Богодухов С.И., Бондаренко Е.В., Проскурин А.Д. и др. Материаловедение и технологические процессы машиностроительного производства. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

281

1 – литьевой плунжер; 2 – литьевая камера; 3 – литниковый канал;

4 – деталь в полости (матрице) пресс-формы; 5 – стержень (пуансон)

Рисунок 24.2 – Схема литьевого прессования

Режим прессования:

для фенопластов p = 90 - 100 МПа, tп.ф. = 195 - 225 °С, tл.к = 135 –

155 °С;

- для аминопластов p = 70 - 160 МПа, t

п.ф. = 195 – 215 °С, tл.к. = 95 –

120 °С,

где p - давление прессования,

п.ф. и tл.к.- температура соответственно в пресс-форме и литьевой ка-

мере.

Таким образом, давление при литьевом прессовании значительно вы-

ше, чем при прямом; температура в пресс-форме на 60 – 90 °С выше, чем в

зоне впрыска полимера в пресс-форму. В качестве оборудования применяют

не только прессы, но и одноцилиндровые литьевые машины.

Пресс-формы обогреваются с помощью электрических элементов или

пара. В мелкосерийном производстве пресс-формы выполняют съёмными

(отсутствуют крепление к прессам и нет собственных нагревателей); в се-

рийном и крупносерийном – полустационарными и стационарными, закреп-

ляемыми на прессах и снабженными собственными нагревателями.

Кроме того, различают пресс-формы закрытого и открытого типов

(аналогично штампам при горячей объемной штамповке металла), одногнез-

довые для изготовления одной детали и многогнездовые.

По схеме пакетного (многоярусного) прессования получают листы и

плиты из гетинакса, стеклотекстолита и других реактопластов. Заготовки ма-

282

териала (из стеклоткани и др.) пропитывают смолой, укладывают между го-

рячими плитами многоэтажных прессов и подвергают давлению в течение

определенного времени.

Профильным прессованием получают трубы, прутки круглого и фасон-

ного сечений из реактопластов. Схема профильного прессования аналогична

применяемой на металлургических заводах схеме прямого прессования ме-

талла. В последнее время профильное прессование заменяют более прогрес-

сивной схемой непрерывного выдавливания (экструзии) на специальных ма-

шинах.

24.3

Порядок выполнения работы

24.3.1 В нагретую до необходимой температуры пресс-форму загрузите

навеску пресс-материала и с помощью пуансона вручную проведите предва-

рительную подпрессовку;

24.3.2 Установите пресс-форму на плиту гидравлического пресса или

испытательной машины, создайте необходимое давление прямого прессова-

ния и выдержите в течение расчетного времени;

Таблица - Режим прессования

Наименование и

марка материала

Температура

прессования, °С

Давление

прессования

p, МПа

Время выдержки

на 1 мм

толщины

изделия Т

, с

Пресс-материал

АГ-4В, АГ-4с,

ГОСТ 20437-89

160±5

8060

540

−

100 - 200

Примечание - В числителе – давление прямого прессования, в знаменате-

ле – давление литьевого прессования.

24.3.3 Снимите давление, под выталкиватель пресс-формы подложите

дополнительные подставки и, удалив пуансон, создайте необходимое давле-

ние для извлечения изделия;

24.3.4 После извлечения изделия и охлаждения его на воздухе про-

изведите визуальный контроль качества;

24.3.5 Аналогично проведите литьевое прессование с использованием

другой пресс-формы.

283

24.4 Содержание отчёта

24.4.1 Тема и цель лабораторной работы.

24.4.2 Краткая характеристика методов получения изделий из пласт-

масс.

24.4.3 Описание схемы и режима прямого и литьевого прессования (с

необходимыми иллюстрациями).

24.4.4 Оценка качества полученных изделий и выводы из выполненной

работы.

24.5 Контрольные вопросы

24.5.1 Что понимается под режимом прессования и порядком его выбо-

ра?

24.5.2 Какие вы знаете методы переработки пластмасс?

24.5.3 Чем определяется время выдержки при прессовании?

24.5.4 При какой схеме прессования давление выше?

24.5.5 Расскажите об особенностях устройства пресс-форм для прямо-

го и литьевого прессования.

24.5.6 Каким методом получают сложные детали из пластмасс с уста-

новкой арматуры?

24.5.7 Чем характеризуются пресс-формы для мелкосерийного произ-

водства?

284

25 Лабораторная работа № 25

Изучение конструкций и исследование характеристик сварочных

трансформаторов

25.1 Цель работы

25.1.1 Изучение конструкции, работы, электрических схем сварочных

трансформаторов.

25.1.2 Исследование внешних характеристик сварочных трансформато-

ров и определение пределов регулирования сварочного тока.

