Пішінбіліктер.

Илемдеу орнақтарының пішінбіліктері илемдеудің негізгі операциясын –металдың пластикалық деформациялануын (жаншылуын) жүзеге асырады. Илемдеуде туындайтын барлық күштерді пішінбіліктер қабылдап мойынтірекке, одан әрі басқыш бұранда мен тұғырға береді.

Пішінбілік бөшкеден, мойыншадан, шеткі бөліктерден тұрады.

Ашық типті мойынтіректерде текстолитті орнатылған пішінбіліктердің әмбебап айналдырықтың топсасымен жалғастырылатын ұшы қалақша тәрізді болып жасалған.

а – текстолитті сырғанау мойынтіректеріне арналған цилиндрлі мойыншалы (шетмойынды) пішінбілік; б – домалау мойынтіректеріне арналған цилиндрлі мойыншалы пішінбілік; в – сұйықтықта үйкелу мойынтіректеріне арналған конусты мойыншалы пішінбілік; г - құрсауланған бөшкелі пішінбілік.

Сурет 6..2 - Илемдеу орнақтары пішінбіліктерінің пішіні (калибрлері шартты көрсетілмеген)

Жабық типті мойынтіректерде (роликті немесе сұйықтықта үйкелу) орнатылған пішінбіліктердің ұшы қалақшасы бар төлке (жартылай муфта) кигізілетіндей цилиндрлі болып жасалады.

Пішінбіліктер өлшемдерін (бөшке диаметрлі мен ұзындығын) тәжірибелік мәліметтер негізінде таңдайды (орнақ типі мен тағайындалған мақсатына орай) және қажетті теориялық есептеулер (беріктікке) жүргізеді.

Жаншу және сортты орнақтарға арналған пішінбіліктер диаметрін анықтау барысында шақтамалы қарпу бұрышының мәніне баса назар аударады:

∆h = D (1-cosa) (6.1)

(6.2)

Егер орнақты қарпу шарты жағдайында қамтамасыз ететінін ескерсек, онда

(6.3)

m = 0,5 ¸ 0,6 - максималды шақтамалы мәнге ие болғанда

болғанда

(6.4)

Сортты илемдеуде m = 0,3 ¸ 0,45 болғанда

(6.5)

Ақырында пішінбілік диаметрі тек қарпу шартына ғана емес беріктікке де байланысты таңдалады. Суықтай илемдеу орнақтары үшін (екі,төрт және көп пішінбілікті) пішінбіліктердің металды табиғи қарпу шарты негізгі болып саналмайды,өйткені нақтылы жағдайдағы қарпу бұрышының мәні шақтамалы мәннен біршама кіші. Пішінбілік диаметрін таңдағанда шектейтін факторлар қатарына мыналар жатады:

1) пішінбілік беріктігі мен қатаңдығы;

2) қалыңдығы ең кіші табақты металды илемдеу мүмкіндігінің болуы.

Суықтай илемдейтін орнақтардың пішінбіліктерінің беріктігін арттыру оларды жасау үшін беріктігі жоғары материалдарды таңдап алу жолымен шешіледі.

Диаметрлері үлкен тіреу пішінбіліктерін қолданудағы мақсат олар негізгі илемдеуші күшті қабылдап алады және жұмыс пішінбіліктерінің жүктемесін жеңілдете отырып, олардың беріктік сипаттамаларын арттырады. Сонымен қатар диаметрі үлкен (жұмыстықпен салыстырғанда) тіреу пішінбілігін пайдалану қатаңдықты әжептеуір арттыра отырып, суықтай илемделген табақтар және жылтыр бетті тілкемдер алуды және илемделген табақтың ені мен ұзындығы бойындағы алақалыңдылық шамасын төмендетуді қамтамасыз етеді.

А.А. Королев өте жұқа таспаны суықтай илемдеу шартын талдай отырып, тілкемді ары қарай жұқарта беру мүмкін болмай қалатын кезеңнің болатынын көрсеткен, өйткені пішінбіліктің серпімді деформациясы (радиалды) илемделетін металдың минималды қалыңдығынан үлкен болады, яғни

DD ³ h_min, (6.6)

Бізге белгілі , (6.7)

немесе

Олай болса формуланы пішінбілікке қолданатындай мынадай түрде жазуға болады:

(6.8)

мұндағы s_ию - пішінбілікті июші кернеу ;

Е - пішінбілік материалының серпімділік модулі (МПа).

