Рис. 89. Схемы листовой штамповки при помощи эластичной среды и жидкости
Резиновые пуансоны цилиндрической формы применяются при вытяжке изделий сложной формы, при необходимости увеличения диаметральных размеров средней части цилиндрических полуфабрикатов (рис.89.б).
При гидравлической вытяжке (рис.89в) полые детали цилиндрической, конической, сферической или другой формы получают надавливанием на заготовку жидкостью или жидкостью, заключенной в эластичную оболочку.
Особенностью таких методов является высокая скорость деформирования в соответствии с высокими скоростями преобразования энергии. Кратковременное приложение больших усилий разгоняет заготовку до скоростей 150 м/с. Последующее ее деформирование происходит за счет накопленной в период разгона кинетической энергии. Основными разновидностями высокоскоростной листовой штамповки являются: штамповка взрывом, электрогидравлическая и электромагнитная штамповка (рис.90).
Рис. 90. а- электрогидравлическая, б - электромагнитная штамповка
Штамповка взрывом осуществляется в бассейнах, наполненных водой (рис.90а). Заготовку 3, зажатую между матрицей 5 и прижимом 4 опускают в бассейн с водой 2. Полость матрицы под заготовкой вакуумируется при помощи вакуумной линии 6. Заряд с детонатором 1 подвешивают в воде над заготовкой. Взрыв образует волну высокого давления, которая, достигая заготовки, вызывает ее разгон. Процесс штамповки длится тысячные доли секунды, а скорости перемещения заготовки соизмеримы со скоростями распространения пластических деформаций в металле. При штамповке взрывом не требуется дорогостоящего прессового оборудования, конструкция штампа крайне проста.
Электрогидравлическую штамповку также осуществляют в бассейне с водой. Ударная волна, разгоняющая заготовку, возникает при кратковременном электрическом разряде в жидкости. Мощный искровой разряд подобен взрыву. В результате разряда в жидкости возникает ударная волна, которая, дойдя до заготовки, оказывает на нее сильное воздействие и деформирует ее по матрице.
При электромагнитной штамповке (рис.90 б) электрическая энергия преобразуется в механическую за счет импульсного разряда батареи конденсаторов через соленоид 7, вокруг которого при этом возникает мгновенное магнитное поле высокой мощности, наводящее вихревые токи в трубчатой токопроводящей заготовке 3. Взаимодействие магнитных полей вихревых токов с магнитным полем индуктора создает механические силы , деформирующие заготовку. Для электромагнитной штамповки трубчатых и плоских заготовок созданы установки, на которых можно проводить обжим, раздачу, формовку иоперации получения неразъемных соединения деталей.
Формообразование заготовок из порошковых материалов
Заготовки из порошковых материалов получают прессованием (холодным, горячим), изостатическим формованием, прокаткой и другими способами.
При холодном прессовании в пресс-форму (рис.90.а) засыпают определенное количество подготовленного порошка 3 и прессуют пуансоном 1.
В процессе прессования увеличивается контакт между частицами, уменьшается пористость, деформируются или разрушаются отдельные частицы. Прочность получаемой заготовки достигается благодаря силам механического сцепления частиц порошка электростатическими силами притяжения и трения. С увеличением давления прессования прочность заготовки возрастает. Давление распределяется неравномерно по высоте прессуемой заготовки из-за влияния сил трения порошка о стенки пресс-формы, вследствие чего заготовки получаются с различной прочностью и пористостью по высоте. В зависимости от размеров и сложности прессуемых заготовок применяют одно- и двустороннее прессование.
Рис.91. Схема холодного прессования: а - одностороннего; б - двустороннего
Односторонним прессованием получают заготовки простой формы с отношением высоты к диаметру, меньшим единицы, и заготовки втулок с отношением наружного диаметра к толщине стенки, меньшим трех.
Двустороннее прессование (рис.91б) применяют для формообразования заготовок сложной формы. После заполнения пресс-формы порошком к верхнему пуансону с помощью гидропресса прикладывают давление для предварительного прессования. Затем гидропривод выключают и удаляют подкладку 4. В дальнейшем в процессе прессования участвуют оба пуансона. В этом случае требуемое давление для получения равномерной плотности снижается на 30…40 %. Использование вибрационного прессования позволяет в десятки раз уменьшить требуемое давление.