25.2 Общие сведения

25.2.1 Назначение и классификация источников питания для ду-

говой сварки

Электрическая энергия подается в сварочную дугу от специальных

устройств - источников питания. Конструкция и параметры источников зави-

сят от их технологического назначения. Источники могут быть предназначе-

ны для одного из следующих способов:

1) ручной сварки покрытым электродом,

2) механизированной сварки под слоем флюса,

3) механизированной сварки плавящимся электродом в защитном газе,

4) ручной и автоматической сварки в защитном газе неплавящимся

электродом постоянным током,

5) ручной и автоматической сварки в защитном газе неплавящимся

электродом переменным током.

В зависимости от рода тока источники питания классифицируют на

трансформаторы и специализированные установки на их основе для сварки

на переменном токе и выпрямители, преобразователи, специализированные

источники (установки) на базе выпрямителей для сварки на постоянном и пе-

ременном токе.

Принята единая система обозначения электрического оборудования

буквенно-цифровым кодом, в котором первая буква обозначает тип изделия

(Т – трансформатор, В – выпрямитель, Г – генератор, П – преобразователь, А

– агрегат, У – установка).

Вторая буква – вид сварки (Д – дуговая, П – плазменная).

Третья буква – способ сварки (Ф – под флюсом, Г – в защитных газах,

У – универсальный источник, М – механическое регулирование). Отсутствие

буквы соответствует ручной сварке покрытыми электродами.

Четвертая буква дает пояснение назначения источника (М – многопо-

стовой).

285

Одна или две последующие цифры означают величину номинального

сварочного тока (в сотнях Ампер).

Последующие две цифры означают регистрационный номер изделия.

Следующая затем буква означает климатическое исполнение (У – для

умеренного климата, УХЛ – умеренный и холодный, Т – для сварки в тропи-

ческом климате).

Последняя цифра соответствует категории размещения источника (1 –

для работы на открытом воздухе, 2 – в неотапливаемых помещениях, 3 – в

закрытых отапливаемых помещениях, 4 – в помещениях с искусственным ре-

гулированием климатических условий, 5 – в помещениях с повышенной

влажностью).

Пример, ВДГМ – 16002У3 – выпрямитель для дуговой сварки в защит-

ных газах, многопостовой с номинальным током 1600 А, порядковый номер

модели 2, предназначен для работы в странах с умеренным климатом в за-

крытых отапливаемых помещениях.

Возможны и другие обозначения, принятые предприятием-

изготовителем.

25.2.2 Требования к источникам питания сварочной дуги

Источник питания сварочной дуги должен удовлетворять определен-

ным требованиям:

- обеспечивать надежное возбуждение сварочной дуги;

- поддерживать устойчивое горение дуги в процессе сварки;

- способствовать благоприятному переносу электродного металла (при

сварке плавящимся электродом) и формированию сварного шва;

- обеспечивать возможность настройки требуемого режима сварки;

- выдерживать длительные и частые короткие замыкания или обеспе-

чить быстрое расплавление электрода при коротком замыкании.

Для обеспечения надежного возбуждения дуги источник питания дол-

жен быть достаточно высоким напряжением холостого хода (не ниже 40 В).

Первоначальное возбуждение дуги чаще всего производится первоначаль-

ным касанием электрода. При касании происходит короткое замыкание сва-

рочной цепи, ток которого расплавляет и испаряет металл контактных по-

верхностей. При последующем отрыве электрода от изделия в пространстве,

заполненном ионизированными парами и газами, под действием напряжения

источника возбуждается сварочная дуга. Чем выше напряжение холостого

хода источника, тем легче возбуждается дуга. По условиям безопасности на-

пряжение холостого хода ограничено для источников переменного тока 80 В,

источников постоянного тока 90 В.

Оценка устойчивости горения дуги производится по ее разрывной дли-

не. Чем больше разрывная длина, тем выше ее устойчивость. Устойчивое го-

рение дуги обеспечивается статическими и динамическими свойствами ис-

точника питания. Основной статической характеристикой источника питания

286

сварочной дуги является их внешняя характеристика. Зависимость напряже-

ния на выходе источника от силы тока в сварочной цепи называется внешней

характеристикой источника питания.

В зависимости от способа сварки и плотности тока на электроде для

обеспечения устойчивого горения дуги внешняя характеристика источника

должна иметь определенную форму (рисунок 25.1): крутопадающую (а), по-

логопадающую (б), жесткую (в), возрастающую (г). При ручной дуговой

сварке покрытыми электродами на средних плотностях тока (до 100 А/мм

)

(когда вольтамперная характеристика дуги жесткая) устойчивое горение дуги

обеспечивается крутопадающей внешней характеристикой.