(6.8) формуласына қарап пішінбілік диаметрінің өсуімен серпімді радиалды майысудың абсолютті мәнінің өсетінін көреміз. Сондықтан диаметрі үлкен пішінбіліктерді қолдану өте жұқа пішіндерді алу мүмкіндігін азайтады.

Екінші жағынан пішінбілік диаметрін кішірейту осьтік майысу шамасын өсіреді, өйткені диаметрі үлкен пішінбіліктерде осьтік майысу аз болады:

Сонымен пішінбіліктер жүйесінің беріктігі мен қатаңдығын арттыру үшін суықтай илемдеуді төртпішінбілікті (көп пішінбілікті) қапастарда жүргізу қажет өйткені олардың қатаңдығы жоғары және жұмыс пішінбіліктерінің диаметрі шағын болып келеді.

Табақты металды (тілкемді) суықтай илемдеу жолымен минималды қалыңдықты алу мүмкіндігі жұмыс пішінбіліктерінің серпімді түйіспелі майысуына тәуелді және А.А Королевтың мына формуласы бойынша анықтауға болады

h_шек = h_min = 1,65 × 10^-5 m × D (K_ор – σ_ор) (6.9)

Болат тілкемді ажарланған пішінбіліктерде май жағу арқылы тартылумен суықтай илемдеу жағдайы үшін К_ср – σ_ср = 500 МПа, m = 0,06, мәндерін (6.9)-ға қойып мынаны аламыз.

D_max = 2000h_min (6.10)

Тәжірибелік сынақ нәтижелері негізінде пішінбілік бөшкесінің ұзындығы мен диаметрі арасында мынадай арақатынас қабылданған:

- жаншу орнақтары - 2,2-2,7;

- сортты орнақтар - 1,6-2,5;

- қалыңтабақты орнақтар -2,2 - 2,8;

- төртпішінбілікті қапастар:

- жұмыс пішінбіліктері - 2 – 5;

- тіреу пішінбіліктері -1,5 - 2,5.

Пішінбіліктер материалы. Пішінбіліктер жұмыс барысында үнемі қажалу жағдайында болады және динамикалық жүктеме кезінде үлкен кернелуге ұшырайды. Сонымен қатар температура да күрт өзгермелі болады. Сондықтан пішінбіліктің жұмыс істеу қабілеттілігін арттыруды пішінбілік материалын дұрыс таңдап алуға да байланысты.

Өте үлкен күштер мен жоғары температурада жұмыс істейтін жаншу орнақтары – блюминг, слябингтер үшін легірлеуші элементтер мөлшері аз болат пішінбіліктер қолданылады. 40Х, 50ХН, 60ХН және т.б. таңбалы болаттардың тұтқырлығы үлкен және июші моментке қарсылығы жоғары болып келеді.

Үздіксіз – дайындама алу орнақтары үшін болат пішінбіліктер (үлкен қарпу бұрышы мен беріктікті қажет ететін алғашқы өтпелерде) және соңғы қапастарда хроммен, никельмен, молибденмен легірленген шойын пішінбіліктер (әрбір элемент мөлшері 0,5%-ке дейін) қолдалынады.

Рельс-арқалық (РБС) және сортты орнақтарда легірленген шойыннан құйылып жасалған (қаттылығы Шор межесі 50-75 бірлік) пішінбіліктер қолданылады. Мұндай пішінбіліктердің ағартылған қабаты бар және тозуға қарсылығы жоғары, илем бетінің сапасын жақсартады. Шойын пішінбіліктерінің кемшілігі болаттан жасалғандармен салыстырғанда қарпу мүмкіндігінің төмендігі, өйткені шойын құрамындағы графит өз кезегінде майлағыш зат болып табылады және болат пішінбіліктермен салыстырғанда беріктігі төмен болып келеді. Сондықтан сортты орнақтарда қатты қорытпаларды илемдегенде хром мен марганец мөлшері жоғары көміртекті болаттан жасалған (50Х, 35ХГСА, 60ХГ) пішінбіліктерді қолданған тиімді.

