической прочности изоляции. Пропитку выполняют
лаками для пропитки тканей и бумаги с целью получения лакоткаии и
Покровные лаки используют для оборазования на поверхности изоляции
гладкой механически и электрически прочной стойкой к действию воды и
химических реагентов пленки. Специальные виды покровных лаков - эмаль-
лаки их наносят на проволоку для изоляции (при этом получают эмаль-
Клеящие лаки используют для склеивания различных частей изоляции и
приклеивания изоляции к металлу. Эти лаки должны иметь максимальную
адгезию к склеиваемым материалам и эластичность лаковой пленки. Указанное
разделение электроизоляционных лаков на три группы условное так как один
и тот же материал может выполнять различные функции например пропитывать
и склеивать слои ткани. Электроизоляционные лаки могут быть изготовлены на
основе растительных масел битумов эфиров целлюлозы термопластов и
отверждаемых смол. Для декоративной отделки тонких и гибких стенок
корпусов радиотехнических аппаратов и приборов применяют покрытия с
морщинистым рисунком (эмаль "муар") позволяющие скрывать неровности
поверхности без применения шпатлевок. Молотковые эмали широко применяют
для окраски приборов они образуют на поверхности узор напоминающий
чеканку молотком. Эти эмали изготовляют на основе меламиноформальдегидных
смол пигментированных алюминиевой пудрой узорообразователем являются
высокомолекулярные кремнийорганические соединения. Рисунок "чеканки
молотком" проявляется через I 2 минуты после окраски. Окончательная
сушка выполняется при температуре 100 120°С в течение 30 мин. Пленка
отличается высокой прочностью пластичностью и атмосферостойкостъю.
Компаунды - это смеси полимеров (иногда с добавками минеральных
наполнителей) которыми в жидком виде пропитывают заливают или обмазывают
изделия (конденсаторы электрические обмотки полупроводниковые
выпрямители кабельные муфты). Компаунды жидкие в момент применения в
последующем затвердевают: компаунды на основе термопластов - при
охлаждении расплава на основе реактопластов - чаще при нагреве вследствие
химической реакции полимеризации. Преимуществом компаундов перед
электроизоляционными лаками является отсутствие летучих растворителей
обеспечивающее получение плотной герметичной изоляции имеющей высокую
влагостойкость электрическую прочность вибростойкость. Нагревостойкость
компаундов увеличивается при введении в них минеральных наполнителей (чаще
всего пылевидного кварца). Компаунды приготовляют на основе битумов
полистирола полиуретана эпоксидных полиэфирных кремийогранических смол
2.4.7. Пленочные материалы. Пленочные материалы - это тонколистовые
гибкие прозрачные преимущественно синтетические полимеры; толщина пленок
1 010 мм (иногда до 0002 и 05 мм) и изготовляют их из
термопластов. Основные свойства пленок: плотность 890 1420 кгм3 предел
прочности при растяжении в продольном направлении 10 20 МПа
относительное удлинение в продольном направлении 10 600%
влагопроницаемость 001 10 кг (М(Па)(10-5 гигроскопичность 001 3%
диэлектрическая проницаемость при 20°С и частоте поля 1 кГц 2 39
удельное электросопротивление при 20°С 1010 1017 Ом.м электрическая
прочность при 20°С 15 350 МВм рабочая температура 70 250°С.
Наибольшее применение нашли пленки на основе смол полистирола (обозначают
их ПС) полипропилена (ПП) фторлона - 4 (ПТФЭ) полиэтилена (ПЭ)
триацитата целлюлозы (ТАЦ) лавсана (ПЭЛФ) поликарбоната (ПК) полиамида
(ПАМ) полиимида (ПИМ) полиуретана (ПУ) поливинилхлорида (ПХВ) фторлона
- З(ПТФХЭ). В электротехнике и радиоэлектронике пленочные материалы широко
применяют в качестве диэлектриков (конденсаторов обмоточных и монтажных
проводов кабелей пазовой изоляции электрических машин). Пленки применяют
и в комбинации со специальными сортами бумаги картона стеклянными
асбестовыми и синтетическими волокнами и тканями также наклеивают на
пленки очень тонкие чешуйки стекла и слюды.
2.5. Волокнистые материалы. К волокнистым материалам используемым
в технике относят текстильные волокна и нити изготовленные из них
нетканые материалы бумага войлок и др.
Волокна вытянутые в длинные и тонкие нити; цепи макромолекул
волокнообразующего полимера получают преимущественную ориентацию в
направлении продольной оси; в этом же направлении ориентируются трещины и
другие дефекты которых в ограниченном сечении очень мало. И поэтому
прочность волокна во много раз выше прочности исходного изотропного
(неориентированного) материала например прочность на растяжение
стеклянного волокна в 100 раз выше прочности массивного стекла. Это
свойство волокон используют в производстве композиционных материалов на
основе смол эластиков и неорганических (керамических и металлических)
основах - матрицах где они используются как каркасирующие усилители.
Волокна по составу делят на органические и неорганические по длине -
на короткие (длиной до десятков миллиметров) и длинные (длиной до I 2 м)
и непрерывные (длина определяется емкостью материала). За единицу линейной
плотности (толщины) волокон и нитей принят "текс" (Т) - число граммов
массы в I км длины. Обычно толщина волокна составляет 01 03 текса
(20 30 мкм) для толстых непрерывных мононитей 100 200 тексов (до
Органические волокна разделяют на природные искусственные и
синтетические. В производстве используют хлопковые льняные шерстяные
шелковые вискозные ацетатные полиамидные (капроновые амидные
этанатные) полиэфирные (лавсановые) полиакрилнитрильные (нитронные)
пропиленовые политетра-фторэтиленовые волокна имеющие следующие
свойства: плотность (объемная) - 900 2300 кгм3 влагосодержание -
14% температура потери прочности 90 330°С разрывная длина
(наибольшая длина свободно подвешенной за один конец нити при которой она
еще не разрывается под действием собственного веса) - 5 67 км модуль
упругости - 12 195 ГПа относительное удлинение упругого
деформирования 15 8% и разрыва 2 26%; нестойкость к действию света
кислот щелочей фенола крезола ароматических и хлорированных
углеводородов у каждого волокна различна.
Природные органические целлюлозные волокна растительного
происхождения хлопок и лен находят наибольшее применение в производстве
технических изделии (тканей лент ремней крученых изделий) и усилителей
пластмасс резин и др. Лен как наиболее прочное жесткое и дорогое
волокно применяют для изготовления ремней крученых изделий (грубых
тканей парусин). Хлопок является универсальным волокном используемым для
изготовления большого количества различных изделий. Природные волокна
животного происхождения шерсть и шелк; первый применяют для изготовления
войлока тканей и др. второй применяют для изготовления изоляционных
оплеток проводов и других целей.
Искусственные волокна (обычно получают из органических природных
высокомолекулярных соединений - целлюлозы вырабатываемой из древесины
отходов хлопкового производства белков растительного и животного
происхождения - казеина зеина и др.) вискозное и ``````````````````
Рис.2.1 2.2 2.3 к главе 2
Гоцеридзе Р.М. Ковалёв В.Г. Технология атериалов в приборостроении
Рис.2.4 2.5 к главе 2
Подписи к рисункам Главы2
(Гоцеридзе Р.М. Ковалёв В.Г. Технология атериалов в приборостроении)
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ В ПРИБОРОСТРОЕНИИ
1. Свойства материалов
2. Конструкционные материалы
2.1. Чёрные металлы и их сплавы
2.2. Цветные металлы и сплавы ни их основе
2.3. Сплавы с эффектом "памяти механической формы"
2.4. Неметаллические материалы
2.4.1. Неметаллические материалы. Каучук и резина
2.4.2. Керамика. Стекло и ситаллы
2.4.3. Плёнкообразующие материалы
2.4.6. Лакокрасочные материалы
2.4.7. Плёночные материалы
2.5. Волокнистые материалы
2.6. Композиционные материалы
2.6.1. Металлические композиционные материалы
2.6.2. Полимерные композиционные материалы
2.6.3. Керамические композиционные материалы
2.6.4. Дисперсионно-упрочняемые композиционные
2.6.5. Псевдосплавы
2.7. Наноматериалы и нанотехнологии
2.7.1. Наноматериалы и их свойства.
2.7.2. Нанотехнологии
Твёрдое агрегатное состояние
Жидкое агрегатное состояние
Высоко эластичное состояние
Кристаллическое (твёрдое фазовое состояние
Аморфное жидкое состояние

РK2-08.RTF

Процессы протекающие в металлах и
сплавах в случае деформирования при
повышенных температурах. Можно ли
путем горячего деформирования
улучшить эксплуатационные свойства
Технологические требования к
конструкции деталей в порошковой
Преимущества и недостатки одно- и
двукратного обжига в производстве
технической керамики.
Влияние горячей пластической
деформации на свойства металлов и
сплавов. Как влияет горячая
пластическая деформация на
эксплуатационные свойства металлов и
сплавов? Может ли возникнуть
Преимущества и недостатки различных
схем получения порошков и керамики.
Виды и назначение дополнительных
операций в порошковой металлургии.
Понятие о процессе рекристаллизации;
можно ли снять остаточные напряжения с
помощью рекристаллизации? Если да то
Разновидности природных и
искусственных исходных материалов для
производства керамики и ферритов и
классификация их по чистоте
химического состава.
Спекание: механизмы спекания
особенности влияние на показатели
качества деталей в порошковой
Остаточные напряжения: причины
возникновения виды влияние на
свойства материалов; можно ли их снять?
Если можно то каким(и) способом(ами)?
Основные операции технологического
процесса в производстве керамики их
назначение и краткое содержание их.
Особенности горячего прессования
порошков металлов преимущества и
Основные операции обработки
давлением. Преимущества и недостатки
горячего и холодного деформирования?
Физико-химические основы
формирования керамических изделий;
структура керамической массы роль
глинистых материалов воды и связующих.
Порошковая металлургия: способы
формирования особенности соединения
частиц различной формы форма деталей.
Материалы применяемые в листовой
штамповке: виды требования к
материалам для разделительных
операций и для формообразующих
операций. Почему нельзя в
разделительных операциях использовать
материалы предназначенные для
формообразующих операций?
Керамика: способы формования и их
Порошковая металлургия: показатели
качества изделий пути улучшения
Технологические свойства
металлических и неметаллических
материалов и влияние их на качество
деталей. Можно ли без учёта основного
технологического процесса
формообразования (формования) детали
назначать материал детали?
Преимуществанедостатки и
особенности горячего прессования в
производстве керамики.
Порошковая металлургия: свойства
порошков металлов и их влияние на
показатели качества изделий.
Раскрой листового материала:
назначение виды раскроя коэффициент
использования материала. Нужно ли
предварительно планировать раскрой
материала? Можно ли использовать
вычислительную технику для
экономичного раскроя листового
конструкции керамических деталей.
Порошковая металлургия: исходные
материалы способы получения порошков;
влияют ли эти данные на качество
Параметры качества деталей при
отрезке и влияние на них параметров
технологического процесса. Можно ли
отрезать удовлетворительного качества
полосу при её ширине менее одной
Механизмы и особенности спекания в
Порошковая металлургия: основные
операции и применяемые
технологические средства
Типы ножниц применяемых для отрезки
листа и широкой ленты точность
отрезки. От каких параметров
технологического процесса и
оборудования зависит точность отрезки
или точность отрезки не зависит от этих
параметров и оборудования?
Влияют ли и если да как и какие этапы
в производстве керамики на показатели
Порошковая металлургия : особенности
способа преимущества и отличительные
особенности отдельных типов деталей по
физическим и другим свойствам.
конструкции заготовок (деталей)
получаемых при отрезке. Какие факторы
технологического процесса оказывают
влияние на точность отрезки?
операций в производстве керамики.
Порошковая металлургия: содержание и
этапы подготовки порошков к
Влияние зазора на качество деталей
или их элементов при вырубке (пробивке)
влияет ли отношение предела текучести
к пределу прочности на точность формы.
Какие материалы называют керамикой?
Характерные особенности и свойства
Влияние параметров технологического
процесса в отдельных операциях на
показатели качества деталей из
Вырубка (пробивка): назначение
сущность точность качество
поверхности особенность формы; в чем
преимущества и недостатки простой
вырубки (пробивки) по сравнению с
чистовой вырубкой (пробивкой)?
конструкции деталей при вырубке
(пробивке); возможно ли получить между
краями отверстий металлической детали
расстояния менее 1.2 диаметра?
схем получения порошков из керамики.
Чистовая вырубка и пробивка
:назначение сущность схемы
особенности формы точность
шероховатость поверхности. В чём
преимущества и недостатки этой вырубки
по сравнению с обычной вырубкой?
Материалы обрабатываемые при
холодном выдавливании. Можно ли
выдавливанием из твёрдо-закалённой
стали получить деталь?
назначение и краткое содержание.
преимущества и недостатки (порошковая
Холодная объёмная штамповка
выдавливанием: сущность схемы
выдавливания особенности;
целесообразно ли при холодном
выдавливании изготовлять
несимметричные детали?
Физико-химические основы формования
керамических изделий: структура
керамической массы роль глинистых
материалов воды и связующих.
формования особенности соединения
конструкции детали при холодном
выдавливании; на всех ли поверхностях
детали получают одинаковое качество
поверхности? Нужна ли после прямого
обратного и комбинированного
выдавливания механообработка? Если да
то по каким поверхностям?
качества изделия пути улучшения
высадкой: назначение схема
технологические требования к
конструкции детали; возможно ли
изготовление несимметричных деталей?
Можно ли получать удлинённые
деформированные части детали?
Преимущества недостатки и
Горячая обработка металлов
давлением: виды процессов и условия их
использования оборудование и
инструмент. Когда нужно использовать
горячую обработку давлением? Можно ли
заменить горячую обработку холодной
обработкой давлением? Когда и какие
преимущества получают при горячей
обработке давлением?
Гибка: сущность особенности. Влияет
ли анизотропия металла на величину
угла пружинения и на равномерность
Вытяжка (простая): сущность
особенности формы точность качество
поверхности. Возможно ли изготовить
обычной вытяжкой несимметричную
Влияют ли и если да то как и какие
этапы в производстве керамики на
показатели её качества?
Порошковая металлургия: особенности
Вытяжка с утонением: особенность
процесса параметры качества
преимущества: есть ли преимущества
этого процесса по сравнению с
комбинированной вытяжкой?
назначение дополнительных операций в
производстве керамики.
металлургия: этапы подготовки
порошков к формованию.
Комбинированная вытяжка:
особенности параметры качества
преимущества целесообразна ли замена
комбинированной вытяжки обычной
вытяжкой и вытяжкой с утонением?
деталям получаемым обычной вытяжкой.
Можно ли получать отверстия на фланце и
донышке детали на расстоянии меньшем
радиуса сопряжения фланца или донышка
конструкции детали при гибке. Можно ли
увеличить точность формы длины
полочек и угла при гибке? Если да то
Рельефная формовка :назначение
сущность допустимая деформация.
Возможно ли получение рекомендуемых
параметров конструктивных элементов в
этом процессе на материале
рекомендуемом для разделительных
Порошковая металлургия; свойства
Отбортовка; назначение сущность;
чему ориентировочно равна высота
Керамика:способы формования и их
Правка : сущность и назначение виды
деталей подвергаемых правке. После
каких операций штамповки не применяют
назначение и краткое содержание .
Особенности горячего прессования;
преимущества и недостатки.
Комбинированная штамповка: сущность
назначение способы. Применяют ли ее в
условиях единичного и мелкосерийного
технической керамики.
Штамповка в условиях
мелкосерийного производства:
особенности способы. Целесообразно ли
в условиях мелкосерийного и единичного
производства использовать
комбинированную штамповку? 2.
параметров технологического процесса
в отдельных операциях на показатели
качества деталей из порошков металлов.

ТПС28.DWG

All`miniewyj cgkfd D16
Magniewyj splaw ML12

5Од4-07EУч.DOC

Глава 5. ОБРАБОТКА ДАВЛЕНИЕМ
Введение. Обработка давлением один из основных способов получения
заготовок и деталей в приборостроении. Широкое применение заготовок и
деталей в радиоаппаратуре изготовленных обработкой давлением обусловлено
прежде всего их малой стоимостью большой производительностью изготовления
малой материалоемкостью высокой точностью и высоким качеством поверхности.
При обработке давлением происходит частичное или полное изменение
формы заготовки за счет перераспределения её объема под действием внешних
сил. К этому виду обработки относят горячую и холодную ковку листовую и
объемную штамповку прокатку волочение ротационное выдавливание
штамповку взрывом взрывчатых веществ и газовых смесей импульсным магнитным
полем электрогидравлическую эластичными рабочими средами и др. - десятки
В основе физической сущности различных видов обработки давлением лежат
общие закономерности на основании которых возможно управление физическими
свойствами деталей и процессом формообразования.
1. Физические основы обработки давлением
Строение деформируемого металла. Все применяемые в промышленности
металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение то-есть состоят из
множества произвольно ориентированных в объеме кристаллов и кристаллитов. В
некоторых случаях кристаллы имеют преобладающую ориентацию обусловленную
технологией производства. Расположение атомов в кристалле определяется
условиями кристаллизации.
Пластическая деформация. Под действием внешних сил расстояние между
атомами меняется и при переносе атомов в новые положения устойчивого
равновесия изменяется форма заготовки - возникает пластическая деформация.
Пластическое деформирование происходит за счет двух механизмов: скольжения
и двойникования. Скольжение представляет собой параллельное смещение тонких
слоев кристалла относительно смежных (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Механизм скольжения: полосы скольжения на растягиваемом образце
(а) и схема скольжения (б)
Обычно плоскостями скольжения являются плоскости наибольшей упаковки
атомов. Пересечение плоскостей скольжения с поверхностью кристалла называют
полосой скольжения. Скольжение начинается в одном или нескольких участках
плоскости скольжения и затем распространяется на всю поверхность.
При сдвиге атомов одного слоя относительно другого величина
необходимого касательного напряжения равна
где a b - расстояние между атомами соответственно в вертикальном и
горизонтальном направлении G - модуль сдвига MПa.
Из формулы следует что сопротивление сдвигу на несколько порядков
больше действительных значений. Эти расхождения объясняются наличием
Дислокация - это несовершенства кристаллической решетки (рис.5.2)
Рис.5.2. Схема дислокации
которых являются: наличие примесей отсутствие в узлах решетки атомов
излишние атомы граница зерна между деформированной и недеформированной
частью в плоскости скольжения. Искажения в реальных кристаллах ослабляют
межатомные связи и уменьшает прочность металлов во много раз.
Двойникование - это механизм пластической деформации приводящий к
симметричному изменению ориентировки одной части кристалла относительно
другой (рис.5.3). Иногда пластическая деформация сопровождается при
двойниковании увеличением объема (например у Fe на 50%).
Рис. 5.3. Схема двойникования
Рис. 5.4. Линии скольжения на заготовке в начальный момент вытяжки
Пластическая деформация поликристалла. У поликристалла плоскости
скольжения (плоскость наибольшей упаковки атомов) в отдельных зернах
ориентированы не одинаково. И при приложении внешних сил деформация в
зернах будет происходить не одновременно; сначала в зернах с наиболее
благоприятной ориентировкой по отношению к действующему напряжению а затем
во всех остальных когда величина напряжения и для их положения достигает
максимального значения. В результате скольжения в поликристаллическом теле
на поверхности появляются линии скольжения (рис. 5.4). След скольжения
ухудшает внешний вид деталей. При дальнейшем увеличении степени деформации
вся поверхность детали покрывается линиями скольжения и поэтому их следов
Дальнейшее увеличение степени деформации приводит к вытянутости зерна
в направлении течения и повороту кристаллографических осей зерен. При
некоторой (значительной) деформации разница в направлениях
кристаллографических осей уменьшается: возникает преимущественная
ориентировка осей поликристалла которую называют текстурой. Возникновение
текстуры ведет к анизотропии всех свойств тела. Анизотропия механических
свойств отрицательно сказывается на качестве деталей расходе металла
трудоемкости изготовления изделия.