В процессе прессования частицы порошка подвергаются упругому и пластическому деформированию. После извлечения заготовки из пресс-формы ее размеры увеличиваются в результате упругого последействия.
При горячем прессовании технологически совмещаются прессование и спекание заготовки. Температура горячего прессования составляет обычно 0,6…0,8 температуры плавления порошка. Благодаря нагреву уплотнение протекает гораздо интенсивнее, чем при холодном прессовании. Это позволяет значительно уменьшить необходимое давление. Горячим прессованием получают материалы, характеризующиеся высокой прочностью и однородностью структуры. Этот способ применяют для таких плохо прессуемых композиций, как тугоплавкие металлоподобные соединения (карбиды, бориды, силициды).
Изостатическое (всестороннее) формование применяют для получения крупногабаритных заготовок с массой до 500 кг и более. Отсутствие потерь на внешнее трение и равномерность давления со всех сторон дают возможность получать необходимую плотность заготовок при давлениях, значительно меньших, чем при прессовании в закрытых пресс-формах.
При гидростатическом формовании (рис.91) на порошок 3, заключенный в эластичную оболочку 2, передается давление с помощью жидкости, находящейся в сосуде высокого давления 1. В качестве рабочей жидкости используют масло, глицерин, воду и т.д.
Рис.92 Схема гидростатического формования
Прокатка - наиболее производительный и перспективный способ переработки порошковых материалов. Характерной особенностью является высокая степень автоматизации и непрерывность прокатки. Схема прокатки представлена на рис.93
Рис.93. Схема прокатки порошков
Порошок непрерывно поступает из бункера 1 в зазор между валками. При вращении валков 3 происходит обжатие и вытяжка порошка 2 в ленту или полосу 4 определенной толщины. Прокатка может быть совмещена со спеканием и окончательной обработкой получаемых заготовок. В этом случае лента проходит через печь для спекания, а затем снова подвергается прокатке для получения листов заданных размеров. Применяя бункеры с перегородкой (рис. 93.б) изготавливают ленты из разных материалов (двухслойные). Применение валков определенной формы позволяет получать валки различного профиля, в том числе и проволоку.
Состав и свойства резиновых технических материалов
В производстве резиновых технических деталей основным видом сырья являются натуральные и синтетические каучуки. Натуральные каучуки не нашли широкого применения, так как сырьем для их получения является каучукосодержащий сок отдельных сортов растений. Сырьем для получения синтетических каучуков являются нефть, нефтепродукты, природный газ, древесина. Каучук в чистом виде в промышленности не применяют. Каучук превращают в резину вулканизацией. В качестве вулканизирующего вещества обычно используют серу. Количество серы определяет эластичность резиновых деталей. Например, мягкие резины содержат 1... 3 % серы, твердые (эбонит) до 30 % серы. Процесс вулканизации происходит под температурным воздействием (горячая вулканизация) или без температурного воздействия (холодная вулканизация). Для улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств резиновых технических деталей и снижения расхода каучука в состав резиновых смесей вводят различные компоненты.
Наполнители уменьшают расход каучука, улучшают эксплуатационные свойства деталей. Наполнители подразделяют на порошкообразные и тканевые. В качестве порошкообразных наполнителей применяют сажу, тальк, мел и др. К тканевым наполнителям относят хлопчатобумажные, шелковые и другие ткани. В некоторых случаях для повышения прочности деталей их армируют стальной проволокой или сеткой, стеклянной или капроновой тканью. Количество наполнителя зависит от вида выпускаемых изделий.
Мягчители (парафин, стеариновая кислота, канифоль и др.) служат для облегчения процесса смешения резиновой смеси и обеспечения мягкости и морозоустойчивости. Для замедления процесса окисления в резиновые смеси добавляют противостарители (вазелины, ароматические амины и др.). Процесс вулканизации ускоряют введением в смесь оксида цинка, свинцового глета и др. Красители (охра, пятисернистая сурьма, ультрамарин и др.) вводят в смесь в количестве до 10 % от массы каучука.