Қалың табақты орнақтар үшін ағартылған шойыннан және 50Х, 50ХН таңбалы болаттардан жасалған пішінбіліктер қолданылады.

Суықтай илемдеуғе арналған төрт пішінбілікті орнақтар үшін жұмыс бетінің қаттылығы жоғары (жұмыс пішінбіліктері үшін Шор межесі бойынша 100 бірлікке дейін, тіреу пішінбіліктері үшін – 70-80 бірлік) және беріктігі жоғары (800-900МПа дейін) соғу (ковка) әдісімен жасалған болат пішінбіліктер қолданылады. Диаметрі 300 мм-ге дейінгі пішінбіліктерді 9Х және 9Ф (хромды және хромванадийлі) болаттардан, ал D > 300мм пішінбіліктерді хром мөлшері жоғары (9Х2), хроммолибденді (9Х2МФ, 65ХНМ, 7ХМ) және хромвольфрамды (9Х2В) болаттардан жасайды. Пішінбіліктерді міндетті түрде термиялық өңдеуден (шынықтыру, босаңдату және т.б.) өткізеді.

Үлкен тіреу пішінбіліктерін құрсауланған құрамалы қылып жасаған тиімді: ось материалы – иілуге қарсылығы жоғары 55Х, 60ХН, 45ХНМ таңбалы болаттар, құрсау материалы – термоөңдеуден кейін жоғары қаттылық пен тозуға төзімділікке ие болатын 9Х2, 9ХФ таңбалы болаттар.

Көппішінбілікті (12-20) орнақтардың жұмыс пішінбілігін қаттылығы жоғары қорытпалардан (карбид, вольфрам сияхты) жасайды, олардың тозуға төзімділігі қарапайым легірленген болаттармен салыстырғанда 30-50 есе жоғары болып келеді. Сонымен қатар мұндай пішінбіліктермен илемдеу барысында илемделетін металл бетінің аса жоғары класты кедірбұдырлығын алуға болады.

Әдебиеттер:нег. 1 [45-58], 2 [51-62], 3 [46-57]; қос. 5 [49-64].

Бақылау сұрақтары:

1. Илемдеу орнағының жұмыстық тізбегінің құрамына нелер кіреді?

2. Жұмыстық қапас қандай бөліктерден тұрады?

3. Жұмыс пішінбіліктерінің негізгі түрлері.

4. Жұмыс пішінбіліктері қандай метриалдардан жасалады?

5. Тіреу пішінбіліктерін не үшін қолданады?

6. Суықтай илемдеуге арналған орнақтардың пішінбіліктері қандай материалдардан жасалады?

7-дәріс. Илемдеуші орнақтардың жастықтары мен мойынтіректері

Мойынтіректердің ерекшелктері. Пішінбілік бөшкесінің диаметрін біле отырып, мойынша диаметрін беріктік талаптарына сай анықтайды. Сырғаныу мойынтірегінде жұмыс істейтін пішінбіліктер үшін d_ш @ 0,6D_в , Ал домалау мойынтірегі мен СҮМ-де (суйықтықта үйкелу мойынтірегі) жұмыс істейтін пішінбіліктердің мойынша диаметрі осы мойынтіректердің габариттік өлшемдеріне байланасты анықталады (Сурет 7.1).

Мысалы, домалау мойынтірегін күшейту үшін оның сыртқы құрсама диаметрін үлкейту қажет, бірақ бұл өлшемді пішінбілік диаметрімен сәйкестендіру керек. Мойынтірек диаметрі пішінбілік диаметрінен кіші болу керек, яғни D_М << D_П.Б. Мойынтіректің ішкі сақинасының диаметрін кішірейту арқылы да мойынтіректі күшейту мүмкіндігі де аз, өйткенеі пішінбілік мойыншасының да беріктік талаптарына сәйкес бөшке диаметрімен белгілі қатынаста болуы керек.

Сурет 7.1 - Пішінбіліктер мен мойынтіректердің құрылғылау сұлбасы

Сол себепті пішібілік мойыншасының белгілі диаметріне мойынтіректі орналастыруға арналған орын өте аз болғандықтан габариті кіші шағын мойынтіректерді қолдануға тура келеді. Осының нәтижесінде пішінбілік мойынтіректеріне өтеүлкен мақсаттарда қолданылатын әртүрлі машиналардың мойынтіректеріне шақ келетін меншікті жүктемелерден бірнеше есе артық болып келеді.