Влияние холодной пластической деформации на физико-механические
свойства. При пластическом деформировании тела с увеличением деформации:
а) изменяются механические характеристики - увеличиваются предел
упругости текучести прочности твердость; уменьшаются - относительное
удлинение (рис. 5.5) сужение ударная вязкость;
Рис. 5.5. Типовая схема изменения сопротивления деформированию с повышением
б) изменяются физические характеристики - увеличивается электрическое
сопротивление (у вольфрамовой проволоки на 30 50%) коэрцитивная сила и
гистерезис уменьшается - магнитная проницаемость магнитная
восприимчивость магнитное насыщение и остаточный магнетизм уменьшается
теплопроводность сопротивление коррозии.
Упрочнение. Совокупность всех явлений связанных с изменением
механических и физико-химических свойств материалов называют упрочнением
С увеличением деформации сопротивление деформированию увеличивается по
сравнению с начальным напряжением в два и более раза (рис. 5.5).
Степень деформации. За показатель степени деформации в обработке
давлением наиболее часто принимаю относительную или логарифмическую
деформацию. Наиболее распространено использование относительных деформаций
например для растяжения:
где lo и l - начальная и конечная длина образца при растяжении.
Деформирование при повышенных температурах. С целью уменьшения
деформирующего усилия и повышения пластичности обрабатываемый металл
нагревают. При повышении температуры деформируемого металла в нем возникают
процессы противоположные упрочнению - возврат и рекристаллизация.
При нагреве до температуры (025 030)К абсолютной температуры
плавления металла амплитуда колебания атомов при деформировании настолько
увеличивается что они могут занимать новые положения устойчивого
равновесия. Это явление называют возвратом. Возврат приводит к некоторому
уменьшению сопротивления деформированию однако не влияет на величину
форму и размеры зерна. Поэтому возврат не препятствует образованию
текстуры. С увеличением температуры скорость возврата увеличивается
увеличение скорости деформирования может уменьшить скорость возврата.
Возврат происходит также и при нагреве ранее холоднодеформированного
При температуре 04°К и более в металле протекает процесс
рекристаллизации. Рекристаллизация заключается в появлении зародышей
возникновении и росте новых зерен взамен деформированных. Возможность
рекристаллизации обусловливается при увеличении температуры повышением
энергетического баланса атомов при котором атомы получают возможность
перегруппировок и интенсивного обмена местами. При рекристаллизации
получают равноосные зерна; величина образовавшихся зерен зависит от
температуры степени деформации и скорости деформации (рис. 5.6).
Рис.5. 6. Зависимость величины зерна от степени деформации и температуры
Процессу рекристаллизации можно подвергать холоднодеформированные
Влияние горячей пластической деформации на свойства металла. Заготовки
с литой структурой обычно подвергают горячей обработке давлением. Литая
структура характеризуется крупными кристаллами первичной кристаллизации по
границам которых располагаются прослойки обогащенные примесями и
неметаллическими включениями.
Деформирование литой структуры приводит к дроблению кристаллитов и
вытягиванию их в направлении наиболее интенсивного течения металла.
Одновременно происходит и вытягивание в том же направлении межкристаллитных
прослоек содержащих неметаллические включения. При достаточно большой
степени деформации неметаллические включения принимают форму прядей
вытянутых в направлении интенсивного течения металла образуя полосчатость
макроструктуры (полосчатости микроструктуры при этом нет).
Полосчатость макроструктуры приводит к анизотропии металла. Показатели
пластичности (предел текучести и удлинение) вдоль и поперек волокон
значительно отличаются причем разница их значений возрастает с увеличением
степени деформации. Прочностные характеристики металла вдоль и поперёк
волокон отличаются незначительно а увеличение степени деформации на их
величине практически не сказывается.
При горячей обработке металлов давлением стремятся вести процесс
деформирования таким образом чтобы волокна макроструктуры были расположены
в направлениях наибольших нормальных напряжений в условиях работы детали.
Виды деформаций. В зависимости от возможности протекания в металле при
деформации процессов упрочнения или разупрочнения различают несколько видов
Горячая деформация - деформация при которой происходит полная
рекристаллизация деформируемого металла.
Холодная деформация - деформация при которой отсутствуют возврат и
Различают и промежуточные виды деформаций: неполная горячая деформация
- деформация при которой рекристаллизация проходит не полностью; неполная
холодная деформация - деформация при которой происходит только возврат.
Основные закономерности пластической деформации
Закон постоянства объема: объем металла при его пластическом
деформировании остается неизменным.
Закон наличия упругой деформации при пластическом деформировании.
При любом пластическом деформировании общая деформация складывается из
упругой и остаточной (пластической).
Закон остаточных напряжений. При обработке давлением однородной
пластической деформации практически нет хотя при решении она принимается
равномерной. Неоднородность деформаций обусловлена контактным трением
неравномерным распределением температур неоднородностью химического
состава и механических свойств формой деформируемого тела и деформирующего
инструмента. При неравномерной деформации отдельные зерна деформируются по-
разному. Однако благодаря связи между собой они не могут самостоятельно
изменять размеры. В результате взаимного влияния возникают напряжения со
стороны более деформированных участков которые будут увеличивать
деформацию менее деформированных участков и наоборот. Эти напряжения
называются дополнительными. Дополнительные напряжения бывают трех видов:
-напряжения первого рода – напряжения возникающие
и уравновешивающиеся между отдельными частями
-напряжения второго рода - напряжения возникающие
и уравновешивающиеся между отдельными зернами
-напряжения третьего рода-напряжения возникающие и
уравновешивающиеся внутри отдельных
После снятия деформирующего усилия дополнительные напряжения остаются
в металле; в этом случае их называют остаточными: их характеристика
аналогична характеристике дополнительных напряжений. Остаточные напряжения
можно полностью или частично снять при нагреве металла: при температуре
возврата снимают остаточные напряжения первого рода при температурах выше
температуры возврата и ниже температуры рекристаллизации снимают остаточные
напряжения второго и первого родов при температуре рекристаллизации
снимают остаточные напряжения третьего второго и первого родов.
Механическим путем можно уменьшить остаточные напряжения 1-го рода
за счет с равномерного деформирования.
2. Основные операции обработки давлением
Операции обработки давлением классифицируют в зависимости от
используемого инструмента оборудования температуры обрабатываемого
металла и других признаков. В зависимости от применяемого инструмента
деформирующего металл различают:
) штамповую обработку 2) бесштамповую обработку.
При штамповой обработке на машине используют специальный инструмент -
штамп (отсюда и происходит название). С помощью штампа можно получать
изделия одинаковых размеров. При бесштамповой обработке на машине
используют универсальный деформирующий инструмент позволяющий получать
различные размеры изделий одинаковой формы (круг квадрат прямоугольный
пруток лист ленту) различных размеров. К операциям штамповой обработки
) операции холодной листовой штамповки
) операции холодной объемной штамповки
) операции горячей (листовой и объемной) штамповки. При операциях
листовой штамповки исходная толщина заготовка из листового металла в
процессе пластического деформирования не меняется или изменяется
незначительно. При операциях объемной штамповки размеры исходной заготовки
значительно изменяются по трем направлениям.
Основными операциями бесштамповой обработки являются:
) прокатка 2) волочение.
Операции холодной листовой штамповки делятся на три основные группы:
) разделительные 2) формообразующие 3) комбинированные.
К разделительным операциям листовой штамповки относят: отрезку
разрезку обрезку вырезку надрезку просечку вырубку пробивку чистовую
вырубку и пробивку зачистку и калибровку и др.
При разделительных операциях происходит отделение полное (отрезка
разрезка обрезка вырезка вырубка пробивка чистовая вырубка и
пробивка зачистка калибровка) или частичное (надрезка просечка) металла
от исходной заготовки.
Результатом этих операций являются или готовые детали или заготовки
используемые для последующей обработки.
К формообразующим операциям относят: гибку вытяжку отбортовку
обжим формовку и др.
При формообразующих операциях исходная плоская заготовка деформируется
в пространственную деталь. При этом плоская заготовка или локально (гибка
отбортовка обжим формовка) или полностью (вытяжка) деформируется.
К комбинированным операциям относят - различные комбинации
одновременно выполняемых в одной или нескольких позициях штампа различных
Операции холодной объемной штамповки: выдавливание высадка чеканка и
калибровка накатка резьбы и зубчатых колес и др.
3. Материалы применяемые в холодной штамповке
В холодной штамповке применяют разнообразные как металлические так и
неметаллические материалы. Наиболее широко применяют следующие металлы и их
сплавы: железо медь алюминий магний цинк никель титан; обрабатывают
штамповкой и менее распространенные металлы и их сплавы: молибден тантал
кобальт бериллий цирконий золото серебро платину и др.
Неметаллические штампуемые материалы разделяют на две группы. К первой
группе относят: бумагу картон прессшпан кожу фетр войлок резину и
прорезиненную ткань и другие материалы. Ко второй группе относят
конструкционные электроизоляционные и теплоизоляционные материалы: 1)
слоистые пластмассы - текстолит гетинакс стеклотекстолит асботекстолит
фибру древеснослоистые пластики и др.; 2) блочные пластмассы -
органическое стекло целлулоид винипласт поливинилхлорид полиэтилен; 3)
асбестовые изделия - бумага асбестовая картон асбестовый гидроизол
паронит асбометаллическое армированное полотно; 4) слюда и миканиты: слюда
(мусковит флагонит биотит) миканиты (коллекторный прокладочный
формовочный и гибкий).
Номенклатура марок материалов и сортамент (форма и размеры)
установлены соответствующими ГОСТами. Наиболее распространенными являются
различные сортаменты черных и цветных металлов в виде листов лент полос
круглых квадратных и шестигранных прутков. В последние годы созданы новые
листовые материалы стальные и алюминиевые листы покрытые цветной
пластмассовой пленкой.
Технологические свойства металла для штамповки характеризуют:
механические характеристики химический состав структура и величина зерна
анизотропия точность размеров заготовок.
Механические свойства металла характеризуют в основном: а)
прочностными показателями - пределом текучести -Т пределом прочности -
В б) пластическими показателями (- относительным удлинением и (
-относительным сужением. В зависимости от условий работы назначения и
технологии штамповки к штампуемому материалу предъявляют определенные
механические и технологические требования. При разделительных операциях
металлы с высоким пределом текучести дают чистый срез; для формообразующих
операций (гибки вытяжки и др.) желателен низкий предел текучести - это
способствует уменьшению упругой деформации после штамповки. Особенно это
важно для операций гибки где большой объем упруго деформируемого металла.
Вытяжка листового металла успешно протекает при большом относительном
удлинении (( >28%) и малом отношении предела текучести к пределу прочности
: Т В 065. Выбранный материал должен также обеспечивать возможность
выполнения последующих технологических операций отделки сборки и т.д. При
объёмной штамповке материалу предъявляют такие требования: твёрдость по
Бринеллю ≤ 400 HRB относительное удлинение ≥11%.
Химический состав сильно влияет на механические свойства материала.
Для регламентирования механических характеристик к химсоставу для
штампуемых сталей предъявляют жесткие требования.
Структура в большой степени влияет на механические свойства материала.
В сталях структурное состояние углерода (феррит перлит цементит)
определяет пригодность к штамповке. Наиболее благоприятна для штамповки
структура феррита или структура феррита и зернистого перлита.
Величина зерна и однородность его оказывают большое влияние на
штампуемость. Неоднородность зерна вызывает неравномерную деформацию объема
металла и является причиной разрывов при вытяжке. Рекомендуют величину
зерна 0026-0057 мкм при величине зерна менее 0018 мкм сталь хуже
деформируется при вытяжке возникают трещины и гофры а при гибке возникает
значительное пружинение. При разделительных операциях качество поверхности
скола определяется величиной зерна при вытяжке и гибке ухудшение
шероховатости тем больше чем больше величина зерна.
Анизотропия увеличивает количество операций при вытяжке; при гибке -
увеличивает минимальную величину радиуса гибки при вырубке-пробивке
уменьшает точность размеров.
Точность размеров заготовки оказывает влияние на точность изготовления
деталей точность размеров заготовки полностью переносится на деталь.
4. Холодная листовая штамповка
Виды заготовок. Для листовой штамповки используют заготовки в виде
листа полосы ленты или профилей различного поперечного сечения: труба
уголок двутавр и т.д.
Раскрой материала. Раскрой материала - это способ расположения деталей
(заготовок) в ленте полосе или на листе с целью рационального
использования исходного материала.
Раскрой полосы (ленты). В зависимости от требований по точности
различают три типа раскроя: а) с отходами перемычками б) с частичными
отходами в) без отходов.
Раскрой с отходами (рис. 5.7a) применяют для изготовления деталей
повышенной точности (8 13 квалитет) а также для деталей сложной
конфигурации раскрой с частичными отходами (рис. 5.7б) и без отходов
(рис. 5.7в) применяют для простых по форме деталей низкой точности.
Перемычки между деталями и краем определяют по таблицам в зависимости от
толщины и конфигурации детали. По указанным схемам выполняют однорядный и
многорядный раскрой. Нужную ширину полосы (ленты) получают путем резки
листа (рулона) на полосы (ленты).
Рис. 5.7. Типы раскроя полосы (ленты): а - с перемычками б - с частичным
отходом в - безотходный; заштрихованные участки -отход
Раскрой листа (ленты). При раскрое листа нужно стремиться к получению
целого числа полос длина которых кратна шагу подачи. Предпочтительным
является продольный раскрой (рис. 5.8а) увеличивающий производительность
труда за счет меньшего количества заправок полос в штамп. Для уменьшения
отхода по некратности длины полосы размеру заготовки применяют поперечный и
комбинированный раскрой листа (рис. 5.8бв). При раскрое ленты следует
предусматривать у краев припуск 2 3 мм для удаления смятых при
транспортировке торцов.
Рис. 5.8. Раскрой листа: а - продольный .6 - поперечный в -
комбинированный; заштрихованные участки - отход
Рациональным считается раскрой для которого получают наибольший
коэффициент использования материала
где n - число деталей в полосе или ленте Fд - площадь детали мм2 BA -
ширина и длина полосы ленты или листа мм.
Разделительные операции
Общие сведения. Различают разделительные операции: 1) со значительной
шириной отделяемого металла (более двух толщин) - отрезка вырубка
пробивка вырезка надрезка и др. и 2) операции с небольшой шириной
отделяемого металла (менее 05 толщина - зачистка калибровка. Механизмы
разделения в этих случаях различны.
Первая группа операций применяется для разделения листов и лент с
целью получения деталей или заготовок для последующей штамповки. Вторая
группа операций - с целью отделки и повышения качества деталей
Отрезка. Механизм разделения операций резки вырубки пробивки и др.
одинаков. Процесс резания - деформирования заготовки протекает в три этапа:
) упругая и начало пластической деформации
) пластическая деформация сопровождающаяся пластическим врезанием
ножей в материал заготовки
) разделение металла происходящее после исчерпания пластической
деформации путем скола.
При упругой деформации (1 этап) происходит упругое сжатие и изгиб
свободные концы заготовки при этом поворачиваются на некоторый угол. При
пластической деформации (2 этап) врезаются ножи в разделяемый металл
качество поверхности разделения при этом зависит в значительной мере от
качества задней поверхности ножей. После исчерпания пластической деформации
металла наступает сдвиг (скол) металла (3 период). У режущих кромок ножей
образуются трещины скола металла. Эти трещины располагаются под некоторым
углом к направлению движения ножей. Для качественного среза они должны
Для обеспечения качественного среза между ножами должен быть
определенный зазор Z. Опытные данные показывают что величина зазора
должна быть в пределах Z = (005 020)S (S - толщина металла).
Шероховатость поверхности среза соответствует Ra = 25 032 мкм
шероховатость поверхности скола - Rz = 160 200 мкм (рис. 5.9д).
Рис. 5.9. Схема ножниц: а - с параллельными ножами б - с наклонными
ножами в - многодисковые ножницы г - парнодисковые ножницы д -
поперечное сечение поверхности резделения
Напряжения и деформации в плоскости листа распространяются вдоль линии
резки по обе стороны примерно на полосе шириной около одной толщины металла
Из этих данных следует что при ширине отрезаемой полосы или ленты
равной или менее двух толщин поперечное сечение будет значительно искажено.
Рис. 5.10. Зона распределения пластических деформаций при отрезке-вырубке-
Под действием силы резания возникает опрокидывающий момент
поворачивающий лист. Для предотвращения поворота листа применяют прижим.
Основные технологические параметры кроме зазора точности и
шероховатости поверхности - усилие и работа отрезки; они определяются по
где в - предел прочности разрезаемого металла МПа (кгсмм2)
S - толщина металла (мм) L - периметр резки (мм) a - коэффициент
Усилие и работа необходимы для подбора оборудования (ножниц).
Для отрезки листового металла применяют различные типы ножниц: 1)
ножницы с параллельными прямыми ножами 2) ножницы с наклонными прямыми
ножами 3) ножницы с многодисковыми ножами 4) ножницы с парнодисковыми
наклонно поставленными ножами и др. (рис.5.9а г) а также штампы.
Ножницы с параллельными наклонными и многодисковыми ножами применяют
для прямолинейной резки; ножницы с парнодисковыми наклонными ножами - для
криволинейной резки и вырезки по замкнутому контуру. Ножницы с
параллельными и наклонными ножами применяют для резки листов ножницы с
многодисковыми ножами - для резки лент. Для выбора ножниц усилие
рассчитывают по формулам:
а) для ножниц с параллельными ножами - по формуле (5.1)
б) для ножниц с наклонными ножами
в) для многодисковых ножниц
P = 04( m( (в(S2) tga
где в - предел прочности материала МПа S - толщина материала мм α
(альфа) -угол захвата материала дисками град (- угол наклона ножей m-
Точность резки по ширине зависит от толщины и ширины отрезаемой
заготовки; более высокая точность резки на штампах затем на многодисковых
ножницах затем на параллельных ножницах и наиболее низкая - на ножницах с
наклонными ножами. Точность резки на ножницах определяется по справочным
таблицам в зависимости от ширины и толщины разрезаемого металла.
Ориентировочно её оценивают 12 14 квалитетом точности.
Технологические требования (технологичность) при разделительных
операциях. 1) Ширина отделяемой части металла должна быть больше или равна
двум толщинам материала.
) Точность резки по ширине – 12 14 квалитет. Её уточняют по
справочнику в зависимости от применяемого оборудования и толщины материала.
) Шероховатость поверхности среза по толщине неоднородна - от Rz =
0 20 мкм в зоне скола до Ra = 25 032 мкм в зоне среза.
Вырубка и пробивка. При вырубке и пробивке происходит отделение
металла по замкнутому контуру; при вырубке отделенная часть - является
деталью при пробивке - отходом. Схема процесса показана на рис.5.11
Механизм разделения со всеми его особенностями не отличаются ничем от
механизма разделения при отрезке. Напряжения пластического деформирования
распространяются вдоль периметра разделения на ширине равной (06 07)
толщины металла (рис. 5.10) как и при отрезке.