Высокая эластичность, способность к большим обратимым деформациям, стойкость к действию активных химических веществ, малые водо- и газопроводность, хорошие диэлектрические и другие свойства резины обусловили ее применение во всех отраслях народного хозяйства. В машиностроении применяют разнообразные резиновые технические детали: ремни -для передачи вращательного движения с одного вала на другой; шланги и напорные рукава - для передачи жидкостей и газов под давлением; сальники, манжеты, прокладочные кольца и уплотнители - для уплотнения подвижных и неподвижных соединений; муфты, амортизаторы - для гашения динамических нагрузок; транспортерные ленты - для оснащения погрузочно-разгрузочных устройств и т.д.- 2.
Способы изготовления резиновых деталей
Технологический процесс изготовления резиновых технических деталей состоит из отдельных последовательных операций: приготовления резиновой смеси, формования и вулканизации. Процесс подготовки резиновой смеси заключается в смешении входящих в нее компонентов. Перед смешением каучук переводят в пластичное состояние многократным пропусканием его через специальные вальцы, предварительно подогретые до температуры 40... 50 °С. Находясь в пластичном состоянии, каучук обладает способностью хорошо смешиваться с другими компонентами. Смешение проводят в червячных или валковых смесителях. Первым из компонентов при приготовлении смеси вводят противостаритель, последним -вулканизатор или ускоритель вулканизации.
Многие технологические процессы переработки резиновых композиций в детали (выдавливание, прессование, литье под давлением и др.) подобны тем, которые были рассмотрены при формообразовании деталей из пластмасс. Специфичным является лишь процесс получения листовых заготовок (каландрование).
Каландрование применяют для получения резиновых смесей в виде листов и прорезиненных лент, а также для соединения листов резины и прорезиненных лент (дублирование). Операцию выполняют на многовалковых машинах - каландрах. Валки каландров снабжают системой внутреннего обогрева или охлаждения, что позволяет регулировать температурный режим. Листы резины, полученные прокаткой на каландрах, сматывают в рулоны и используют затем в качестве полуфабриката для других процессов формообразования резиновых деталей. Во избежание слипания резины в рулонах ее посыпают тальком или мелом при выходе из каландра.
В процессе получения прорезиненной ткани в зазор между валками каландров 3(рис. 8.19) одновременно пропускают пластифицированную резиновую смесь 4 и ткань 2. Резиновая смесь поступает в зазор между верхним и средним валками, обволакивает средний валок и поступает в зазор между средним и нижним валками, через который проходит ткань. Средний валок вращается с большей скоростью, чем нижний. Разница скоростей обеспечивает втирание резиновой смеси в ткань. Толщину резиновой пленки на ткани регулируют, изменяя зазор между валками каландра. Многослойную прорезиненную ткань получают при пропускании определенного числа листов однослойной прорезиненной ткани через валки каландра. Полученную ткань наматывают на барабан 1 и затем вулканизируют.
Непрерывное выдавливание используют для получения профилированных резиновых деталей (труб, прутков, профилей для остекления). Детали непрерывным выдавливанием изготовляют машинами червячного типа. Таким способом покрывают резиной металлическую проволоку.
Прессование является одним из основных способов получения фасонных деталей (манжет, уплотнительных колец, клиновых ремней и т.д.). Прессуют в металлических формах. Применяют горячее и холодное прессование. При горячем прессовании резиновую смесь закладывают в горячую пресс-форму и прессуют на гидравлических прессах с обогреваемыми плитами. Температура прессования 140... 155 °С. При прессовании одновременно происходят формообразование и вулканизация деталей. Высокопрочные детали (например, клиновые ремни) после формования подвергают дополнительной вулканизации в специальных приспособлениях-пакетах. Холодным прессованием получают детали из эбонитовых смесей (корпуса аккумуляторных батарей, детали для химической промышленности и т.д.). После прессования заготовки отправляют на вулканизацию. В состав эбонитовой смеси входят каучук и значительное количество серы (до 30 % от массы каучука). В качестве наполнителей применяют размельченные отходы эбонитового производства.