Мысалы жалпы мақсатта қолданылатын машиналар мойынтіректерінде: Р ≤ 10 МПа, ал коэффициент РV≤20 МПа м/с болса, илемдеуші орнақтар пішінбілігінің ашық тиіпті мойынтірегінде:

РV ≤ 80 - 200 МПа м/с

Пішінбіліктер мойыншалары мен мойынтіректерінің өлшемдері шектеулі болатындықтан және илемдеу кезінде мойынтіректерге өте үлкен жүктеме түсірілетіндіктен илемдеуші орнақтардың мойынтірек тораптарына ерекше талаптар қойылады. Сондықтан мұндай мойынтіректердің сыртқы пішіні басқа машиналардың мойынтіректерінен өзгеше болып келеді.

Илемдеуші орнақтарда мойынтіректердің үш типі қолданылады: ашық типті, сырғанау мойынтерегі (металл және металл емес ішпекті); сұйықтықта үйкелу мойынтірегі және домалау мойынтірегі.

Ашық тиіпті сырғанау мойынтіректері. Сырғанау мойынтіректерінің металл және металл емес ішпекті түрлері, сонымен қатар суйықтықта үйкелетін жабық түрлері пайдаланылады.

Ашық тиіпті металл (қола) ішпекті мойынтіректері үйкеліс коэффициентінің жоғарылығымен сипатталауы, жұмыс істеу ұзақтығы да аз, сондықтан қазіргі кезде оларды тек ескі жуқатабақты орнақтарда, мойынша температурасының жоғары (300⁰С дейін және одан жоғары) болуына байланысты басқа мойынтіректерді қолдану мүмкін болмаған жағдайда қолданады.

30-жылдардан бастап илемдеу орнақтарында ашық типті металл емес ішпекті сырғанау мойынтіректері кеңінен қолданыла бастады.

Ішпек материалын таңдау барысында мойынтірекке түсірілетін жүктемесі мен орнақтың құрылымдық ерекшелігін есепке алады. Мойынтіректің металл емес ішпегін жасауға текстолит, лигнофоль немесе лигностон қолданылады (Сурет 7.2).

Ашық тиіпті сырғанау мойынтірегі жекелеген құрастырмалы ішпектер түрінде немесе біртұтас қалыпталған болып жасалынады.

Текстолит – мақта-мата толдырғыш тан тұрады синтетикалық шайырмен қанықтырылып қабатталып салынған маталарды ыстықтай баспақтау арқылы дайындайды. 2 және 2Б таңбалы тексолитті 20-70 мм тақта түрінде дайындайды. Кейбір жағдайда үгінділерден баспақтап жасайды.

Лингофоль (ағаш-қабатты платик – ДСП) фанерлы қайың шпон толтырғышынан (2-5 мм қалындықты) турады.Фанера типті талшықтары айқасып жататын тақтайшалар түрінде дайындалады. Өзінің механикалық және антифрикциялық қасиеттері жағынан текстолиттен кем емес, бірақ 2 есе арзан.

Лигностон (аударғанда тас ағаш деген мағынаны береді) қайың кеспектерін 20% глюкоза ерітіндісімен алдын-ала қанықтырып одан кейін 250-300 МПа қысыммен, t=140-160⁰ С температурада 60% -ке дейін жаншумен талшықтарына көлденең баспақтау арқылы дайындалады. Лигностонды көбінесе кеспекшелер түрінде дайындайды. Лигностонның текстолит пен лигнофольға қарағанда артықшылығы оның жылуға төзімділігінің жоғарылығы (300⁰С дейін) және құнының арзандығы (текстолитке қарағанда 6 есе, лигнофонан 3 есе арзан). Лингостонның механикалық қасиеті текстолит пен лигнофольга қарағанда төмендеу, сондықтан оны меншікті жүктеме шамасы аз болғанда қолдану ұсынылады.

Осылардың ішіндегі кең тарағаны текстолитті ішпектер (біртұтас қалыпталған).