Рис. 5.11. Схема процесса вырубки - пробивки по этапам: а - перед началом
б - упругая деформация в - пластическая деформация г - скол
В отличие от отрезки изгибающий момент при вырубке - пробивке приложен
по замкнутому контуру к заготовке находящейся внутри и вне контура резки
что приводит также к изгибу вырубаемой и пробиваемой заготовки - детали.
При равномерном сопротивлении изгибу что достигается соответствующим
расстоянием от контура отрезки до края заготовки (перемычки) получают
нормальное качество поверхности разделения. При малой перемычке часть
металла втягивается в зазор между режущими кромками и в этом случае как и
при большом зазоре получают заусенцы. Под действием изгибающего момента
обе части заготовки получают остаточный прогиб для получения плоской
детали необходима дополнительная операция плоскостной правки. Величина
зазора здесь также влияет на качество разделения. При нормальном зазоре Z =
(005 020)S получают наилучшее качество поверхности разделения - в зоне
среза параметр шероховатости Ra = 25 032 мкм в зоне скола параметр
шероховатости Rz= 80 20 мкм при увеличенном зазоре шероховатость
поверхности разделения такая же как и при нормальном зазоре и кроме
этого возникает заусенец; при уменьшенном зазоре поверхности скола не
могут соединиться и поэтому параметр шероховатости ниже Rz =320 мим в зоне
двойного скола - среза (рис. 5.12). Точность размеров при вырубке -
пробивке зависит от толщины материала формы и размеров заготовки.
Рис. 5.12. Влияние зазора на качество поверхности разделения при вырубке-
пробивке: а - нормальный зазор б - увеличенный зазор в - уменьшенный
Точность круглого контура находится в пределах 11 14 квалитета. Для
конкретных условий уточняется по справочнику. Так как заготовка в процессе
вырубки-пробивки прогибается то применение прижима заготовки увеличивает
Усилие и работа необходимые для выбора оборудования определяют по
Для выполнения операций вырубки-пробивки используют механические -
кривошипные прессы. Прессы могут быть оснащены устройствами для
автоматической подачи ленты или полосы автоматическими устройствами
выталкивания детали из верхней и нижней части штампа для удаления отходов
и деталей под действием сил веса изготовляют прессы с наклоняемой станиной.
Основной инструмент для вырубки и пробивки - штамп который
устанавливается на пресс. Размеры штампа должны вписываться в рабочее
пространство пресса - размеры стола пресса и быть не более наименьшего
расстояния от ползуна пресса до стола.
Типовая конструкция штампа для серийного и массового производства
деталей без прижима изображена на рис. 5.13. Любой штамп состоит из
следующих основных деталей:
I - формообразующих деталей - пуансон (1) матрица (2)
П - деталей ориентирующих заготовку относительно рабочих деталей -
направляющие (3) или фиксатор
Ш - деталей ориентирующих рабочие детали друг относительно друга-
направляющие колонки (4) и направляющие втулки (5)
У - деталей снимающих отход или заготовку с пуансона - съемник (6)
У - корпусных деталей штампа - верхняя плита (7) нижняя плита (8)
У1 - деталей обеспечивающих крепление штампа к прессу - хвостовик
(9) прижимные планки прокладки болты с гайками
УП - крепежных деталей для крепления всех деталей в штампе - винты
Рис. 5.13. Схема штампа для вырубки- пробивки: I - пуансон 2 - матрица 3
- направляющая заготовки 4 - направляющая колонна 5 - направляющая
втулка 6 - съемник 7 - плита верхняя 8 - плита нижняя 9 - хвостовик
Технологичность деталей получаемых вырубкой и пробивкой определяется
прочностью рабочих частей штампа и технологическим процессом штамповки.
Плоские детали должны иметь простую конфигурацию острые углы
узкие прорези и выступы снижают стойкость штампов и усложняют их
При применении цельных матриц для вырубки с перемычками и пробивки
выполнять плавное сопряжение пересекающихся элементов контура детали (рис.
14a). Минимальные радиусы сопряжения углов: при α > 90° R
=(025 035)S при ( 90° R=(05 06)S - для металлов а для
неметаллических материалов эти радиусы больше из-за малой прочности
штампуемого материала.
При составных матрицах и при безотходной штамповке пересекающиеся
элементы контура не сопрягают.
Минимальные размеры отверстий пробиваемые в штампах нормальной
конструкции: круглых d =k( (1 1.5)( S квадратных a =k( (09 14)( S
прямоугольных b = k( (07 12)( S овальных c = k( (06 11)( S для сталей
в зависимости от прочности; k –коэффициент учитывающий прочность
штампуемого материала k= 1 при в = 500 700 МПа а при большей или меньшей
прочности штампуемого материала его принимают равным 13 или 0 7 06 (рис.
Рис.5.14. Основные параметры технологичности деталей изготовляемых
Для пробивки отверстий диаметром до 13S применяют специальные
Минимальные расстояния между раздельно пробиваемыми отверстиями
круглой и прямоугольной формы m1>(1 12)( S (рис. 5.14в).
Минимальное расстояние между пробиваемым отверстием и ранее
полученным контуром детали m2>(07 09)( S (рис. 5.14в).
Минимальное расстояние между одновременно пробиваемыми отверстиями
равно трем толщинам металла.
Точность размеров определяется в зависимости от толщины штампуемого
металла и конфигурации детали для круглых контуров она находится в
пределах 11 14 квалитета.
Шероховатость поверхности среза по толщине неоднородна: в зоне
среза Rа = 25 032 мкм в зоне скола – Rz = 80 20 мкм.
Технологический маршрут вырубки-пробивки:
а) вырубка - укладка полосы в штамп и установка ее до упора вырубка
детали удаление детали из штампа (и подача полосы на шаг)
в) галтовка (для снятия заусенцев)
г) рассортировка деталей и абразивов
б) пробивка: - укладка заготовки в штамп; - пробивка детали; -
удаление детали из штампа; - правка; - контроль.
Чистовая вырубка и пробивка
Чистовую вырубку и пробивку применяют для исключения недостатков
вырубки-пробивки: получения перпендикулярности поверхности среза плоскости
детали устранения прогиба получения шероховатости поверхности с
параметром Ra = 25 032 мкм и точности 6 9 квалитета. С этой целью
используют специальное оборудование – прессы тройного действия.
Зачистку и калибровку применяют для тех же целей что и чистовую
вырубку и пробивку т.е. достижения перпендикулярности поверхности среза
плоскости листа шероховатости Rа = 25 032 мкм точности 6 9 квалитета.
Зачистку (калибровку) производят на ранее полученных вырубкой (пробивкой)
заготовках. В этом случае после правки с обрабатываемой поверхности снимают
небольшой слой материала – припуск.
Зачистку выполняют по наружному или внутреннему контуру заготовки.
Минимальная величина припуска на зачистку равна зазору между пуансоном и
матрицей при вырубке или пробивке (рис.5.15). Зачистку применяют для
деталей с периметром до 300 мм и толщиной до 10 мм. Зачистка выполняется за
один переход для деталей толщиной менее 5 мм с плавным очертанием наружного
контура. Многократную зачистку применяют для деталей толщиной более 5 мм и
для деталей со сложной конфигурацией наружного контура независимо от
толщины. Качество зачистки зависит от величины припуска и распределения его
по периметру а при многократной зачистке от распределения по переходам.
Рис. 5.15. Схемы зачистки по наружному (а) и внутреннему (б) контуру: I -
пуансон 2 - заготовка 3 - фиксатор 4 - матрица.
Применяют также зачистку обжатием в матрице с заваленными кромками (с
радиусом) припуск в этом случае составляет 004 006 мм.
Формообразующие операции
Гибка. Гибка - это формообразующая операция при которой изменяют
кривизну в одном или нескольких участках заготовки.
Изменение кривизны может происходить только при переменных деформациях
по толщине; эти переменные деформации вызваны переменными по толщине
напряжениями. Гибка производится под действием силы момента или
одновременно силой и моментом. Наиболее часто используют гибку силой (рис.
Исследование процесса гибки показывает что по толщине напряжения и
деформации не только постепенно изменяются но и различны по знаку: в
участках прилегающих к матрице возникают растягивающие напряжения и
деформации растяжения а в участках прилегающих к пуансону напряжения и
деформации сжатия что приводит к изменению поперечного сечения (рис.
16б). Между этими участками находятся слои с напряжениями и деформациями
Рис. 5.16. Схема гибки силой: I - пуансон 2 - матрица 3 - фиксатор; а -
схема гибки б - схема действующих напряжений и искажение поперечного
сечения узкой полосы
нулю. В общем случае слои нулевых напряжений и деформаций (нейтральные
слои) не совпадают. Практическое значение имеет положение нейтрального
радиуса деформаций определяемого по формуле
где r - радиус пуансона S - толщина металла x - коэффициент смещения
нейтрального слоя от серединного слоя определяемой в зависимости от
отношения при rs = 05 при rs = 10 x=05. В дальнейшем ρ
используют для определения размеров заготовки.
В процессах гибки большое значение имеет радиус гибки. Величина его
ограничивается минимальным радиусом. Минимальный радиус гибки определяется
из условия отсутствия разрушения металла в зоне растяжения. Минимальная
величина этого радиуса зависит от пластических свойств материала и толщины
заготовки. Для материалов средней пластичности ( = 15 20%) минимальный
радиус гибки (пуансона) ориентировочно равен 05S; рекомендуемый - 2S. Для
конкретных материалов (условий) уточняется по таблицам. Чем более
пластичный металл тем меньше минимальный радиус гибки и наоборот.
Минимальный радиус гибки зависит и от расположения линии гибки относительно
направления проката (расположения волокон макроструктуры); при параллельных
линиях гибки и направлении проката - минимально допустимый радиус больше
чем при взаимноперпендикулярном расположении направления проката и линии
гибки когда получают наименьшую величину минимально допустимого радиуса
гибки. При промежуточной величине угла наклона линии гибки к направлению
проката надо брать промежуточные значения радиуса гибки пропорциональные
величине угла. Для предупреждения образования отпечатков на полочках детали
необходимо назначать на кромках матрицы по которым втягивается материал
радиус не менее трех толщин.
Так как напряжения и деформации по толщине неодинаковы по величине и
знаку то на основе закона о разгрузке происходит уменьшение размера
растянутой части и увеличение размера сжатой части заготовки. Это приводит
к упругому уменьшению угла гибки – пружинению (рис. 5.17). Одновременно
происходит и увеличение радиуса гибки.
Рис. 5.17. Схема пружинения при гибке; α1 - угол гибки α2 -угол детали
после пружинения Δα - угол пружинения r1 - радиус гибки (инструмента)
r2 – радиус детали после пружинения
Пружинение зависит от относительной величины радиуса пуансона rs
материала детали угла гибки и других факторов. Величина пружинения для
данных условий гибки постоянна. Величина пружинения может быть уменьшена
путем сжатия (правки) или растяжения детали в штампе. При радиусах гибки
менее rs2 изменение радиуса по величине незначительно и поэтому его не
Растягивающие и сжимающие напряжения и деформации гибки вследствие
закона о дополнительных напряжениях возникают и в прямолинейных участках
прилегающих к криволинейным распространяются на расстояние до двух толщин
материала от линии сопряжения криволинейного участка с прямолинейным.
Усилие гибки V-образной детали определяют по формуле:
где B - ширина летали.
Для других форм детали определяют усилие по соответствующим формула в
Размеры заготовки рассчитывают исходя из развертки детали на
плоскость. Как известно при гибке изменяется длина волокон в криволинейных
участках а прямолинейные остаются по длине до и после гибки неизменной
длины. Поэтому деталь разделяют на прямолинейные и криволинейные участки
Рис. 5.18. Схема к определению размеров заготовки
определяют их длины и суммируют для получения общей длины развертки. Длины
прямолинейных участков определяют по данным чертежа длины криволинейных
участков по длине нейтрального волокна деформации:
длина развертки равна
где первая сумма - длина криволинейных участков вторая сумма -длина
прямолинейных участков ρ - радиус нейтрального волокна деформации формула
(5); nk - число прямолинейных и криволинейных участков.
Оборудование Для выполнения операции гибки используют кривошипные
прессы. В условиях массового производства используют специализированные
прессы а также специальные гибочные прессы - универсально-гибочные
автоматы. Эти автоматы увеличивают производительность в десятки раз.
Оснасткой для гибки является штамп. Конструкция штампа для гибки
содержит элементы известные по конструкции штампа для вырубки-пробивки.
Технологичность деталей получаемых гибкой
Радиус гибки пуансона не должен быть менее допустимого минимального
для данного материала.
Радиус матрицы - не менее трех толщин.
Длина отгибаемой части полочки должна быть не менее двух толщин
(рис. 19а) если отгибаемая часть короче рекомендуемой величины то ее
изготовляют более длинной а затем обрезают до нужного размера.
Расстояние от края отверстия до линии сопряжения полочки с радиусом
должно быть не менее двух толщин (рис. 5.19а). При меньшем расстоянии
пробивку отверстия делают после гибки или предусматривают на перегибе
отверстие (рис. 5.19а) для предупреждения искажения ранее полученного
Рис. 5.19. Технологические параметры деталей получаемых гибкой: а -
минимальная длина полочки и минимальное расстояние (б) от края отверстия до
линии сопряжения и технологического отверстия в- угол между линией гибки и
контуром детали должен быть равен 90° г - простановка размеров и допусков
на линейные и угловые размеры
При одновременной двухугловой (четырехугловой) гибке длина линии
гибки противоположных полочек не должна резко отличаться так как под
действием горизонтальной составляющей силы гибки возможен сдвиг и поворот
заготовки и изменение высоты полочки.
Угол между линиями гибки и контуром отгибаемой чисти должен быть
равен 90 для предупреждения деформации полочек под действием сил сдвига
Простановка размеров и допусков на чертеже детали: наиболее
технологичны детали у которых координаты центров отверстий заданы от края
полочки (рис. 5.19г) в этом случае пробивку отверстий совмещают с
вырубкой заготовки при другой схеме простановки размеров отверстия
пробивают в отдельном штампе после гибки для обеспечения заданной точности;
допуски на линейные размеры задают симметричные.
Вытяжка. Вытяжкой называют процесс превращения плоской заготовки в
полое изделие или - процесс превращения полой заготовки в полое изделие
меньшего диаметра и большей высоты. Различают вытяжку с утонением стенок и
без утонения стенок а также комбинированную вытяжку.
При обычной вытяжке толщина стенок детали может быть больше исходной
толщины заготовки. При вытяжке с утонением толщина стенок получаемой детали
меньше толщины стенок заготовки. При обычной вытяжке основная деформация
происходит за счет значительного изменения диаметра заготовки при вытяжке
с утонением - за счет изменения толщины заготовки. При комбинированной
вытяжке происходит деформирование заготовки и за счет изменения диаметра и
за счет уменьшения толщины заготовки одновременно.
В зависимости от температуры штампуемого металла различают холодную
вытяжку и вытяжку с подогревом. Под термином "вытяжка" подразумевают
холодную вытяжку без утонения. В процессе вытяжки получают детали круглого
и других (произвольных) поперечных сечений: квадрат прямоугольник овал и
Рассмотрим процесс вытяжки на примере изготовления круглой детали
(рис. 5.20). В этом случае круглая заготовка втягивается в зазор Z между
матрицей и пуансоном под действием силы Р; при этом диаметр заготовки
уменьшается и высота изделия увеличивается за счет сжатия заготовки в
окружном направлении и растяжения в радиальном направлении; дно
растягивается в окружной и радиальном направлениях. При некоторых условиях
под действием сжимающих напряжений теряется устойчивость фланца- кольцевой
части заготовки. Это может привести к образованию складок- гофров
препятствующих втягиванию заготовки в зазор и приводящих к разрыву
заготовки - браку. Для предупреждения образования гофров вводят прижим
(рис.5.20а) прижим осуществляют с давлением q = 10 30 МПа.
Процесс деформирования при вытяжке характеризует отношение среднего
радиуса детали к радиусу заготовки - коэффициент вытяжки; предельная
величина коэффициента вытяжки
при этом отношение высоты полученной детали к диаметру Hd07 06.
Рис.5.20-1. Схема процесса вытяжки круглой детали из плоской заготовки; а -
вытяжка без прижима б - вытяжка с прижимом
Рис.5.20-2. Схема процесса вытяжки круглой детали из ранее вытянутой
цилиндрической заготовки: а - вытяжка без прижима б - вытяжка с прижимом
Если необходима большая высота детали полученное полое изделие
подвергают последующей вытяжке: второй третьей и т.д. При этом предельная
суммарная величина коэффициента вытяжки может достигать m = 025 а
отношение высоты детали к диаметру до 8 10.
Необходимость прижима. Прижим на первой операции нужен если
прижим на последующих операциях нужен если
(Sdn-1) (10015 а mn 078
Усилие прижима определяют по формуле
где q - давление прижима Fnp - площадь прижима.
Втягивание материала в матрицу возможно лишь при наличии определенных
радиусов на пуансоне или матрице так как при радиусах равных нулю процесс
вытяжки переходит в процесс вырубки. При вытяжке рекомендуют назначать:
Для уменьшения сил трения при вытяжке заготовки смазывают смазками
назначаемыми в зависимости от марки металла заготовки.
Усилие вытяжки определяют по формуле (наибольшее)
Общее усилие определяют с учетом прижима
При вытяжке одновременно можно формовать на дне небольшие рельефные
впадины и выступы деталь может быть без фланца и с фланцем.
При вытяжке вследствие анизотропии материала открытый торец детали
получается по высоте не одинаковым а наружный диаметр фланца - не круглым.
Поэтому по высоте необходим припуск для обрезки. Толщина детали по высоте
также не одинакова: у верхнего торца от 1 до 13 толщины у дна - 085(SО
толщина дна уменьшается до 095(SО (рис. 5.21)
Рис. 5.21. Особенности формы детали при вытяжке
Размеры заготовки определяют из условия равенства поверхности
заготовки поверхности детали с учетом припуска на обрезку ΔF; для круглой
Fзаг = FДЕТ+ΔF; D3 = 113( (Fзаг)2
Зазор между матрицей и пуансоном принимают равным (1 13) ( So в
зависимости от коэффициента вытяжки.
Штампы для вытяжки имеют те же что и при вырубке - пробивке основные
Вытяжка с подогревом. При обычной вытяжке за один переход получают
высоту (06 07)d. При вытяжке с подогревом можно за один переход получить
высоту равную (13 23)d. Способ используют для вытяжки заготовок главным
образом из цветных сплавов (алюминиевых магниевых титановых). Сущность
процесса заключается в том что материал в очаге деформации нагревается
(рис. 5.22) и тем самым уменьшается его предел текучести а в зоне
сформировавшейся части детали металл охлаждается для увеличения
механических характеристик.
Температура нагрева в очаге деформации должна быть выше температуры
рекристаллизации с тем чтобы материал не получал упрочнения. Вытяжка
Рис.5. 22. Схема вытяжки с подогревом; 1 - пуансон с водоохлаждающими
каналами 2 - прижим с электроподогревом 3 - матрица с электроподогревом
гидропрессах или на тихоходных (12 20 ходмин) механических прессах.
Вытяжка с утонением. Вытяжка с уточнение отличается от рассмотренной
выше вытяжки тем что при этом процессе уменьшается толщина стенки полого
изделия а диаметр остается почти неизменным высота детали значительно
увеличивается. Зазор между матрицей и пуансоном в этом случае меньше
толщины заготовки (рис. 5.23).
Рис. 5.23. Схема вытяжки с утонением
Сущность процесса. Усилие от пуансона передается донышку при этом
начинает уменьшаться толщина стенки за счет нормальных сил возникающих со
стороны конической части матрицы и пуансона тангенциальных сжимающих сил и
еще сил трения на матрице и пуансоне.
Важно отметить что сила трения на пуансоне направлена вниз и
способствует разгрузке опасного сечения так как материал в очаге
деформации под действием сдвигающих напряжений частично при движении
пуансона вытесняется вверх относительно движения пуансона (двигающегося
Для получения большей степени деформации(( = (Fo - F) Fo) вытяжку
ведут через две или три матрицы. Для вытяжки с утонением применяют все
деформируемые материалы.
Вытяжка с утонение нашла широкое применение в промышленности особенно
в приборостроении для изготовления заготовок сильфонов - упругих
чувствительных элементов системы автоматики.
Вытяжка с утонением по сравнением с обычной вытяжкой имеет следующие
Не требует применения сложных штампов и прессов.
Число вытяжных операций меньше для получения заданной высоты по
сравнением с обычной вытяжкой.
Качество металла в вытянутой стенке лучше.
Особенность деталей заключается в том что толщина дна может быть в
(5 10) раз больше толщины стенок.
Точность при вытяжке нужно рассматривать для каждого параметра
а) Точность по диаметру
б) Точность по толщине стенок
в) Точность по высоте.
Эти параметры в значительной степени определяются степенью точности
инструмента. С учетом всех факторов достигаемая при вытяжке точность по
диаметру может соответствовать 6 9 квалитету; по толщине – 6 11 квалитету;
по высоте - ниже 16 квалитета.
Качество наружной поверхности зависит от качества поверхности матрицы:
внутренней - определяется чистотой поверхности исходного материала и
пуансона; шероховатостью по наружной поверхности – Ra = 063 016 мкм.
Комбинированная вытяжка. При комбинированной вытяжке за один переход
существенно уменьшается диаметр заготовки и толщина (рис. 5.24). Так как
при обычной вытяжке неодинаковая толщина стенки по высоте (до 085S у дна и
до 13S у верхнего торца) то в начальный момент происходит только обычная
вытяжка и вытяжка с уточнением (при больших коэффициентах вытяжки). При
комбинированной вытяжке создается благоприятная схема напряженного
состояния при которой обычная вытяжка разгружает наиболее нагруженное
сечение вытяжки с уточнением. Это позволяет одновременно с получением
высоких качественных показателей увеличить производительность в 2 3 раза.
Рис. 5.24. Схема комбинированной вытяжки.
При комбинированной вытяжке получают заготовки 6 9 квалитета точности
по диаметру 6 11 квалитета точности по толщине стенки шероховатость – Ra
Технологичность деталей полученных вытяжкой.
Радиус рабочей кромки матрицы rm=(4 8)S пуансона rn=07rm.
Сопряжение дна со стенкой без радиуса можно получить путем калибровки или
при штамповке весьма толстых заготовок с D3S>20 К(14 (m=07).
В первую операцию вытяжки можно получить отношение высоты детали
(H) к диаметру (d) не более Hd06 К = 2; для получения большей высоты
необходимы последующие переходы.
Наиболее экономично изготовлять более высокие детали с большей
точностью и лучшим качеством поверхности комбинированной вытяжкой при
которой за одну операцию можно получить в зависимости от принятых степеней
деформации относительную высоту детали до 15 25 и более.
Избегать глубоких вытяжек с широким фланцем (Dф>3d при h>2d)
требующих большого количества операций.
Конфигурация деталей должна быть простой: дно - плоское или слегка
выпуклое в наружную сторону фланец - плоский боковые поверхности
цилиндрические; вместо конических с малым углом конусности предпочтительнее
цилиндрические поверхности.
Размеры деталей следует проставлять так: высоту- от дна детали радиусы
закруглений между дном и стенкой - по внутренней (поверхности радиус
закругления между фланцем и стенкой - по наружной поверхности размеры
выступов по высоте лучше проставлять между дном и ступенью снаружи.
Рис.5. 25. Схема простановки размеров при вытяжке
Допуски на диаметры вытянутых деталей следует устанавливать не выше
13 квалитета точности.
Точность поперечного сечения деталей при комбинированной вытяжке
вытяжке с утонением и вытяжке с утонением и проталкиванием соответствует
9 квалитету точности большая точность относится к деталям полученным с
большой степенью деформации по диаметру.
Шероховатость поверхности деталей полученных комбинированной
вытяжкой и вытяжкой с утонением соответствует Ra =125 016 мкм; при
обычной вытяжке шероховатость на 1 2 параметра шероховатости хуже исходной.
Формовка - процесс изменения формы заготовки за счет местных
деформаций. К формовочным опреациям относят операции: 1- рельефная
формовка 2 - отбортовка отверстий 3 -закатка борта 4 - раздача 5 -
Рельефная формовка - операция которая обеспечивает получение на
заготовках ребер жесткости различной формы (рис. 5.26). При рельефной
формовке листового материала деформирование происходит за счет двухосного
растяжения (растяжения в плоскости листа) при этом материал значительно
Допустимая степень деформации определяется по формуле:
Рис. 5.26. Деталь изготовленная формовкой
Δдоп = (l-lo) l0 075 = 15 18%
где lo и l -длина элемента до и после деформации операции -
относительное удлинение материала при растяжении.
Отбортовка. Различают отбортовку отверстий и отбортовку наружного
Отбортовка отверствий - процесс формоизменения листовой заготовки при
котором у отверстия получают борт (рис. 5.27).
Рис. 5.27. Схема отбортовки; I - пуансон 2 - прижим-съемник3 - матрица.
При деформировании наблюдается растяжение в тангенциальном (окружном)
направлении и уменьшение толщины материала. Степень деформации определяется
коэффициентом отборки:
При (SD)(100=2 Kот = 075 при сверлении отверстия и Kот = 08 при
Допустимая степень деформации в значительной степени зависит от:
) качества поверхности отверстия
) относительной толщины материала
) материала и его состояния
) формы рабочей части пуансона.
Чем меньше трещин на поверхности отверстия чем меньше Kот.
У сверленных отверстий Kот меньше чем пробитых. У пробитной заготовки
Kот значительно изменяется в зависимости от положения блестящего пояска
относительно матрицы. Если блестящий поясок будет в зоне наибольших
деформаций то Kот меньше чем при положении шероховатой части в зоне
наибольших деформаций.
Высота борта определяется как и при гибке (приближенно). Это возможно
благодаря тому что материал утоняется. Наибольшая толщина у края борта
определяется выражением (на основе постоянства объема)
Разновидность отбортовки: отбортовка с утонением.
Отбортовка с утонением выполняется для получения более высоких бортов.
При отбортовке с утонением одновременно с образованием бурта толщина стенки
Отбортовка наружного контура - это в сущности процесс неглубокой
вытяжки. К этому процессу относятся все характерные особенности вытяжки:
напряженное состояние деформации и возможность гофрообразования.
Раздача - представляет собой процесс увеличения периметра поперечного
сечения трубчатой исходной заготовки (рис.5.27).
Наименьшая толщина стенки приближенно определяется выражением
Соотношение Kр=dd0 называют коэффициентом раздачи который может
достигать величины 16 при Sd = 015 и угле α = 20° (рис. 5.28).
Обжим - процесс уменьшения периметра поперечного сечения краевой части
полой заготовки (рис. 5.29).
Рис.5. 28 Рис. 5.29.
Рис. 5.28. Схема раздачи; I - матрица 2 - пуансон 3 - съемник.
Рис. 5.29. Схема обжима
При обжиме в заготовке возникают тангенциальные сжимающие напряжения
в результате чего уменьшается периметр и увеличивается толщина заготовки.
Увеличение толщины заготовки у края можно определить из выражения
полученного на основе условия постоянства объема:
В процессе обжима вертикальная часть детали имеет сжимающие
напряжения под действием которых она может получить потерю устойчивости.
Для предупреждения потери устойчивости и увеличения коэффициента обжима
применяют подпор наружный внутренний или одновременно оба.
Коэффициент обжима для мягкой стали:
без подпора подпор наружный подпор внутренний и наружный
Правкой называют операцию при которой происходит увеличение точности
Рис. 5.30. Схема правки: а- плоскими плитами; б- точечными плитами; в-
вафельными плитами; г- схема правки деталей сложной формы
При операциях отрезки или вырубки гибки и пробивки материал в очаге
деформации и вблизи него находится под действием изгибающего момента. Этот
изгибающий момент нарушает плоскостность полученных деталей за счет
удлинения волокон на одной и укорочения волокон на другой сторонах детали.
Операция правки заключается в том чтобы сделать все волокна одинаковой
длины по толщине металла (кроме зон гибки в гнутых деталях). Этого
достигают на штампах (рис. 5.30).
Штампы для правки могут иметь: 1 -плоские (гладкие) плиты 2
-точечные плиты 3 -вафельные плиты.
Шаг между осями выступов точечных и вафельных плит должен быть равен:
t = (05 09)S давление правки от 50 до 300 МПа. Плиты должны быть
массивными с тем чтобы при правке они не прогибались.
Комбинированная штамповка.
Для повышения производительности труда (в 3 10 раз) уменьшения
количества штампов и прессов взамен штамповки по отдельным операциям
применяют комбинированную штамповку. Комбинированная штамповка заключается
в одновременном выполнении нескольких операций в одном штампе. Существует
три способа комбинирования операций холодной штамповки: последовательный
совмещенный и последовательно-совмещенный (рис. 5.31).
Рис. 5.31. Схема комбинированной штамповки: а - последовательная штамповка
б - совмещенная штамповка
Отличие этих вариантов состоит в последовательности и месте выполнения
переходов. При последовательном способе все операции в последовательном
штампе выполняются одновременно в различных переходах причем число
переходов соответствует числу позиций штампа. При совмещенном способе все
операции выполняются одновременно в одной и той же позиции штампа
совмещенного действия. При последовательно-совмещенном способе для
одновременного выполнения всех переходов требуется позиций в инструменте
меньше чем переходов. Этот способ представляет комбинацию из первых двух.
Для выполнения технологических процессов используют материал в виде
полосы или ленты. Использование полосового или ленточного материала
позволяет в значительной мере механизировать и автоматизировать процесс
штамповки. Ширина полосы при вытяжки в комбинированной штамповке
принимается несколько больше чем это необходимо для получения детали с той
целью чтобы можно было иметь перемычки между отдельными переходами для
перемещения всех полуфабрикатов на следующую позицию.
При выполнении формоизменяющих операций в ленте (полосе) часто
требуется специальная подготовка ленты (выполнение прорезей вырубки
промежутков) для облегчения процесса деформирования материала.
Выбор способа штамповки определяется рядом факторов: 1- точностью
изготовления детали (особенно получения соосности); 2- технической
культурой инструментального производства; 3- конструкцией детали и пр.
В зависимости от сложности и размеров детали комбинированная штамповка
может быть однорядная и многорядная.
Точность комбинированной штамповки определяется точностью отдельных
элементов контура детали и точностью взаимного расположения этих элементов.
Точность отдельных контуров детали определяется точностью используемого
способа. Точность взаимного расположения отдельных элементов контура
определяется способом комбинированной штамповки: при совмещенной штамповке
- точностью взаимного расположения пуансонов и матриц; при последовательной
- точностью взаимного расположения пуансонов и матриц и точностью
ориентирования (базирования) полуфабриката (заготовок) на каждом переходе
обычно она соответствует 12 14 квалитету.
Штамповка в условиях мелкосерийного производства
При мелкосерийном производстве изготовляют от 3 5 до 20 10000 штук
Использование в мелкосерийном производстве штампов серийного
производства экономически невыгодно и увеличивает срок изготовления новых
изделий (штамп серийного производства изготовляют ориентировочно один
Для быстрого освоения новых изделий (опытных образцов) с минимальными
производственными затратами в условиях мелкосерийного производства
применяют два способа: штамповку на упрощенных штампах и на универсальных
штампах и на координатно-револьверных прессах.
К штамповке на упрощенных штампах относят штамповку: а) на пинцетных
штампах б) на литых штампах в) на штампах с использованием полиуретана
взрывчатых веществ импульсного магнитного поля взрыва газовых смесей
электрогидравлического эффекта и др.
Пинцетные (листовые) штампы (рис. 5.32) используют как для
индивидуальной так и групповой штамповки деталей. Их применяют для вырубки
- пробивки иногда для гибки отбортовки рельефной формовки.
Рис. 5.32. Схема пинцетного штампа
Литые штампы изготовляют из алюминиевоцинковых сплавов и используют
для гибочных вытяжных формовочных работ. Такие штампы допускают
многократное восстановление. Рекомендуют их армировать стальными вставками
в наиболее изнашиваемых местах.
Универсальные штампы требуют первоначально больших затрат на
изготовление чем такого же назначения штампы серийного производства;
однако они быстро окупаются так как их используют для штамповки большой
номенклатуры деталей. По конструктивному оформлению они подобны штампам
серийного производства однако имеют некоторое отличие.
Универсальные штампы используют для двух видов штамповки: 1)
поэлементной и 2) групповой штамповки.
Сущность метода поэлементной штамповки заключается в том что контур
детали разделенный на простейшие элементы (прямые кривые окружности и
др.) образуется последовательной штамповкой при помощи набора универсальных
штампов установленных на прессах. Обязательным условием эффективного
использования этой штамповки является стандартизация элементов
геометрических контуров штампуемых деталей.
Последовательность изготовления детали показана на рис. 5.33.
Рис. 5.33. Последовательность поэлементной штамповки: а - деталь б-
последовательность штамповки: I - отрезка заготовки от полосы 2 - пробивка
отверстий за 4 одинаковых перехода (2-1 2-4) 3 -обрезка-закругление углов
за 4 одинаковых перехода (3-1 3-4)
Порядок операций должен так назначаться чтобы последующие операции не
вызывали изменения положения уже изготовленного элемента контура
Точность взаимного расположения элементов контура детали при
поэлементной штамповке соответствует 12 14 квалитету.
Сущность групповой штамповки состоит в том что сгруппированные по
технологическим признакам детали (вытяжки пробивки и т.д.) обрабатываются
на групповых штампах которые представляют собой штампы состоящие из двух
основных частей блока и комплекта быстросменных наладок. Блок включающий
плиты направляющие элементы и элементы крепления штампа и зажима наладок
закрепляется постоянно на прессе. Быстросменные наладки выполняющие
функции ориентировки заготовки и формирования детали (вырубки гибки
вытяжки и т.д.) можно быстро (за несколько минут) заменять и таким образом
переналаживать штамп на выполнение другой операции.
5. Объемная штамповка. Бесштамповая обработка
Холодное выдавливание. Холодным выдавливанием называют процесс при
котором холодный металл вытесняется из закрытого объема в зазор или
отверстие имеющееся в инструменте. При холодном выдавливании металл в
закрытом объеме находится под большим давлением до 2000 2500 МПа и течёт в
том направлении в котором сопротивление течению наименьшее.
Возможности получаемых форм деталей определяется способами
выдавливания (рис. 5.34): прямым обратным и комбинированным.
Рис. 5.34 .Способы холодного выдавливания: а- обратное б-прямое в-
комбинированное; 1 -пуансон 2 -матрица 3 –выталкиватель
При прямом выдавливании металл течет в направлении движения пуансона
при обратном выдавливании в противоположном движении при комбинированном -
в направлении движения и обратном направлении движению пуансона.
Для холодного выдавливания используют деформируемые алюминий и его
сплавы медь и ее сплавы никель и его сплавы стали с пределом прочности
Поперечное сечение детали определяется степенью деформации
где F0 и F - площадь поперечного сечения заготовки и детали.
Допустимая степень деформации зависит от марки и состояния металла.
Если при допустимой степени деформации не получают нужных размеров деталей
вводят дополнительные операции выдавливания.
Усилие выдавливания определяют по формуле:
где q -давление течения Fn-площадь на которую давит пуансон.
Давление течения один из важнейших технологических параметров
холодного выдавливания. Величина давления зависит от марки материала и его
состояния степени деформации силы трения и др.
Силы трения увеличивают усилия в 2 3 раза поэтому стремятся их
уменьшать до минимума. С этой целью используют определенные смазки. Так как
при холодном выдавливании возникают большие давления то смазки легко
выдавливаются и происходит контакт инструмента с несмазанной заготовкой
что приводит к микросвариванию и резкому увеличению давления. Для
сохранения смазки при выдавливании на заготовку наносят пористый
прочнопластичный разделяющий слой. Для сталей разделяющим слоем является -
слой цинкового фосфата для алюминия и его сплавов - слой анодных окислов.
Смазкой для стали является раствор хозяйственного мыла для алюминия и его
сплавов - животные жиры и минеральные смазки на основе парафина.
Размеры заготовки. Размеры поперечного сечения заготовки на 005 010
мм меньше размеров матрицы; высота заготовки определяется из условия
равенства объема заготовки и объема детали с учетом припуска на обрезку.
где F3 - площадь заготовки VдV - объем заготовки и припуск на обрезку.
Для уменьшения давления течения используют выдавливание с активными
(направленными по течению металла) силами трения. Это позволяет уменьшить
усилие (давления) выдавливания на 15 40% соответственно при степенях
При холодном выдавливании получают 6..11 квалитет точности детали по
поперечному сечению шероховатость поверхности с параметром Ra = 25 016
мкм высокую производительность экономию металла.
Для выдавливания используют колоночные и бесколоночные штампы. Для
холодного выдавливания сталей медных и никелевых сплавов используют
специальные прессы для мягких алюминиевых сплавов (в 10 12МПа) -
обычные кривошипные прессы.
Высадка - процесс перераспределения металла при котором на заготовке
получают местное утолщение (рис. 5.35).
Рис. 5.35. Схема процесса высадки: а - высадка за один удар детали с
потайной или со сферической головкой б - высадка детали за три удара.
При высадке можно получить утолщение на трубчатых плоских заготовках
заготовках из прутка и т.д. Высадка осуществляется двумя способами -
открытым и закрытым. При открытом способе металл имеет возможность свободно
течь в направлении перпендикулярном движению пуансона; при закрытом
способе течение металла перпендикулярно движению пуансона ограничивается
Для высадки используют калиброванные прутки. Детали изготовляют из
стали марок от 10 до 45 20Х 40Х 30ХГСА ШХ9 ШХ15 12Х18Н9Т У10А
дуралюмина Д1 и Д16 латуни Л63 Л68 меди и др.
Длина высаживаемой части заготовки ho определяется из условия
равенства объемов заготовки и высаживаемой части детали. При ho2d высадка
выполняется за один переход при 25dho5d - за два перехода при 5dho8d
- за три перехода. Длина заготовки ho равна:
где V - объем высаживаемой части заготовки.
Процесс высадки изделий массового производства автоматизирован и
выполняется на холодновысадочных автоматах. Изготовляют автоматы одно-
двух- и трехударные. В автоматах подача материала отрезка заготовки
высадка головки и удаление детали выполняются автоматически.
Качество деталей. Точность поперечных размеров деталей формируемых в
инструменте соответствует 8 11 квалитету при тщательном изготовлении
инструмента - 7 квалитету точности. Точность продольных размеров
соответствует 11 13 квалитету. Шероховатость поверхности соответствует – Ra
Прокатка. Различают три основные вида прокатки: продольную поперечную
и поперечно-винтовую (рис.5.36).
Рис. 5.36. Схемы прокатки: а - продольной б - поперечной в - поперечно-
При продольной прокатке (рис. 5.36а) валки одинакового диаметра
вращаются в противоположных направлениях с одинаковыми скоростями. Оси
валков параллельны а расстояния между валками одинаковы. Металл
деформируется в основном продольном направлении в направлении проката.