Сурет 7.2 - Текстолитті қалыпталған ішпек

Металл емес ішпекті сырғанау мойынтіректерінің негізгі кемшілігі серпімді деформациясының жоғарылығы және шақтамалы қысымның аздығы. Сондықтан оларды күш шамасы аз және илемделетін пішін өлшемінің дәлдігіне аса жоғары талап қойылмайтын орнақтарда қолданады.

Сұйықтықта үйкелу мойынтіректері (СҮМ). Соңғы жылдары илемдеу орнақтары СҮМ-ді қолдану кең етек ала бастады. Олардың негізгі ерекшелігі мынада – кез-келген жұмыс жағдайында (кез-келген жылдамдық пен жүктеме) мойынтірек пен пішінбілік мойыншасының арасында майлы кілегей сақталады. Осының нәтижесінде мойынша мойынтірек ішінде жүзіп жүргендей күй кешеді. Сұйықтықта үйкелуді қамтамасыз ету қажалуға түсетін бөлшектерді мұқият өңдеу (айнадай қылып) нәтижесінде және мойынтірек құрылымының саңылаусыз жабық болып (қымталған) жасалуының арқасында жүзеге асырылады. Мұндай мойынтіректерде пішінбілік мойыншасының айналуына майлы кілегейдің май тұтқырлығына байланысты аздаған кедергісі ғана әсер етеді (Сурет 7.3).

Бұлардың ішіндегі ең кең тарағаны гидродинамикалық мойынтіректер. Жоғары дәлдікпен (1 – класс бойынша) шетмойын мен ішпектер беттерінің кедір-бұдырлығын (10-12 класс бойынша - 0,10 ... 0,025) өндеу арқасында және де майды тазарту арқасында мойынтіректегі үйкеліске түсетін беттер әрқашан жұқа майлы қабатпен бөлініп тұрады.

Шетмойынның айналуына тек майдың ішкі үйкелісі (тұтқырлығы) ғана кедергі келтіреді, сондықтан СҮМ-нің үйкеліс коэффициенті шамалы (0,001 – 0,005), яғни домалау мойынтіректерінікінен де аз болып келеді. Дұрыс пайдаланған жағдайда СҮМ – нің ұзақ уақыт жұмыс істеуі – 10-20 жылды құрайды (роликті домалау мойынтіректерінің төзімділігінен әлдеқайда көп). СҮМ әсіресе шетмойынның айналу жиілігі жоғары болғанда жақсы жұмыс істейді, өйткені айналу жиілігінің өсуімен олардың қөтерушілік қабілеті де артады.

Шетмойын айналған кезде 0,1 – 0,2 МПа қысымен берілетін май шетмойын мен ішпек арасындағы сүйірленген саңылауға қарай сорылады. Май айдала отырып майлы сына қалыптасады, ондағы қысым жылдамдық өскен сайын арта береді (гидродинамикалық әсер).

СҮМ құрылысы: шетмойынның еркін айналуын қамтамасыз ету үшін оның диаметірін d_ц төлке ішпек диаметрінен d_іп диаметрінен екі радиалды саңылау шамасына 2 _СҮМ кіші қылып алады, яғни d_іп - d_ц = 2 _СҮМ.

Сыртқы күшпен жүктелген шетмойын тыныш күйінде ішпекте жатады. Шетмойын центрі төмен қарай радиалды саңылау шамасына ығысқан

d_СҮМ = r_іп-r_ц.

I – шетмойын айналыссыз күйде, II – шетмойын айналыста

Сурет 7.3 - СҮМ-нің жұмыс істеу принципі.

Шетмойын мен ішпек арасында пайда болатын майлы сына сыртқы жүктемеге төтеп бере отырып цапфаны тік оське қатысты айналу бағытына қарай ығысуға мәжбүрлейді. Майлы сынадағы радиалды қысымның Р_φ әпюрі күмбез тәрізді болып келеді, оның максимумы 10-20 МПа-ға дейін жетеді және мойынтіректің тік осьі мен минималь радиалды саңылаудағы майлы сына қалындығы h_min–ге тең.

Майлы сынаның көтерушілік қабілеті (немесе СҮМ-нің жүк көтергіштігі) мына формула бойынша анықталады

(7.1)

Бұл формуланы талдайтын болсақ тұтқырлықтың , айналу жілігінің ω, мойынтірек ұзындығы l мен диаметрінің өсуімен мойынтіректің көтерушілік қабілетінің артатынын көреміз.