При поперечной прокатке (рис. 5.35б) валки с параллельными осями вращаются
в одном направлении с одинаковыми скоростями. Прокатываемая заготовка
круглого поперечного сечения по мере уменьшения расстояния между валками
обжимается по диаметру; при этом заготовка удлиняется. При поперечно-
винтовой прокатке (рис. 5.36в) валки вращаются как и при поперечной
прокатке с одинаковыми скоростями в одну сторону. Оси валков наклонены
одна к другой. Заготовка при вращении валков подается в направлении
биссектрисы угла наклона валков и одновременно вращается. При этой прокатке
уменьшается поперечное сечение заготовки.
Основной технологический параметр прокатки - степень деформации:
где Fo и F - площади поперечного сечения заготовки до и после
Прокатка в металлургическом производстве используется для получения
листов лент труб прутков и других профилей используемых в различных
отраслях металлообрабатывающей промышленности. В приборостроении
используется для получения точных пластин лент профилей а также для
упрочнения лент (полос) и листов.
При холодной прокатке достигают 6 9 квалитет точности и параметр
шероховатости Ra = 125 032 мкм. При точной (шариковой и валковой)
прокатке в приборостроении получают 5 квалитет точности и параметр
шероховатости Ra = 063 004 мкм.
Волочение. Волочение - это процесс протягивания заготовки через
отверстие меньшего поперечного сечения чем сечение заготовки (рис. 5.37).
При волочении получают сплошные и полые детали постоянного поперечного
сечения по длине. Поперечное сечение может быть любым.
Рис. 5.37. Схема волочения
Для волочения используют инструмент - волоки (цельные или составные)
устанавливаемые на волочильные станы которые бывают продольно-волочильные
и барабанные. Продольно-волочильные используют для волочения труб прутков
барабанные - для волочения проволоки и других профилей сматываемых в бунты.
На приборостроительных заводах используют оба вида станов.
Основной технологический показатель - степень деформации которая не
должна быть более 25%
где Fo и F - площадь поперечного сечения заготовки до и после
При волочении получают точность поперечных размеров 6 9 квалитета
шероховатость поверхности соответствует Ra = 063 016 мкм.
Использование волоченных профилей при производстве деталей приборов
позволяет уменьшить расход металла до 45% и снизить трудоемкость до 20% в
сравнении с изготовлением деталей резанием.
Ротационный обжим - это процесс последовательного обжатия по периметру
и длине заготовки в результате которого увеличивается длина и уменьшается
поперечное сечение заготовки. Этот процесс выполняют на ротационно-обжимных
(рис.5.38) и радиально обжимных машинах.
Рис. 5.38. Схема ротационно-обжимной машины; I- статор 2 - боек-ползун 3
- ролик 4 - обрабатываемая заготовка 5 - шпиндель
На этих машинах получают удлиненные изделия не только круглого но и
граненного сечения; изделия можно получать диаметром от 015 мм до 400 мм
сплошного профиля до 600 мм -трубчатого профиля; изделия могут быть
постоянного сечения по длине и ступенчатые из металлопорошков жаропрочных и
других малопластичных сплавов; можно выполнять сборочные операции.
Степень деформации (формула 5.27) может достигать 90% так как металл
деформируется при благоприятной схеме нагружения. При горячей обработке
можно деформировать с любой степенью деформации.
При ротационном обжиме достигают точность 6-9 квалитета при холодной
обработке и 11 13 квалитета при горячей обработке шероховатость
поверхности – Ra = 032 008 мкм при холодной обработке и Rz = 40 20 мкм
при горячей обработке.
Горячая объемная штамповка
Горячую объемную штамповку применяют для изготовления сложных и
ответственных деталей в условиях серийного и массового производства. При
горячей штамповке завариваются внутренние литейные поры что увеличивает
плотность металла. Формообразование в этом случае обусловлено
пластичностью которая зависит не только от химического состава
температуры скорости деформации но и от схемы воздействия внешних сил.
Наряду с высокой пластичностью при обработке давлением стремятся получить
возможно меньшее сопротивление деформированию. Показателем технологических
свойств в этом случае является ковкость. Ковкость увеличивается с
повышением пластичности и уменьшением сопротивления деформированию. Нагрев
металла увеличивает ковкость.
Объемная штамповка заключается в формоизменении заготовки в штампах
под действием внешних сил. Полость формирующая в штампе заготовку
называется ручьем. Отштампованная заготовка называется штампованной
Последовательность технологического процесса изготовления штампованной
поковки: резка исходного металла на заготовки нагрев заготовки штамповка
обрезка заусенца охлаждение и термообработка поковок очистка от окалины
Исходным металлом для объемной штамповки являются прокатные или
прессованные прутки чаще из углеродистой низколегированной стали а также
из высоколегированной стали и сплавов жаропрочных сплавов алюминиевых
медных магниевых и титановых деформируемых сплавов.
Основные виды объемной штамповки. Виды объемной штамповки подразделяют
в зависимости от применяемого оборудования на котором она производится
типа штампа и других факторов.
В зависимости от оборудования объемная штамповка подразделяется на
следующие виды: штамповку на молотах штамповку на горизонтально-ковочных
машинах (ГКМ) штамповку на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП)
штамповку на специальных машинах (вертикально-ковочных ротационно-
обжимных радиально-обжимных электровысадочных) штамповку на фрикционных
и гидравлических прессах.
Указанное оборудование принципиально отличается друг от друга
скоростью деформирования металла. Наибольшая скорость (до 7мсек) у молота
наименьшая - у гидравлического пресса (десятки мм в минуту). На молоте
деформирование производится за несколько ударов на прессе за одно нажатие
В зависимости от типа штампа различают: штамповку в открытых штампах
штамповку в закрытых штампах штамповку выдавливанием. Тип штампа
определяет условие течения металла и поэтому этот вид подразделения
штамповки является основным.
Штамповку выдавливанием применяют только на прессах штамповку в
открытых и закрытых штампах можно выполнять на любом виде оборудования.
В зависимости от количества ручьев в штампе различают штамповку в
одноручьевых штампах и штамповку в многоручьевых штампах.
Далее рассмотрим содержание и особенности выполнения основных операций
горячей объемной штамповки.
Расчет массы и размеров исходной заготовки
исходной заготовки складывается из массы поковки и массы
Qзаг =Qп + Qз + Qуг + Qкл
Qп - масса поковки определяется умножением объема поковки на
плотность; объем поковки рассчитывают по номинальным горизонтальным
размерам и номинальным вертикальным размерам поковки плюс половина
положительного допуска; массу заусенца Qз определяют по формуле:
Qз = (075-08)( Sзк( pn( p
где Sзк - площадь поперечного сечения заусенечной канавки pn -
периметр поковки в плоскости разъема. Массу угара - Qуг берут в зависимости
от способа нагрева: при нагреве в мазутной печи масса угара составляет 2 3%
от массы заготовки в газовой печи - 15 2% при электронагреве - 05 1%.
Qкл - масса клещевины - участок для захвата заготовки клещами
определяют в зависимости от диаметра заготовки или оттянутой под клещевину
Расчет размеров заготовки. Размеры заготовки определяют в зависимости
от способа штамповки. При штамповке поперек оси заготовки (плашмя) длина
где К - коэффициент зависящий от вида
штамповочного ручья изменяется в пределах 102 13.
Площадь поперечного сечения заготовки равна:
где Vзаг - объем заготовки.
При штамповке вдоль оси т.е. при наличии осадки соотношение высоты
заготовки к диаметру должно удовлетворять соотношению
Обычно Hзаг:Dзаг = 2
Диаметр поперечного сечения заготовки:
Dзаг = ((4( Vзаг):Н)05
После определения Dзаг выбирают ближайший больший размер по ГОСТу и
вычисляют скорректированную длину заготовки.
Отрезка исходного материала на заготовки заключается в подготовке
металла к отрезке и непосредственно отрезке.
Подготовка металла к отрезке заключается в зачистке на поверхности
проката различных местных дефектов (плен трещин и т.п.) и правки изогнутых
исходных прутков. Местные дефекты удаляют механическим способом
(пневмозубилом абразивным кругом на металлорежущих станках или огневым
способом (выплавкой сварочным электродом)). Правку проката производят на
кривошипных или гидравлических прессах.
Резку исходного пруткового металла производят на пресножницах
кривошипных прессах пилах абразивными кругами в хладноломах газовой
резкой и другими средствами.
Нагрев заготовок. Термомеханический режим ковки. При определенных
температурах металлы обладают высокой ковкостью - высокой пластичностью и
низким сопротивлением деформированию. Нагрев должен обеспечивать требуемую
температуру заготовки равномерное распределение ее по сечению отсутствие
трещин минимальное окисление и обезуглероживание поверхности. Температура
штамповки имеет верхний и нижний пределы между которыми лежит
температурный интервал штамповки. Нижняя граница интервала для
железоуглеродистых сплавов (сталей) не должна быть ниже температуры фазовых
превращений (Ас3); верхняя граница должна быть ниже температуры пережога
при которой возникают межкристаллитные окислы.
С увеличением температуры как известно наблюдается рост зерен (см.
рис. 5.6) и металл получает крупнозернистую структуру.
При правильно выбранном температурном интервале штамповки путем
пластической деформации можно измельчить крупное зерно возникшее в металле
при нагреве. С увеличением скорости нагрева меньше окисление и
обезуглероживание и поэтому экономичнее нагрев. Однако при слишком быстром
нагреве в результате значительного температурного градиента по сечению
заготовки в металле могут возникать термические напряжения которые в
некоторых случаях приводят к образованию микро- и макротрещин.
Скорость нагрева зависит от типа печи обрабатываемого металла вида
укладки заготовок и других факторов.
Температурный интервал и скорость нагрева устанавливают на основе
комплексов исследований и поэтому обычно определяют по таблицам в
Нагрев высоколегированной стали и сплавов из-за их низкой
теплопроводности производят с предосторожностями основная цель которых -
снятие остаточных напряжений и предупреждение образования термических
трещин. Поэтому перед нагревом заготовок под штамповку их подвергают
предварительному отжигу а иногда промежуточному отжигу. Температурный
интервал штамповки высоколегированных сталей и сплавов узкий что требует
для формообразования дополнительных переходов. Для повышения равномерности
деформации при штамповке применяют подогрев штампов до температуры 200 400
С. При нагреве необходимо предохранять заготовки от окисления. Для этого
применяют стеклянные смазки или газ аргон.
Нагрев осуществляют в мазутных газовых электрических печах без
защитной и с защитной против окисления атмосферой а также в растворах
Штамповка в открытых штампах (рис.5.39) характерна тем что штамп в
процессе деформирования остается открытым а зазор между верхним и нижним
штампом в процессе деформирования переменным. В этот зазор вытекает металл
из рабочей полости образуя заусениц. Заусениц закрывает выход из полости
штампа и этим способствует заполнению всей полости штампа при дальнейшем
сближении обеих половин штампа. В заусениц вытесняется и избыток металла из
рабочей полости. Поэтому заготовку можно нарезать не точно с избытком
металла. Штамповка в открытых штампах производится на молотах кривошипных
горячештамповочных прессах гидравлических прессах фрикционных прессах и
Рис. 5.39. Схема штамповки в открытом штампе
Штамповка в закрытых штампах (рис. 5.40) характерна тем что штамп в
процессе деформирования остается закрытым а зазор между подвижной и
Рис. 5.40. Схема штамповки в закрытом штампе
неподвижной частями остается постоянным и небольшим. При избытке
деформируемого металла последний вытекая в зазор создает торцевой
заусенец и вызывает большие напряжения в штампе и его износ. Штамповку в
закрытых штампах выполняют на ГКМ КГШП молотах.
Штамповка в штампах для выдавливания (рис. 5.41.) характерна тем что
штамп имеет глубокую полость которая заполняется при выдавливании
Рис. 5.41. Схема штамповки выдавливанием
металлом. Штамповка выдавливанием производится на гидропрессах КГШП ГКМ.
Этот процесс рекомендуют для штамповки малопластичных сталей и сплавов
(например высоколегированных сталей и сплавов).
Возможности формообразования. При штамповке в открытых и закрытых
штампах можно на штампованных поковках получить различной формы выступы
ребра углубления отверстия (с перемычками) за один или несколько ударов.
При выдавливании и доштамповке можно получить заданную форму деталей
типа “стакан” стержень с головкой и трубка с фланцем за один - три
перехода в зависимости от K=F: f (F - площадь проекции поковки на плоскость
разъема f - площадь сечения деформированной части заготовки). В
зависимости от условий деформирования относительное обжатие =100((F-f):F
может быть равно 15 95 %. Следует обращать внимание при выдавливании на
скорость истечения =(Ff)(V (V - скорость движения ползуна пресса) для
предупреждения брака по наружным трещинам.
Высоколегированную сталь и специальные сплавы штампуют при меньших
скоростях чем низколегированную и углеродистую.
Выбор оборудования для штамповки. При штамповке на молотах молот
выбирают по массе падающих частей G и для штамповки в открытых штампах:
где Fn - площадь проекции поковки в плане.
При штамповке на прессах выбор пресса осуществляют по рабочему усилию
определенному по формуле в зависимости от формы детали в плане и типа
пресса (КГШП фрикционный и др.).
Обрезка заусенца и прошивка отверстий. Заусенец образуется при горячей
штамповке в открытых штампах. Этот заусенец обрезают на обрезных
кривошипных и иногда гидравлических прессах. Обрезка заусенца
подразделяется на горячую и холодную. Крупные и средние по массе поковки
штампуемые на молотах с массой падающих частей более 1 т имеют
относительно толстый заусенец который легко обрезать в горячем состоянии
непосредственно после штамповки. Обрезной пресс в этом случае находится
рядом со штамповочной машиной. Мелкие поковки с тонкими заусенцами легко
обрезают в холодном состоянии; эту обрезку выполняют в другом (не
штамповочном) отделении; производительность холодной обрезки выше чем
горячей. Число обрезных прессов для холодной обрезки меньше чем число
штамповочных машин (прессов молотов).
Схема процесса обрезки и штампа представлена на рис.5. 42. Поковка 3
Рис. 5.42. Схема отрезки пробивки и штампа
укладывается в матрицу 4 и движением пуансона 1 проталкивается вниз через
нее. При этом заусенец срезается. Режущим элементом здесь является матрица
а пуансон - подающим проталкивающим элементом. Матрица укрепляется в
нижней плите 7 пуансон - в пуансонодержателе. При обратном ходе с
пуансона 6 снимается заусенец съемником 5.
Зачистку поковок обычно производят с частичной зачисткой штамповочного
уклона. Зазор между пуансоном и матрицей принимают в зависимости от формы
Прошивка отверстий. Если в поковке должно быть отверстие то при
штамповке делают наметки (углубления) с одной или двух сторон с оставлением
пеленок. Эту пленку прошивают (обычно в горячем состоянии) после штамповки
аналогично тому как обрезают заусенец. При этом применяют те же обрезные
прессы. Схема прошивки с одновременной обрезкой заусенца показана на рис.
42. Здесь представлен совмещенный штамп где 1 - пуансон обрезки 2 -
пленка подлежащая удалению прошивкой 3 - поковка 4 - матрица 5 -
выталкиватель 6 - пуансон прошивки 7 - основание штампа.
В производстве прошивка и обрезка заусенца чаще выполняется как
Усилие обрезки и прошивка определяют по формуле
P=(15-18)В( Sср( Pср
где В - предел прочности на срез при температуре обрезки-прошивки
Sср Pср - соответственно толщина и периметр среза.
Под толщиной среза понимают толщину пленки или заусенца с учетом
закругления и прибавления величины положительного отклонения допуска на
размер поковки по высоте.
Охлаждение и термообработка. Режим охлаждения поковок после штамповки
имеет такое же значение как и режим нагрева. Скорость охлаждения влияет на
величину термических напряжений которые в случае быстрого охлаждения
приводят обычно к наружным трещинам. А при неодновременном по объему
металла переходе через критический интервал температур - к структурным
напряжениям которые могут суммироваться с температурными. Это может
привести к микро- и макротрещинам. При охлаждении некоторых марок сталей
могут образовываться флокены (мелкие трещины) белые пятна; они не имеют
определенной ориентировки в связи с деформациями и не связанные с
ликвационными зонами. Белые пятна внешне похожи на флокены но
располагаются исключительно в ликвационных участках и ориентируются в
направлении деформации. На появление флокенов и белых пятен оказывает
большое влияние водород растворенный при выплавке металла. Для уменьшения
влияния водорода на образование флокенов и белых пятен применяют
соответствующий режим охлаждения.
Охлаждение в зависимости от марки материала и размеров поковок
производятся: на воздухе (одиночных или штабелями) в ящиках с песком
золой или окалиной в термостатах и неотапливаемых колодцах в
подогреваемых колодцах вместе с печью.
После штамповки для снятия остаточных напряжений предохранения от
образования флокенов и размельчения зерна (штамповкой после дополнительного
нагрева) применяют отжиг а для выравнивания структуры по сечению (путем
диффузии легирующих элементов) применяют гомогенизационный отжиг поковок.
Очистка поковок от окалины. После штамповки поковки имеют на
поверхности слой окислов который ухудшает качество поверхности и
препятствует последующей механообработке. Для очистки поковок применяют
травление галтовку и дробемётную очистку.
Травление применяют для очистки от окислов сложных поковок в растворе
кислоты. После погружения поковок в раствор кислоты (или кислот) кислота
проходит через слой окалины и вступает в реакцию с металлом образуя рыхлую
пленку которая имеет большую толщину чем толщина окислившегося металла.
Это способствует разрушению окислов. Для сталей применяют раствор серной и
соляной кислот с присадкой КС; для никелевых сталей - такой же раствор
кислот но более концентрированный; для алюминиевых сплавов - раствор
щелочи. Затем для сталей производят промывку в щелочном растворе и воде
для алюминиевых сплавов - в растворе азотной кислоты и воде.
Очистка поковок травлением это самый качественный и самый дорогой
Галтовку применяют для очистки мелких и средних по массе поковок
простой формы (короткие валики шестерни). Загруженные во вращающийся
вокруг горизонтальной оси барабан поковки (иногда с ними и шары) удаются и
окислы скалываются. Недостаток способа - большой шум.
Дробемётную очистку применяют для очистки от окислов мелких и средних
поковок сложной формы. В этом случае на очищаемые поверхности направляют
движущуюся с большой скоростью чугунную дробь которая при ударе о
поверхность поковки скалывает окислы. Поковки должны поворачиваться для
очистки всех поверхностей. Качество поверхности получают хорошее.
Недостатком способа является возможность закрытия трещин которые в
дальнейшем трудно обнаружить.
Правка поковок. Штампованные поковки могут искривляться в процессе
удаления из ручья штампа обрезке заусенца прошивке отверстий и при их
У изогнутых поковок при механообработке может быть в некоторых местах
недостаточный припуск а в других - избыточный припуск.
Правку производят в горячем и холодном состоянии более часто
используют холодную правку.
Горячую правку после обрезки заусенца обычно применяют для простых
поковок из высоколегированной или высокоуглеродистой стали при холодной
правке в поковках возможно возникновение трещин. Такую правку выполняют
обычно в окончательном ручье штампа.
Для сложных поковок или поковок с отверстием горячую правку производят
в специальном штампе.
Холодной правке подвергают сложные мелкие и средние по массе поковки.
При холодной правке невозможно получить из-за упругих деформаций при
разгрузке абсолютно не искривленные поковки.
Калибровку поковок выполняют для повышения точности размеров
улучшения качества поверхности отдельных участков или всей поковки а также
снижения колебания массы поковки. Калибровку применяют в массовом и
крупносерийном производстве.
Различают плоскостную и объемную калибровку.
Плоскостная калибровка производится в холодном состоянии на кривошипно-
коленных чеканочных прессах для получения точных вертикальных размеров на
одном или нескольких участках поковки (рис. 5.43).
Рис. 5.43. Схема калибровки по двум плоскостям: а–плоскостная б - объёмная
Объемную калибровку применяют для увеличения точности размеров в
разных направлениях а при выдавливании некоторого излишка металла в
заусенец - и для получения точной массы.
Точность объемной калибровки ниже чем плоскостной. Иногда применяют
комбинированную калибровку - сначала объемную а затем плоскостную.
Усилие плоскостной калибровки для круглых поковок:
где d - диаметр поковки; h - высота; s - напряжение пластического
течения; - коэффициент контактного трения.
Виды брака. Контроль качества штампованных поковок. Брак может быть на
любом этапе технологического процесса. Наиболее характерны следующие виды
брака: вмятины недоштамповка выступов углов закруглений и ребер
смещение одной половины поковки относительно другой в плоскости разъема
зажимы повышенная кривизна отклонение допуска от заданного утяжка брак
по термообработке и очистке от окалины.
Вмятины на поковках могут быть в результате заштамповки окалины и
механических повреждений при удалении из штампа и переброске горячих
поковок. Недоштамповка возникает при недостаточном нагреве заготовки и
количестве ударов или массе падающих
Рис.5.44. Основные виды брака при горячей штамповке: а б - зажимы в -
зажим - "прострел" г - утяжка д - "прострел" е - наружный скол (отмечен
штрихами) ж - внутренний скол.
частей молота. Смещение плоскости разъема возникает при износе направляющих
машины или штампа. Зажимы возникают из-за резких ударов (рис. 5.44а)
несоответствия чернового ручья штампа чистовому ручью (рис. 5.44б) и из-за
эксцентричной укладки заготовки в штамповочном ручье. Повышенная кривизна
возникает при неравномерном охлаждении поковки или из-за деформации при
переброске горячих штампованных поковок. Повышенные допуски и размеры
возникают при слишком большом износе штампов или при недоштамповке. При
штамповке на КГШП возможно также незаполнение штампа повышенная кривизна
при выталкивании след от выталкивателя зажим типа “прострел” (рис.
44в). Из-за неправильного течения металла при штамповке выдавливанием
возникает “утяжка”(рис. 5.44г) “прострел”(рис. 5.44д) наружные и
внутренние сколы (рис. 5.44еж). Брак при термообработке может быть такой:
обезуглероживание отклонение от заданной твердости и микроструктуры.
Контроль штампованных поковок производят на всех этапах
технологического процесса. С этой целью выполняют контроль химического
состава проверяют размеры поковок и визуально контролируют поверхностные
дефекты контролируют режимы нагрева и термообработки твердость поковок.
Внешние дефекты трещины зажимы прострелы для ответственных деталей
конструируют магнитным и люминисцентным методом а метод вихревых токов
позволяет контролировать химический состав твердость трещины структурное
состояние внутренние напряжения в поковках и размеры их сечения.
Внутренние дефекты в поковках определяют ультразвуковым методом и
просвечиванием лучами Рентгена.
Технологичность поковок
Чертеж поковки составляют по чертежу детали. Правильно разработанный
чертеж поковки позволяет учесть особенности течения металла в штампе
обеспечивает возможность ее рационального изготовления.
Технологичной считается поковка в которой правильно выбрана
поверхность разъема; назначены шероховатость поверхности допуски припуски
и напуски; определены штамповочные уклоны и линия разъема; определены
радиусы скруглений; назначены наметки под прошивку и определены размеры
пленки под прошивку; установлено направление волокон в поковке толщина
полотен и ребер и другие вопросы.
Поверхность разъема - это поверхность по которой соприкасаются части
штампа. Обычно за поверхность разъема принимают плоскость. Плоскость
разъема должна совпадать с плоскостью двух наибольших размеров поковки и
обеспечивать свободное удаление штампованной поковки из штампа. Если
поковка не симметрична то более глубокие полости располагают в верхней
части штампа т.к. вверх металл течет лучше. Правильно выбранная плоскость
разъема обеспечивает возможность контроля сдвига между верхним и нижним
штампом по внешнему виду поковки после обрезки заусенца. На рис. 5.45а
плоскость разъема выбрана правильно и позволяет
[pic]Рис. 5.45. Элементы технологичной конструкции штампованной поковки:
абв -влияние плоскости разъёма на сдвиг элементов детали г - плоская
намётка уклоны радиусы скругления д - намётка раскосом е - намётка с
магазином ж - намётка с карманом з - глухая намётка и к л - виды
обнаружить сдвиг при обрезке заусенца на рис. 5.45б - плоскость разъема
выбрана не правильно т.к. не позволяет обнаружить сдвиг на рис. 5.45в -
возможное расположение плоскости разъема при односторонней бобышке.
Шероховатость поверхности обычно при горячей штамповке получают в
пределах Rz = 160 40 мкм а точность в пределах 12 16 квалитета более
высокие качественные показатели относятся к штамповке в закрытых штампах.
Допуски учитывают изменения размеров при недоштамповке по высоте и износ
штампов. При калибровке достигают точность в пределах 8 12 квалитета
шероховатость – Ra = 25 032 мкм. Если заготовка детали должна иметь более
высокие качественные показатели (точность и шероховатость поверхности) то
эти показатели достигают механической обработкой - снятием припуска со
штампованной поковки. Припуски и допуски при горячей объемной штамповке
назначают по ГОСТ 7505-85. Практически величина припуска составляет 05 6
мм и ориентировочно может быть определена по эмпирической формуле
где h и l - наибольшие размеры поковки по высоте и в плоскости разъема.
Указанный ГОСТ устанавливает также напуски. К напускам относят
некоторый объем металла на поковке для облегчения её изготовления. Напуск
можно удалить механической обработкой. При диаметре отверстия менее 30мм
устанавливают напуск т.е. не штампуют отверстие из-за малой стойкости
штампа; к напускам относят также напуски для штамповочных уклонов и
радиусов скругления.
Уклоны. Штамповочные уклоны назначают для легкого и быстрого удаления
поковки а также для облегчения заполнения штампа. Различают наружные и
внутренние уклоны. Величина уклона зависит от наличия выталкивателей у
оборудования и относительной высоты поковки. При отсутствии выталкивателей
(молоты) наружные уклоны равны 5 7° внутренние -7 10°; при наличии
выталкивателей (КГШП ГКМ гидропрессы) наружные уклоны равны 3 5°
Для относительно более высоких поковок (отношение глубины полости к
ширине принимают большие величины уклонов. Выбор уклонов производят по
таблицам справочников.
Толщина полотна и ребер определяется условиями деформирования чем
меньше толщина тем больше напряжение течения и меньше стойкость
Толщину полотна назначают в зависимости от площади штампованной
заготовки в плане и формы сечения. При увеличении площади от 20 до 2000 см2
толщина увеличивается от 15 до 12 мм.
Высота толщина ребра и расстояние между ребрами зависят от формы
поперечного сечения штампуемого изделия. В открытых сечениях толщина ребра
зависит только от его высоты в закрытых двутавровых сечениях толщина ребра
определяется высотой ребер и расстоянием между ними. Ребро хорошо
заполняется при отношении его высоты к толщине не более 10. Для ребер
небольшой высоты (менее 10 мм) и малой толщины (менее 2 мм) из-за трудности
заполнения полости (возникают большие давления) толщину ребра назначают в
4 меньше высоты. Наименьшее расстояние между ребрами зависит от высоты.
(При высоких ребрах и небольшом расстоянии между ними выступ штампа
формирующий эти ребра быстро изнашивается). Наименьшее расстояние для
высоты ребер 5 70 мм равно 10..80 мм; наибольшее для той же высоты
соответственно - (30 20)S S-толщина полотна.
Радиус закругления на поковках назначают как и штамповочные уклоны
для облегчения заполнения штампа и для обеспечения удовлетворительной
стойкости инструмента. Радиусы закругления назначают по ГОСТ 7505-85 в
зависимости от относительной глубины полости и абсолютной глубины полости.
Различают наружные и внутренние радиусы внутренние радиусы примерно в три
раза больше наружных R = 3r. После назначения внутренних радиусов их надо
согласовать с припуском таким образом чтобы величина припуска была не
меньше чем на прилегающих участках.
Наметки и пленки под прошивку. При штамповке невозможно получить
сквозное отверстие. Для облегчения последующей прошивки и экономии металла
в поковке делают наметку с перемычкой-пленкой небольшой толщины.
В зависимости от формы и размеров отверстий поковок применяют пять
типов наметок: плоскую с раскосом с магазином с карманом глухую.
Плоскую наметку применяют при 50 d 80 мм а при наличии
предварительного штамповочного ручья применяют при 30 d 55 мм. Толщина
При 150> d >80 мм и отсуствии предварительного ручья и всегда для
наметок в предварительном ручье примеряют наметки с раскосом толщина
пленки Smax = 135S Smin = 065S S = 01d.
Наметку с магазином применяют при 150 > d > 55 мм и наличии
предварительного ручья в котором делается наметка с раскосом.
Наметку с карманом применяют в окончательном ручье при D > 155 мм и
низких поковках со сравнительно малым отношением высоты к диаметру
HD007. Толщина S = 04(d)05.
Глухую наметку применяют только с целью экономии металла когда
наметку получают с относительно большой глубиной и большим радиусом R.
Отверстие получают в дальнейшем сверлением.
7. Высокоэнергетические импульсные методы штамповки
Применение высокоэнергетических методов штамповки позволяет экономично
изготовлять обработкой давлением такие детали и заготовки которые ранее
невозможно было изготовлять или для изготовления которых требовалось
дорогостоящее мощное оборудование. Эти методы деформирования используют в
условиях мелкосерийного и серийного производства как для листовой так и
для объемной штамповки.
Штамповка листового металла
Гидровзрывная штамповка (рис. 5.46). При гидровзрывном формоизменении
энергия образующаяся при взрыве передается штампуемой заготовки через
ударную волну давление и сопутствующий ей гидропоток. В качестве среды
передающей энергию взрыва используют жидкость сыпучую вязкую или твердую
Рис. 5.46. Схема вытяжки взрывом бризантных ВВ: 1 - заготовка 2 - навеска
ВВ 3 - бассейн 4 - вода 5 - прижим 6 - матрица 7 - канал к вакуумному
Деформируемые листовые или трубчатые заготовки можно подвергать
различным операциям: разрезке вытяжке рельефной формовке раздаче
обжиму отбортовке и др. Причем возможно формоизменение с нагревом
заготовки с помощью передающей среды (песка).
Для взрывной штамповки используют бризантные и метательные взрывчатые
вещества. Взрыв может производиться в стационарном или съемном (разовом)
бассейне. Для формоизменения заготовки в зависимости от выполняемой
операции чаще всего используют только матрицу или пуансон; для вытяжки
рельефной формовки отбортовки - матрицу для обжима - пуансон. При вытяжке
обычно получают за один переход меньшую предельную величину коэффициента
вытяжки чем в обычных условиях:
Материал Сплав Сталь Сталь Сталь Сталь АМг6-М
ОТ4 ст.3 2Х13 12Х18Н10Т 08
m 068 065 064 063 063 061
Матрицы для вытяжки могут быть металлические цельнолитые или
составные железобетонные из льда.
Точность деталей изготовленных взрывной штамповкой по сравнению с
обычной вытяжкой значительно выше.
Электрогидравлическая штамповка (рис. 5.47) по сравнению со взрывной
имеет ряд преимуществ: а) возможность применения в обычных условиях б)
простота дозирования энергии в) возможность осуществления серии разрядов
следующих друг за другом г) легкость автоматизации процесса. Однако
установки для электрогидравлической штамповки дороже установок для
штамповки взрывом а размеры и стоимость электрогидравлических установок
ограничивают энергетические возможности метода.
Рис. 5.47. Схема электрогидравлической вытяжки в замкнутой камере: 1 -
матрица 2 - заготовка 3 - прижим 4 - электрод 5 - вода 6 - крышка
Сущность метода. При высоковольтном электрическом разряде между
электродами помещенными в жидкость возникает токопроводящий искровой
канал мгновенное расширение которого приводит к возникновению в жидкости
ударной волны. Деформация заготовки происходит как и при гидровзрывной
штамповке под действием ударной волны давления и сопутствующего
гидропотока. Более эффективному использованию энергии разряда по сравнению
с открытой емкостью для формоизменения способствует размещение рабочих
электродов в замкнутой камере или внутри трубчатой заготовки закрытой с
двух сторон крышками.
Рассматриваемым методом выполняют операции вытяжки деталей из плоских
заготовок отбортовку раздачу трубчатых заготовок оформление сложного
контура на листовых и трубчатых заготовках калибровку пробивку и
некоторые другие операции. Этим методом получают детали из цветных
металлов стали и высокопрочных сплавов. Толщина штампуемых деталей меньше
10 мм а габариты большинства деталей в плане достигают 1200 2000 мм.
Инструмент. Обычно для электрогидравлической штамповки используют
матрицы которые изготовляют из стали (иногда и других материалов
-цинковых алюминевых сплавов литьевых эпоксидных смол). Основной рабочий
инструмент - электроды которые изготовляют из стали латуни однако
найбольшей электроэрозийной стойкостью обладает металлокерамическая
композиция на основе вольфрама ВНМ-3-2.
Для электрогидравлической штамповки используют отечественные установки
“Удар 12м” и “Удар 20” ”Удар 20 с” “Удар 150” “Удар-II” позволяющие
изготовлять детали размером от 400х400 мм до 2000х1200 мм с толщиной стенки
от 3 до 10 мм или соответственно диаметром заготовки от 300 мм до 1500 мм с
толщиной стенки от 3 до 10 мм. Запасаемая энергия указанных установок
изменяется соответственно от 10 до 160 КДж.
Штамповка импульсным магнитным полем (рис.5.48). Основные преимущества
метода в сравнении с взрывной и электрогидравлической штамповкой: а)
большая скорость формоизменения заготовки и высокая производительность б)
возможность точнее регулировать параметры процесса в) возможность широко
механизировать и автоматизировать операции процесса г) возможность легкого
встраивания установки импульсной магнитной штамповки в автоматические
Рис. 5.48. Схема магнитоимпульсной штамповки: 1 - индуктор 2 -
заготовка 3 - матрица
Сущность метода. При помещении заготовки в импульсное магнитное поле
создаваемое с помощью разряда энергии накопленной в конденсаторной
батарее на катушку индуктивности (рабочий индуктор) в заготовке
индуцируются вихревые токи взаимодействие электрических полей которых с
электрическими полями индуктора приводит к возникновению усилий
деформирующих заготовку.
Этот метод штамповки применяют в основном для таких операций как
обжим и раздача трубчатых заготовок калибровка трубчатых изделий
получение на деталях различных рифлений штамповка деталей из плоских
заготовок пробивка отверстий в плоских и трубчатых деталях из различных
металлов и сплавов сборка. Преимущественное распространение имеет
обработка металлов и сплавов обладающих высокой электропроводностью.
Деформирование заготовок из материалов с недостаточно высокой
электропроводностью (углеродистых и нержавеющих сталей) осуществляется
через передающую среду или через так называемый “спутник”- промежуточный
материал с высокой электропроводностью помещаемый на обрабатываемую
заготовку. Максимальная толщина стенки детали составляет 15 2 мм для
стали 17 25 мм -для латуни и 2 3 мм - для алюминиевых и медных сплавов.
Инструмент. Рабочим инструментом в этом случае является индуктор и
оправка (матрица). В установках магнитно-импульсного деформирования
используют индукторы однократного и многократного использования: первые
применяют в условиях единичного производства вторые - в условиях серийного
производства. Для увеличения прочности индукторов и придания им
универсальности служат концентраторы магнитного поля.
Оборудование. Для магнитоимпульсной штамповки используют отечественные
магнитоимпульсные установки и установки изготовляемые в ФРГ ЧССР которые
обладают максимальной запасаемой энергией от 41 до 225 Кдж.
Высокоскоростная объемная штамповка позволяет максимально приблизить
форму и размеры поковки к форме и размерам деталей что обеспечивает
экономию металла и сводит к минимуму механическую обработку. Этим методом
изготовляют поковки с тонкими стенками из алюминия меди различных сталей
и сплавов. Поковки получают с мелкозернистой структурой и высокими
механическими свойствами; значительно улучшается структура и свойства
сплавов на основе молибдена никеля и титана. Улучшение структуры и
увеличение прочности в несколько раз увеличивает стойкость деталей
(шестерен в 2 10 раз).
Высокоскоростная объемная штамповка выполняется со скоростями движения
инструмента 9 18 мсек для изготовления поковок методом горячего и
холодного выдавливания.
Экономически целесообразно применять высокоскоростную штамповку в
условиях крупносерийного производства для поковок которые могут быть
получены на обычном горячештамповочном оборудовании.
Для нагрева сталей жаропрочных сплавов титана рекомендуют
индукционные печи или печи с инертной атмосферой алюминиевых сплавов -
печи с принудительной циркуляцией воздуха. Во всех случаях рекомендуют
безокислительный нагрев.
Перед началом работы пуансон и матрицу следует подогреть до 180ºС и
поддерживать температуру в этом пределе в процессе штамповки во избежание
перегрева и потери стойкости штампа.
Смазки выбирают с учетом штампуемого материала. Суспензию графита в
воде применяют в качестве смазки при штамповке большинства металлов; при
штамповке труднодеформируемых металлов предпочтительнее суспензия графита в
масле. При тяжелых условиях работы применяют дисульфид молибдена (при
температуре штамповки 650ºС).
Штампы для высокоскоростной штамповки изготовляют из сталей 4Х5В2ФС
(ГОСТ 5950-63) и 4Х4М2ВФС(формообразующие детали).
Оборудование для высокоскоростной штамповки - высокоскоростные молоты
с пневматическим приводом и энергией удара 25 60 кН·м (25 60 тс м).
Вопросы для самоконтроля
Процессы протекающие в металлах и сплавах в случае деформирования при
повышенных температурах. Можно ли путем горячего деформирования
улучшить эксплуатационные свойства изделий?
Влияние горячей пластической деформации на свойства металлов и сплавов.
Как влияет горячая пластическая деформация на эксплуатационные свойства
металлов и сплавов? Может ли возникнуть упрочнение?
Понятие о процессе рекристаллизации; можно ли снять остаточные
напряжения с помощью рекристаллизации? Если да то какого рода?
Остаточные напряжения: причины возникновения виды влияние на свойства
материалов; можно ли их снять? Если можно то каким(и) способом(ами)?
Основные операции обработки давлением. Преимущества и недостатки
горячего и холодного деформирования?
Материалы применяемые в листовой штамповке: виды требования к
материалам для разделительных и для формообразующих операций. Почему нельзя
в разделительных операциях использовать материалы предназначенные для
формообразующих операций?
.Технологические свойства металлических и неметаллических материалов и
влияние их на качество деталей. Можно ли без учёта основного
технологического процесса формообразования (формования) детали назначать
Раскрой листового материала: назначение виды раскроя коэффициент
использования материала. Нужно ли предварительно планировать раскрой
материала? Можно ли использовать вычислительную технику для экономичного
раскроя листового материала?
Параметры качества деталей при отрезке и влияние на них параметров
технологического процесса. Можно ли отрезать удовлетворительного качества
полосу при её ширине менее одной толщины?