Белгілі радиалды саңылаумен _СҮМ жасалған СҮМ үшін майлы сынаның жүк көтергіштігі майлы қабаттың қалындығы h_min кішірейген сайын артады. Іс жүзінде _СҮМ/ h_min = 3 ÷ 15 деп қабылданады.

Илемдеу орнақтырының СҮМ-і үшін майдың екі түрі қолданылады: тұтқырлығы төмен турбиналы УТ және тұтқырлығы жоғары П-28 майы.

СҮМ құрылымының ерекшеліктері

СҮМ –нің негізгі бөлшектері:

- ауыстырылмалы төлке-цапфа;

- төлке – ішпек.

Төлке-ішпек 1 Б83 таңбалы жоғары қоланы баббиттен қалындығы 3-5 мм болып құйылып жасалады. Баббитті құйманың беті кедір-бұдырлықтың 10 класы бойынша (Н_орт < 0,8 мкм) өңделеді және мойынтіректе жұмыс істеу барысында ол да айнадай жылтыр болып шығады.

Төлкенің номинальді ішкі диаметрі

d _т = d₄ + 2 _СҮМ

мұндағы _СҮМ – мойынтірегі радиалды сынылау: 2 _СҮМ = 100 ÷ 200 мкм

Гидродинамикалық СҮМ төлке мен цапфа арасындағы сұйықтықта үйкелісті цапфаның жоғары жылдамдықпен айналуы нәтижесінде майды тартып ала отырып майлы сына қалыптастыру арқылы қамтамасыз етеді.

Майлы сынаның қысымы сыртқы жүктемені теңдестіріп тұрады. Илемдеуші орнақтың ауыспалы режімінде сұйықтықта үйкелу қамтамасыз етілмейді, мойынтіректегі үйкеліс моменті өсіп, оны пайдалану қиындайды.

Пішінбіліктің айналу жиілігін өзгерткенде майлы қабаттың қалындығы өзгеріп, соның салдарынан илемделетін тілкемнің қалындығы да өзгеріске ұшырайды.

Гидростатикалық СҮМ (майлы сынасыз). Сыртқы жүктемені теңдестіріп устау үшін майды үнемі жоғары қысыммен беріп туру қажет. Ол үшін мойынтірек қысыммен беріп туру қажет. Ол үшін мойынтірек төлкесінде арнайы қалталар орналасқан. Бірақ, жоғары қысыммен қамтамасыз ететін күрделі майлау жүйесін үздіксіз жұмыс істету іс жүзінде мүмкін емес, сондықтан мундай мойынтіректер илемдеу орнақтарында қолданылмайды.

Гидростатодинмикалық СҮМ күрделі құрастырмалы типті мойынтірекке жатады. Мойынтірекке жоғары қысыммен берілетін май тек орнақтың ауыспалы режімінде (іске қосу тежелу және төмен жылдамдықпен жұмыс істегенде) ғана жіберіледі.

Орнақ орнықты жұмыс режіміне көшкенде (жоғары жылдамдықта) жоғары қысыммен берілетін май автоматты түрде тоқтатылып, мойынтіректегі сұйық үйкеліс майлы гидродинамикалық сына арқылы жүзеге асады.

Майлы қалталар 40⁰ доға бойынмен тар бунақ түрінде жасалған, бұл ішпектің тіреуші жұмыс бетін аса кішірейте қоймайды. Ауыспалы кезеңдерде қалталарға 50 МПа дейін қысыммен май беріледі, майдың шығыны минутына 8 литрге дейін жетеді.

Пішінбілік мойыншасы мынадай себептерге байланысты конусты болып жасалады:

1) мойынтіректің пішінбілік мойыншасынан оңай шығарып алу үшін;

2) конусты мойыншаның бөшке жағындағы қимасы цилиндрліге қарағанда беріктеу, өйткені оның диаметрі үлкенірек.

СҮМ-нің кейінгі кездері шыққан жаңа типтерінде осьтік күшті қабылдау үшін мойынша ұшына қарай шарикті немесе конусты роликті мойынтіректер орнатылады.