Типы ножниц применяемых для отрезки листа и широкой ленты точность
отрезки. От каких параметров технологического процесса и оборудования
зависит точность отрезки или точность отрезки не зависит от этих
параметров и оборудования?
Технологические требования к конструкции заготовок (деталей)
получаемых при отрезке. Какие факторы технологического процесса оказывают
влияние на точность отрезки?
Влияние зазора на качество деталей или их элементов при вырубке
(пробивке) влияет ли отношение предела текучести к пределу прочности на
Вырубка (пробивка): назначение сущность точность качество
поверхности особенность формы; в чем преимущества и недостатки простой
вырубки (пробивки) по сравнению с чистовой вырубкой (пробивкой)?
Технологические требования к конструкции деталей при вырубке
(пробивке); возможно ли получить между краями отверстий металлической
детали расстояния менее 1.2 диаметра?
Чистовая вырубка и пробивка: назначение сущность схемы особенности
формы точность шероховатость поверхности. В чём преимущества и недостатки
этой вырубки по сравнению с обычной вырубкой?
Материалы обрабатываемые при холодном выдавливании. Можно ли
выдавливанием из твёрдо-закалённой стали получить деталь?
Холодная объёмная штамповка выдавливанием: сущность схемы выдавливания
особенности; целесообразно ли при холодном выдавливании изготовлять
несимметричные детали?
Технологические требования к конструкции детали при холодном
выдавливании; на всех ли поверхностях детали получают одинаковое качество
поверхности? Нужна ли после прямого обратного и комбинированного
выдавливания механообработка? Если да то по каким поверхностям?
Холодная объёмная штамповка высадкой: назначение схема
технологические требования к конструкции детали; возможно ли изготовление
несимметричных деталей? Можно ли получать удлинённые деформированные части
Горячая обработка металлов давлением: виды процессов и условия их
использования оборудование и инструмент. Когда нужно использовать горячую
обработку давлением? Можно ли заменить горячую обработку холодной
обработкой давлением? Когда и какие преимущества получают при горячей
обработке давлением?
Гибка: сущность особенности. Влияет ли анизотропия металла на величину
угла пружинения и на равномерность физических свойств?
Вытяжка (простая): сущность особенности формы точность качество
поверхности. Возможно ли изготовить обычной вытяжкой несимметричную деталь?
Вытяжка с утонением: особенность процесса параметры качества
преимущества: есть ли преимущества этого процесса по сравнению с
комбинированной вытяжкой?
Комбинированная вытяжка: особенности параметры качества преимущества
целесообразна ли замена комбинированной вытяжки обычной вытяжкой и вытяжкой
Технологические требования к деталям получаемым обычной вытяжкой.
Можно ли получать отверстия на фланце и донышке детали на расстоянии
меньшем радиуса сопряжения фланца или донышка со стенкой?
Технологические требования к конструкции детали при гибке. Можно ли
увеличить точность формы длины полочек и угла при гибке? Если да то каким
Рельефная формовка: назначение сущность допустимая деформация.
Возможно ли получение рекомендуемых параметров конструктивных элементов в
этом процессе на материале рекомендуемом для разделительных операций?
Отбортовка; назначение сущность; чему ориентировочно равна высота
Правка: сущность и назначение виды деталей подвергаемых правке. После
каких операций штамповки не применяют правку?
Комбинированная штамповка: сущность назначение способы. Применяют ли
ее в условиях единичного и мелкосерийного производства?
Штамповка в условиях мелкосерийного производства: особенности способы.
Целесообразно ли в условиях мелкосерийного и единичного производства
использовать комбинированную штамповку?
Назначение и особенности горячей штамповки.
Высокоэнергетические импульсные методы штамповки и особенности каждого
Подписи к рисункам Главы 5
поперечное сечение поверхности разделения
за 4 одинаковых перехода(3-1 3-4)
Рис. 5.34 .Способы холодного выдавливания: а- обратное б-прямое в -
- ролик 4 - обрабатываемая заготовка» 5 - шпиндель
Рис. 5.45. Элементы технологичной конструкции штампованной поковки: абв
-влияние плоскости разъёма на сдвиг элементов детали г - плоская намётка
уклоны радиусы скругления д - намётка раскосом е - намётка с магазином
ж - намётка с карманом з - глухая намётка и к л - виды полотна и рёбер
Рис. 5.48. Схема магнитоимпульсной штамповки: 1 - индуктор 2 - заготовка
Рис.5.1 5.3. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.5. 6. Зависимость величины зерна от степени деформации и
Рис.5.4 5.6. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.5.7 5.9. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.5.10 5.12. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.5.13 5.14. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.5.15 5.17. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.5.18 5.19. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.5.20 5.22. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.5.23 5.26. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.5.27.Схема отбортовки; I -пуансон 2 -прижим-съемник3 -матрица.
Рис.5.27 5.30. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.5.31 5.33. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.5.34 5.35. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.5.36 5.38. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.5.39 5.42. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис.5.43 5.44. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
[pic] Рис. 5.45. Элементы технологичной конструкции штампованной
поковки: абв -влияние плоскости разъёма на сдвиг элементов детали г -
плоская намётка уклоны радиусы скругления д - намётка раскосом е -
намётка с магазином ж - намётка с карманом з - глухая намётка и к л -
виды полотна и рёбер
Рис.5.45 5.46. Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв В.Г. Технология материалов в
Рис. 47 рис. 48 и эскизы 1 3 к стр. 17 и 18 Р.М. Гоцеридзе В.Г. Ковалёв
В.Г. Технология материалов в приборостроении
Глава5 Обработка давлением
1 Физические основы обработки давлением
2 Основные операции обработки давлением
3 Материалы применяемые в холодной штамповке
4 Холодная листовая штамповка
4.1 Разделительные операции
4.2 Формообразующие операции
4.3 Комбинированная штамповка
4.4 Штамповка в условиях мелкосерийного производства
5 Объёмная штамповка. Бесштамповая обработка
6 Горячая объёмная штамповка
7 Высокоэнергетические импульсные методы штамповки

РК1-08.rtf

Показатели качества изделий.
Показатели качества при литье по
выплавляемым моделям.
Армирование пластмассовых деталей:
назначение виды арматуры требования к
арматуре. Каким способом следует
изготовить деталь с тонкой маложёсткой
Понятия :сборочная единица комплекс и
Показатели качества при литье в
Особенности строения
кристаллизующихся и аморфных
полимеров структурные превращения
протекающие в полимерах при
переработке и влияние их свойств на
Понятия:комплект и деталь их отличие.
Показатели качества при литье под
Можно ли получить резьбы при горячем
формовании пластмасс? Если да то каким
Понятия:единичный и базовый
показатели качества их отличие.
Литейные сплавы используемые при
Технологические свойства пластмасс.
Влияет ли текучесть на возможность
получения деталей сложной формы?
Влияет ли текучесть на способ
получения детали из термо- и
Понятие:технологичность конструкции.
Литейные свойства металлов и сплавов
и их значение для качества детали.
Можно ли при горячем формовании
пластмасс получать отверстия? Если да
Понятия:производственный и
технологический процессы.
Жидкотекучестьуправление ею влияет
ли она на сложность формы отливки.
Усадка изделий из реактопластов и
термопластов. Какие параметры влияют
Понятия:операциятехнологический
Усадкауправление усадкой качество
отливки. Можно ли получить отливку без
С какой целью и когда назначают на
пластмассовых деталях радиусы и
опорные поверхности? Как их
конструктивно выполняют?
Понятие:тип производства типы
Кристаллизацияуправление ею и влияет
ли она на качество отливки.
Основные виды реактопластов и
особенности их свойств. На основе каких
наполнителей и связующих получают
пластмассы с высокими
диэлектрическими свойствами?
Понятие:коэффициент закрепления
операций(при определенном типа
производства) значение его для
различных типов производства.
Ликвацияусловия ее возникновения;
Назначение ребер жесткости
пластмассы. Как следует оформлять
пересекающиеся ребра жесткости?
Особенности технологических
процессов оборудования инструментов
и приспособлений используемых в
условиях единичного серийного и
массового производства.
Особенности качества отливок при
литье под давлением.
Технологические требования к толщине
стенки и дна деталей из пластмасс. От
чего зависит минимальная толщина
стенки? Можно ли получить детали с
неодинаковой толщиной стенки? Если да
то какая возможна разнотолщинность?
Основные показатели качества изделий:
Параметры процесса литья по
выплавляемым моделям определяющие
толщину стенки отливки и возможная
минимальная ее величина.
Основные процессы протекающие при
горячей переработке термопластов. Как
влияют эти процессы на качество
изделия? Пути снижения неоднородности
молекулярной структуры и внутренних
Понятия и показатели точности
геометрических и физических
Оптимальная толщина стенки и ребра
жесткости при различных способах литья
металлов. Как влияют эти параметры на
Назначение технологических уклонов
на деталях из пластмасс когда их не
Показатели и параметры определяющие
качество поверхностного слоя и
Основные технологические требования
к конструкции отливок из металлов.
Процессыпротекающие при горячем
формовании изделий из реактопластов.
Как влияет каждый процесс на свойства
изделий? Возникает ли неоднородность
свойств и если да то пути ее снижения.
Методы обеспечения заданной точности.
Отверстия и параметры определяющие
качество поверхности при литье под
Основные требования к
технологичности конструкции детали из
пластмасс; можно ли без учета
какого-либо технологического
требования изготовить качественную
Производительность штучное время.
Особенности обеспечения
качества при литье по выплавляемым
моделям и показатели качества отливок.
переработки пластмасс в изделия. Можно
ли с помощью таблетирования уменьшить
размеры загрузочной камеры
инструмента улучшить качество
изделия снизить потери материала?
Пути снижения штучного времени и
повышения производительности труда.
Пути исключения или уменьшения
объема раковин в отливках. В каких
случаях невозможно получить отливку
Методы и особенности механообработки
пластмасс. Изменяется ли качество
поверхности и увеличивается ли
точность при механообработке?
Себестоимость и параметры
Ликвация: понятие; влияет ли на
качество? Если влияет то как её
Методы особенности и назначение
предварительного нагрева и сушки
пластмасс. Какие типы пластмассы
рекомендуют предварительно нагревать
и каким способом почему?
Выбор рационального варианта
технологического процесса.
Особенности и качество отливок при
Применяют ли разделительные операции
листовой штамповки в обработке
пластмасс? Если да то для каких видов
пластмасс по состоянию поставки?
Причины вызывающие производственные
литье под давлением и величина
припуска на механообработку.
Заливка: назначение материалы
способы(в переработке пластмасс).
Понятие технологичность: примеры.
Каким(и) способом(ами) невозможно
получить стальную отливку.
Литье под давлением изделий из
пластмасс: особенности способа
материалы качество (точность
шероховатость).Каким способом возможно
уменьшить ориентационные остаточные
Зависит ли и если да то как
конструкция детали от выбранного
варианта технологического процесса?
Можно ли при любых диаметрах и длине
получить отверстия при литье металлов
и есть ли особенности в этом при литье
по выплавляемым моделям и литье
Прессование пластмасс: способы
преимущества и недостатки способов
условия применения различных способов.
Механизация и автоматизация: понятия;
ЧСПУ адаптивные СУ САПР роботы ГПС.
Армирование: назначение виды
применяемость в литье металлов.
Назначение и сущность формования
изделий из листовых термопластов.
Из каких производственных затрат
складывается технологическая
Перегрев литейного сплава и нагрев
литейной формы; как влияют на качество
металлической отливки эти параметры
технологического процесса?
горячеформованных изделий из
пластмасс; точность шероховатость
поверхности; при каком способе
горячего формования получают наиболее
точные изделия? Можно ли
механообработкой увеличить точность
горячеформованных изделий?
В каких случаях автоматически
получают заданную точность?
Виды литейных форм в зависимости от
количества получаемых в них отливок и
показатели качества обеспечиваемые
этими формами. Влияет ли качество формы
на качество отливки как и на что?
Напыление пластмасс: назначение
сущность метода способы напыления.
В каких случаях возникает
необходимость определения
технологической себестоимости?
Способы литья применяемые в
приборостроении: применяемость
сплавы показатели качества.
Армирование пластмасс: назначение
виды арматуры требования к арматуре.
Каким способом следует изготовлять
деталь с тонкой маложесткой арматурой?
Основные признаки определяющие тип
производства типы производства их
Требования к литейным сплавам для
литья под давлением и сплавы
используемые в этом случае.
Влияет ли текучесть на выбор способа
Показатели качества изделий: виды их
Требования к сплавам для литья по
выплавляемым моделям и сплавы
Виды технической документации.
получить отливки из стали в серийном
Какие технологические требования
предъявляют к толщине стенки и дна
деталей из пластмасс? Отчего зависит
минимальная толщина стенки? Можно ли
получить детали с неодинаковой
толщиной стенки? Если да то какая
возможна разнотолщинность?
Зависит ли конструктивное оформление
детали от технологии?
Металлы и сплавы используемые в
производстве отливок для приборов.
Возникают ли остаточные напряжения в
горячеформованных пластмассовых
деталях? Если да то причины их
возникновения и можно ли их снять и

ТПС19.DWG

Prime[anie: w mestah otdeleniq obloq i litnikow erohobatostx

8РезФО1-07-Фрез.doc

Глава XI. ОБРАБОТКА НА ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ
Фрезерование применяют для обработки плоских и фасонных поверхностей
прорезки пазов и шпоночных канавок разрезки заготовок.
Процесс фрезерования осуществляется в результате сложения двух движений:
главного движения — вращательное (фреза) и движения подачи — обычно
прямолинейное (обрабатываемая заготовка или фреза).
Фрезерование разделяют на черновое получистовое чистовое и тонкое.
Черновое фрезерование применяют для предварительной обработки заготовок.
Черновое фрезерование плоскостей обеспечивает качество поверхности Rz
=160 40 мкм и отклонение от прямолинейности 015 03 мм на 1 м длины.
Получистовое фрезерование применяют с целью уменьшения погрешностей
геометрических форм и пространственных отклонений. Оно обеспечивает
шероховатость поверхности Rz = 80 20 мкм и отклонение от плоскостности
Чистовое фрезерование применяют для окончательной обработки или перед
отделочной обработкой. Оно обеспечивает шероховатость поверхности Rz
=40 63 мкм и отклонение от плоскостности 004 008 мм на 1 м длины.
Тонкое фрезерование применяют для отделочной обработки. Тонкое
фрезерование обеспечивает шероховатость поверхности Rz =10 16 мкм и
отклонение от плоскостности 002 004 мм на 1 м длины.
Применение скоростных режимов при фрезеровании позволяет получить
повышенную чистоту поверхности ( на один параметр).
Для обработки плоских и фасонных поверхностей прорезки пазов и канавок
применяют универсальные и специальные фрезерные станки тяжелого и легкого
типов. По характеру выполняемой работы фрезерные станки делятся на
следующие типы: консольные вертикально-фрезерные; фрезерные непрерывного
действия; копировальные и гравировальные; вертикальные бесконсольные;
продольно-фрезерные; консольно-фрезерные операционные станки; консольные
горизонтально-фрезерные; разные.
Работы на фрезерных станках выполняются фрезами различаемыми по
технологическим и конструктивным признакам: цилиндрическими (рис. 238 а)
торцовыми (рис. 238 б) дисковыми прорезными отрезными концевыми
угловыми и фасонными.
Тонкое фрезерование обычно производят летучими фрезами которые состоят
из корпуса с закрепленными в нем двумя-тремя резцами. Летучие фрезы
работают по методу деления глубины фрезерования. Резцы летучей фрезы
установлены на различных расстояниях от оси вращения фрезы и от
обрабатываемой поверх-
Рис. 238. Виды фрезерования: а — цилиндрическое фрезерование; б — торцовое
ности. Ближайший к оси вращения фрезы резец является чистовым а все
последующие — черновыми. Для тонкого декоративного фрезерования плоских
поверхностей деталей из цветных металлов и сплавов до Ra=016 00 2 мкм
применяют летучие фрезы оснащенные алмазными резцами.
Элементы резания и срезаемого слоя при фрезеровании. Особенности процесса
фрезерования. Элементами резания при фрезеровании являются ширина
фрезерования глубина фрезерования и подача.
Шириной фрезерования В называют ширину обрабатываемой поверхности в мм.
Глубиной фрезерования t называют толщину слоя металла снимаемого с
поверхности заготовки за один проход в мм.
Ширина В и глубина t фрезерования при обработке основными видами фрез
показаны на рис. 238. Скорость резания при фрезеровании
где D — диаметр фрезы в мм;
п — число оборотов фрезы в минуту.
При фрезеровании различают три размерности подачи: подача на один зуб
фрезы sz в ммзуб; подача на один оборот фрезы s0 в ммоб; подача за 1 мин
На практике пользуются всеми тремя значениями. Между ними существуют
следующие зависимости:
Рис. 239. Схема цилиндрического и торцевого фрезерования: — схема
встречного; а – схема встречного фрезерования; б—схема попутного
фрезерования; в—схема для определения толщины срезаемого слоя при торцовом
минимума до максимума; 2) одновременно в работе находится несколько режущих
лезвий; 3) режущие лезвия работают с перерывами.
Если главное движение или вращение фрезы и движение подачи направлены
навстречу друг другу то имеет место встречное фрезерование называемое
обычно фрезерованием против подачи. Если главное движение и движение подачи
происходят в одном направлении имеет место попутное фрезерование
называемое обычно фрезерованием по подаче (рис. 239).
Встречное фрезерование характеризуется тем что процесс резания
начинается в точке 1 с нулевой толщины срезаемого слоя и заканчивается в
точке 2 с максимальной толщиной амах.
Фреза отрывает заготовку от стола приводя к увеличению зазора между
столом и направляющими станины вызывая вибрации и увеличение шероховатости
обработанной поверхности. Работа зубьев фрезы связана с затруднительными
условиями врезания зуба в металл.
Попутное фрезерование приводит к срезанию слоя наибольшей толщины в
момент входа зуба фрезы в металл в точке 1 и нулевой толщины в момент
выхода зуба в точке 2.Фреза прижимает заготовку к столу а стол — к
направляющим станины. Работа по второй схеме протекает более спокойно и
обеспечивает более высокое качество обработанной поверхности чем при
работе по первой схеме.
Толщина срезаемого слоя а переменна на протяжении всей дуги контакта зуба
фрезы с заготовкой. Она измеряется в радиальном направлении от центра
У цилиндрических дисковых фасонные и концевых фрез с прямым зубом толщина
Рис. 240. Схема расположения зубьев при равномерном фрезеровании:
2 3 — развертка на плоскость винтовых зубьев фрезы
постоянна вдоль всей длины режущего лезвия и определяется по формуле
где — текущий угол контакта соответствующий данному положению зуба фрезы.
При равном полному углу контакта толщина срезаемого слоя будет
Для торцовых фрез при симметричном резании угол контакта зависит от
диаметра фрезы D и ширины фрезерования В и определяется по формуле
Для торцовых фрез с главным углом в плане главного режущего лезвия φ
наибольшая толщина срезаемого слоя
а в произвольно выбранной точке х на режущем лезвии при симметричном
резании (рис. 239 в)
Равномерность процесса фрезерования. Процесс фрезерования считается
равномерным когда суммарная длина режущих лезвий находящихся в работе
остается постоянной что приводит к плавному изменению суммарной площади
поперечного сечения срезаемого слоя а следовательно к незначительному
колебанию силы резания.
Это достигается только для фрез с винтовым зубом при условии кратности
ширины фрезерования В осевому шагу t0 фрезы (рис. 240) т. е.
где к — целое число зубьев работающих одновременно.
Зависимость между осевым t0 и торцовым tT шагами определяется из
Угол наклона зубьев фрезы при равномерном фрезеровании определяют по
Рекомендуется брать к = 2 3. В этом случае наибольшее колебание силы
резания достигает порядка 20% что обеспечивает получение высокого
качества обработанной поверхности.
Геометрические параметры режущей части фрез. Геометрические параметры
режущей части цилиндрической и торцовой фрез показаны на рис. 241.
Рис. 241. Геометрические параметры режущей части цилиндрической (а) и
Передний угол γ измеряется в плоскости схода стружки условно принимаемой
в направлении нормальном к главному режущему лезвию 1—2 и передней
Главный угол в плане влияет на толщину срезаемого слоя при одной и той
же подаче на соотношение составляющих сил действующий на фрезу на
стойкость фрезы и качество обработанной поверхности. Чем меньше угол тем
меньше толщина срезаемого слоя тем выше стойкость фрезы и чище
обработанная поверхность но тем больше осевая составляющая силы резания.
Главный задний угол а измеряется в плоскости траектории движения точки
лезвия т. е. в плоскости перпендикулярной оси фрезы. Задний угол а — угол
между касательной к задней поверхности зуба фрезы и линией касательной к
траектории движения точки режущего лезвия принимаемой за окружность.
Угол наклона зубьев винтового режущего лезвия служит для обеспечения
более спокойных условий резания и создания направления сходящей стружки.
При работе фрезами с винтовыми зубьями надо обращать внимание на
соответствие направлений вращения шпинделя и винтовых канавок фрезы.
Скорость резания сила и мощность при фрезеровании. Скорость резания
допускаемую режущими свойствами фрезы подсчитывают по экспериментальной
где Со — коэффициент характеризующий материал и условия обработки; D —
диаметр фрезы в мм; Т — стойкость фрезы в мин; sz — подача на один зуб в
ммзуб; t — глубина резания в мм; В — ширина фрезерования в мм; z — число
зубьев фрезы; — угол наклона винтовой канавки фрезы в град (для торцовых
фрез угол ( не учитывается); q р m Kv
— общий поправочный коэффициент учитывающий изменение условия обработки.
Величину окружной силы резания Ро при фрезеровании подсчитывают по
P0=Cp.tx.syz.Bz.D-g кГ.
Мощность при фрезеровании подсчитывают по формуле
Ne = CNntxsyzBzDg квт.
где п — число оборотов фрезы в минуту.
При работе фрезами оснащенными твердым сплавом с большими скоростями
резания инструмент должен надежно и жестко крепиться в шпинделе. Для
повышения класса чистоты обработанной поверхности и стойкости торцовой
фрезы шпиндельная головка поворачивается на угол 20' -30' (погрешность
формы обработанной поверхности Δ 001 мм) чтобы исключить царапание
обработанной поверхности зубом.
§ 2. СПОСОБЫ ФРЕЗЕРОВАНИЯ
Выбор способа фрезерования обеспечивающего высокую производительность
обработки определяется типом производства и особенностями конструктивной
формы обрабатываемой детали.
Отличительными признаками способа обработки являются: число одновременно
обрабатываемых заготовок число одновременно работающих фрез вид и
конструкция приспособления и станка характер осуществления рабочих и
холостых движений обрабатываемой заготовки и инструмента.
Одновременное фрезерование нескольких поверхностей заготовки (рис. 242
а). Этот способ применяют в серийном и массовом производстве при обработке
заготовок 1 несколькими цилиндрическими дисковыми или фасонными фрезами 2
либо несколькими торцовыми фрезами установленными на разных шпинделях
многошпиндельного станка или агрегатных головок. При этом способе
совмещаются отдельные переходы сокращается машинное и вспомогательное
Последовательное фрезерование (рис. 242 б). При этом способе заготовки
устанавливаются в ряд и фрезеруются последовательно по одному рабочему
движению стола станка.
Этот способ применяют при фрезеровании на горизонтально- и вертикально-
фрезерных станках. Последовательное фрезерование позволяет:
а) сократить вспомогательное время так как после установки одной или
нескольких заготовок включают подачу а установка следующих заготовок
производится при включенной подаче стола станка;
б) уменьшить машинное время за счет уменьшения времени на врезание.
Параллельно-последовательное фрезерование (рис. 242 в). Фрезерование
осуществляется одновременно на нескольких заготовках 1 установленных в
несколько рядов. Этим способом можно обрабатывать несколько поверхностей у
одной заготовки установленной в один ряд последовательно с другими
заготовками при помощи нескольких фрез 2.
Производительность параллельно-последовательного фрезерования выше чем
предыдущего способа вследствие совмещения последовательного фрезерования с
одновременным параллельным фрезерованием нескольких поверхностей.
Параллельно-последовательное фрезерование применяют в условиях серийного
и массового производства.
Фрезерование на поворотных приспособлениях или столах(рис. 242 г). Этот
способ широко применяют в серийном производстве. На столе станка
устанавливают поворотный стол 1 с двумя приспособлениями 2. Снятие
обработанных заготовок 3 и установку новых на одном из
Рис. 242. Способы фрезерования заготовок: а — одновременное фрезерование
нескольких поверхностей; б — последовательное фрезерование; в — параллельно-
последовательное фрезерование; г — фрезерование на поворотных
приспособлениях; д — непрерывное фрезерование
приспособлений выполняют во время фрезерования других заготовок во втором
При обработке по этому способу с достаточно большим временем
затрачиваемым на снятие и установку детали большая часть вспомогательного
времени совмещается с машинным временем обработки. Несовмещенное
вспомогательное время при данном способе обработки будет определяться
временем поворота приспособления (или стола) и быстрого подвода и отвода
Непрерывное фрезерование (рис. 242 д). Этот способ применяют в
крупносерийном и особенно в массовом производстве так как обработка
осуществляется на специальных станках или с помощью специальных
приспособлений с непрерывным вращением стола.
Заготовки 1 закрепляются в приспособлениях на круглом непрерывно
вращающемся столе и обрабатываются одной или двумя (черновой или чистовой)
торцовыми фрезами. Диаметр фрезы должен быть больше ширины обрабатываемой
Снятие и установку новой заготовки производят во время вращения стола т.
е. во время обработки других заготовок.
Штучное время tшт на обработку при этом способе фрезерования весьма
близко к машинному времени вследствие совмещения вспомогательного времени
с машинным. Кроме того при этом способе фрезерования машинное время
меньше чем при обычном фрезеровании за счет сокращения времени на
врезание при достаточно близком расположении обрабатываемых поверхностей
§ 3. ФРЕЗЕРОВАНИЕ КРИВОЛИНЕЙНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Обработка криволинейных поверхностей фрезерованием осуществляется
фасонными фрезами по копиру и при помощи настроенных кинематических цепей.
Обработка фасонными фрезами применяется для фрезерования относительно
коротких фасонных незамкнутых поверхностей в крупносерийном и массовом
Обработка осуществляется осевыми концевыми и дисковыми фасонными
фрезами имеющими профиль режущих зубьев одинаковый с фасонной
Фрезерование по копиру или копирное фрезерование применяют при обработке
деталей с замкнутой фасонной поверхностью фасонных профилей значительной
длины а также фасонных профилей которые невозможно обработать фасонными
Процесс формообразования фасонной поверхности основан на совершении
вполне определенных движений фрезы относительно обрабатываемой поверхности
Относительные перемещения инструмента и заготовки при образовании
поверхности выполняются при помощи одного двух или трех простых копиров
или одного сложного пространственного копира.
Фрезерование по копиру можно выполнить с помощью механических
копировальных устройств; с помощью станков со следящим приводом для
управления скоростями подач.
Фрезерование криволинейной поверхности детали по копиру с помощью
механических устройств показано на рис. 243 а. Копировальный ролик 1
взаимодействует с криволинейным участком профиля копира 2. Усилие подачи Q
может быть разложено на две составляющие: касательную силу Т к профилю
копира и нормальную к нему силу N.
Нормальная сила N создает постоянный контакт между роликом и копиром.
Касательная сила Т создает относительное перемещение ролика по копиру
осуществляя процесс копирования.
Сила Т необходимая для определения всех сил сопротивления (силы трения
и усилия резания) создается если приложить силу
где φ — угол между касательной к профилю копира и направлением прижатия
копировального ролика.
Если угол φ очень мал то сила Q получается весьма большой что
приводит к заеданию или поломке механизма.
Практически угол ф должен быть не менее 30° т. е.
Рис. 243. Расчетные схемы при фрезеровании криволинейной поверхности по
Погрешности при фрезеровании по копиру возникают из-за неточности
диаметров фрезы и ролика неточности копира отклонений действительного
расстояния между осями фрезы и ролика от расчетного а также из-за
деформаций в технологической системе
(станок—приспособление—инструмент—деталь).
Траектория движения оси фрезы относительно детали задается профилем
обрабатываемой детали. На рис. 243 б показаны профиль детали с радиусом
Rd в месте контакта фрезы с деталью соответствующий ему профиль копира с
радиусом RK радиус R кривизны траектории движения оси ролика
совпадающий с радиусом кривизны траектории движения оси центра фрезы:
где rф и rр -соответственно радиусы фрезы и ролика.
Выразим R через Rд R к rф rр :
R = Rд + rф ; R = R к + rp
Отсюда приравняв правые части выражений получим
Рис. 244. Конструктивные схемы образования криволинейных поверхностей с
помощью одного копира: а — копир и деталь имеют поступательное движение; б
— копир и деталь имеют вращательное движение; в — копир имеет
поступательное а деталь — вращательное движение; (1 — деталь; 2 — копир;
— палец копировального прибора; 4 — фреза; 5 — шпиндельная бабка; 6 —
поперечина; 7 -— стол; 8 — стойка)
Таким образом если диаметры фрезы и ролика равны то профиль копира
совпадает с профилем детали. Произвольное изменение диаметров фрезы и
ролика при обработке детали по определенному профилю копира вызывает
искажение формы профиля обрабатываемой детали.
На рис. 244 представлены различные конструктивные схемы образования
криволинейных поверхностей при помощи одного копира.
Образование криволинейных поверхностей при помощи двух копиров совместно
влияющих на характер движения обрабатываемой заготовки и фрезы имеет
следующие преимущества:
обеспечивает обработку поверхности с большими углами наклона профиля;
обеспечивает обработку линейчатых поверхностей типа цилиндров и коноидов и
На рис. 245 показана конструктивная схема обработки сложного профиля с
большими углами наклона со следующей кинематикой формообразования:
один копир и заготовка имеют поступательное а другой копир — вращательное
Стол с обрабатываемой заготовкой 3 перемещается по станине связанной с
Подача осуществляется через винт 8 и гайку. Обработка детали 3
производится фрезой 6.
Первый копир 10 в форме дискового кулачка получающий вращение от
механизма подач 9 через ролик 11 сообщает поступательное движение ползуну
с копиром 1. Копир 1 через ролик 2 осуществляет возвратно-поступательное
движение ползунов 7 и 4 по стойкам 5. Необходимый контакт между роликом 11
и копиром 10 осуществляется пружиной или
противовесом. Сочетание криволинейных контуров
копиров 10 и 1 обеспечивает обработку сложной
Значительные усилия возникающие в месте
контакта ролика и копира при фрезеровании по
копиру с помощью механических устройств
вызывают появление деформаций в системе СПИД
снижающих точность обработки.
Автоматизация цикла фрезерования криволинейных поверхностей при наличии
механической продольной (задающей) подачи осуществляется следящей подачей
фрезы или заготовки повторяющей очертания копира. Следящая подача может
осуществляться при помощи груза или пружины постоянно прижимающих следящий
щуп имеющий форму пальца или ролика к копиру.
Рис. 245. Образование сложной
поверхности по двум копирам
В автоматических копировально-фрезерных станках применяют гидравлическую
электрическую или электрогидравлическую следящую систему.
Основное преимущество копировально-фрезерных станков со следящими
приводами по сравнению с механическими устройствами обусловливается
свойством следящих систем: незначительное давление копировального щупа на
копир не вызывающего деформаций в системе СПИД. Это позволяет
изготовливать копиры из мягких легко обрабатываемых материалов.
Однако на точность обработки на копировально-фрезерных станках со
следящей системой оказывают влияние погрешности зависящие от: 1) порога
чувствительности копировальной головки станка (минимальное перемещение
копировального пальца головки необходимое для создания командного
импульса); 2) инерционности следящей системы (время срабатывания следящей
системы станка); 3) инерционности выбега подвижных систем — столов кареток
Фрезерование поверхностей при помощи настроенных кинематических цепей
обеспечивает образование определенной формы у детали согласно настройке
кинематической цепи станка связывающей вращение инструмента или
обрабатываемой детали с перемещениями инструмента или обрабатываемой
детали. Наиболее распространенными способами применения настроенных
кинематических цепей при фрезеровании являются нарезание резьб обработка
спиралей обработка зубчатых колес методом обкатки.
На рис. 246 показана обработка архимедовой спирали кулачка при помощи
несложного приспособления основанного на использовании кинематических
Рис. 246. Приспособление для обработки кулачков
§ 4. ОБРАБОТКА НА ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДЕЛИТЕЛЬНЫХ ГОЛОВОК
Делительные головки применяют либо для периодического поворота заготовки
вокруг ее оси на различные (равные или неравные) части при фрезеровании
канавок расположенных по поверхности тел вращения фрезеровании пазов и
шлицев на торцовых поверхностях и фрезеровании плоскостей многогранников
либо для непрерывного вращения заготовки при фрезеровании винтовых канавок
или винтовых зубьев.
Делительная головка устанавливается на рабочем столе станка. Заготовки
закрепляются в центрах головки и задней бабки на оправках или в
трехкулачковом патроне навернутом на резьбовой конец шпинделя делительной
Шпиндель делительной головки может быть установлен по отношению к своему
горизонтальному положению в вертикальной плоскости на 90° вверх и на 10°
Универсальные делительные головки изготовляют двух типов: лимбовые (с
делительным диском) и безлимбовые (без делительного диска).
Лимбовые делительные головки применяют значительно чаще. Деление
производится поворотом рукоятки 2 (рис. 247) на требуемый угол по
делительному диску 1. Делительный диск свободно сидящий на валике рукоятки
имеет несколько рядов концентрично расположенных отверстий по
делительным окружностям на обеих сторонах диска.
Универсальные делительные головки позволяют применять три способа
настройки: 1) настройку для простого деления; 2) настройку для
дифференциального деления; 3) настройку для нарезания винтовых канавок.
Настройка головки для простого деления (рис. 247 а). Чтобы
разделить заготовку на z делений необходимо рукоятке 2
сообщить число оборотов n определяемое по формуле
где N –характеристика делительной головки величина обратная передаточному
отношению червячной пары kz4 (к=1 и z4 =40 )
Рис. 247. Кинематическая схема лимбовой делительной головки с настройкой
головки: а — для простого деления; б — для дифференциального деления; в —
для нарезания канавок; 1 — делительный диск; 2 — рукоятка; 3 — фиксатор
Подсчитанную величину п представляют в виде дроби п = baпреобразованную
таким образом чтобы знаменатель ее а был равен числу отверстий одной из
делительных окружностей диска а числитель b — числу делений этой
окружности на которое нужно повернуть рукоятку 2 после каждого прохода.
Настройка головки для дифференциального деления (рис. 247 б)
применяется когда невозможно подобрать на делительном диске окружность с
числом отверстий для простого деления. Требуемый поворот шпинделя
делительной головки получается в результате сложения двух движений:
вращения рукоятки 2 на b делений относительно окружности на делительном
диске с а отверстиями; вращения самого делительного диска которое
передается от шпинделя головки через систему зубчатых передач.
При дифференциальном делении фиксатор 3 необходимо вынуть из диска 1.
Деление производится на условное количество делений zу близкое к
заданному числу z по вращающемуся диску 1 в направлении вращения рукоятки
(по часовой стрелке) если zy > z или в противоположную сторону (диск —
против часовой стрелки) если zy z. Число zy должно позволить подобрать
окружность отверстий на диске и осуществить деление на zy частей методом
где N — характеристика делительной головки равная обычно 40; iCM —
передаточное отношение сменных колес гитары делительной головки:
Настройка делительной головки производится на формуле (при i = 1)
Настройку головки на дифференциальное деление осуществляют в следующей
последовательности: подбирают число zy исходя из имеющихся делительных
окружностей на диске; подбирают числа сменных колес а b с d гитары
делительной головки обеспечивающих вращение диска (вращение диска
противоположное направлению вращения рукоятки при zy z достигается
установкой на втором пальце гитары паразитного зубчатого колеса);
производят подсчет числа оборотов рукоятки делительной головки для одного
деления на гу делении: п =Nzу.
Настройка универсальной делительной головки для фрезерования винтовых
канавок расположенных по окружности (рис. 247 в) состоит в подборе
делительной окружности на диске настройке винторезной гитары (определении
передаточного отношения сменных колес iCM) повороте рабочего стола станка
на угол наклона винтовой канавки .
Для образования на цилиндрической поверхности винтовой канавки
требуемого шага tp необходимо сообщить заготовке одновременно вращение и
перемещение вдоль оси: за один полный оборот заготовки фреза должна
переместиться вдоль ее оси на величину шага tp.
Для этого шпиндель универсальной головки связывают при помощи сменных
колес с ходовым винтом имеющее шаг txподачи стола.
Передаточное отношение d1 определяется из
уравнения кинематической цепи от ходового винта стола к шпинделю
универсальной головки за период перемещения изделия вдоль своей оси
равного шагу нарезаемой канавки tp т. е. за tp tх оборотов ходового
За этот период шпиндель должен повернуться на один полный оборот
Во многих случаях винтовая линия задается не шагом tpt а углом ее наклона
и диаметром D цилиндра к которому относится этот угол. Тогда шаг винтовой
канавки подсчитывают по формуле
При нарезании винтовых канавок плоскость фрезы должна совпадать с
направлением винтовой линии нарезаемой канавки поэтому стол станка должен
быть повернут на угол со что можно выполнить только на универсальных
горизонтально-фрезерных станках.
Для точных угловых делений заготовок при их обработке и для проверки
точности различного рода угловых деталей широкое применение получили
оптические делительные головки.
Общий вид и схематический разрез оптической головки ОДГ-60 показан на
рис. 248 а и б. Стеклянная круговая шкала 5 с ценой деления 1º жестко
укреплена на червячном колесе 6 надетом на шпиндель 9 головки вращающейся
в двух подшипниках 8 и 11. Червячное колесо 6 приводится во вращение
червяком 10 связанным с маховичком 1. Червячное колесо 6 может быть
застопорено в любом положении рукояткой 4> связанной прижимной шайбой 7.
Червяк 10 и червячное колесо 6 служат только для поворота шпинделя и
погрешности их не оказывают влияния на точность работы головки. Углы
поворота отсчитывают по круглой шкале 5 с помощью отсчетного микроскопа 2
окуляр которого помещен вне корпуса головки. В поле зрения окуляра помещена
шкала разделенная на 60 частей с ценой деления Г (рис. 248). Эти деления
видны в окуляр настолько крупными что при некотором навыке по ним можно
отсчитывать четверти минуты. Круговая шкала освещается лампочкой через
призму 3 помещенную вне корпуса головки. Высота центров Н = 130 мм.
Если задан центральный угол а между осями фрезеруемых канавок то угол
поворота шпинделя головки равен а. Если задано число делений приходящихся
на полный оборот заготовки то угол поворота шпинделя головки определяют по
где а — угол поворота шпинделя головки в град; z— заданное число делений.
Рис.248. Оптическая делительная головка ОДГ-60