а – крутопадающая, б – пологопадающая,

в – жесткая, г - возрастающая

Рисунок 25.1 – Внешняя характеристика источников

питания сварочной дуги

При изменениях длины дуги и ее напряжения величина тока изменяет-

ся незначительно. Таким образом, обеспечивается стабильность режима

сварки и высокая устойчивость (эластичность) дуги при колебаниях ее длины

в процессе сварки.

Внешняя характеристика источника питания считается крутопадаю-

щей, если

1,25 <

зк

, < 2 , (25.1)

где I

к.з.

– ток короткого замыкания, А;

– рабочий ток, А.

При сварке под флюсом с постоянной скоростью подачи сварочной

проволоки используются источники с пологопадающей внешней характери-

287

стикой. Такая характеристика обеспечивает саморегулирование дуги. Свой-

ство саморегулирования дуги заключается в том, что при небольшом диамет-

ре электрода в дуге самопроизвольно устанавливается такой ток, при кото-

ром скорость плавления проволоки равна скорости ее подачи. При внезапном

удлинении длины дуги сварочный ток уменьшается, уменьшается и скорость

плавления проволоки. Длина дуги постепенно уменьшается, и система воз-

вращается в исходное состояние.

При сварке в среде углекислого газа при высокой плотности тока ис-

пользуются источники с жесткой и возрастающей внешней характеристикой

для повышения быстродействия процесса саморегулирования.

При сварке неплавящимся электродом, когда процесс саморегулирова-

ния отсутствует, внешняя характеристика источника должна быть крутопа-

дающей.

Устойчивое горение дуги, благоприятный перенос электродного метал-

ла и хорошее формирование сварного шва обеспечивается так же динамиче-

скими характеристиками источника питания, т.е. оптимальной скоростью на-

растания сварочного тока при скачкообразном изменении длины дуги и ко-

ротком замыкании.

Скачкообразное изменение длины дуги наблюдается при сварке пла-

вящимся электродом, когда образовавшаяся капля расплавленного металла

на конце электрода уменьшает длину дуги или совсем закорачивает межэлек-

тродное пространство (сварка с коротким замыканием). В этом случае источ-

ник питания должен обладать высокими динамическими свойствами, т.е.

обеспечивать оптимальную скорость нарастания тока при коротком замыка-

нии. Слишком большая скорость нарастания тока приводит к перегреву и

взрыву образовавшейся перемычки и выбрасыванию расплавленного металла

за пределы сварного шва.

При слишком малой скорости увеличения тока в момент замыкания

дугового промежутка между каплей и электродом не успевает образоваться

шейка, и капля не отрывается. Происходит разогрев электрода на большом

участке, который затем со взрывом разрушается. Возникающая при этом дуга

отрывается, так как образовавшийся промежуток между электродом и изде-

лием чрезмерно велик. Последующее возбуждение дуги возможно только по-

сле короткого замыкания электрода с расплавленным металлом. Оптималь-

ная скорость увеличения тока короткого замыкания зависит от способа свар-

ки и составляет 10-20 А/с, при установившемся токе короткого замыкания

350-500 А. Оптимальные динамические свойства источников питания дости-

гаются конструкцией источника питания путем правильной подборки индук-

тивности сварочной цепи.

Регулирование сварочного тока и настройка на режим осуществляется

с помощью источника питания двумя способами: изменением напряжения

холостого хода или внутреннего сопротивления источника. Применяются и

комбинированные способы.

288

Изменением напряжения холостого хода, сдвигается его внешняя ха-

рактеристика (рисунок 25.2) и рабочая точка (пересечение внешней характе-

ристики источника питания и статической характеристики дуги 1) занимает

новое положение, соответствующее выбранному сварочному току.

При изменении сопротивления источника изменяется количество энер-

гии, отдаваемое дуге (рисунок 25.3) ток дуги изменяется в соответствии с за-

конами электрической цепи.

Рисунок 25.2 – Зависимость Рисунок 25.3 – Зависимость

сварочного тока от изменения сварочного тока от изменения

напряжения внутреннего сопротивления

источника

Номинальный сварочный ток – это максимально допустимый ток для

данного источника питания, при работе на котором при определенном режи-

ме работы источник не перегревается. Например для ВД2016У3 номиналь-

ный ток 200 А.

Источники питания для ручной сварки изготавливают на токи 125 -

500 А, для полуавтоматической - на токи 315-1000 А, для автоматиче-

ской - на токи 900-2000 А, многопостовые источники имеют номинальный

ток 1000-5000 А.

В технической документации кроме номинального сварочного тока и

режима работы указывается также напряжение питающей сети, номинальная

мощность, коэффициент полезного действия, габаритные размеры и масса

источника питания.

25.2.3 Назначение, типы и принципиальные схемы трансформаторов

В настоящее время для дуговой сварки плавящимся электродом на пе-

ременном токе выпускают однопостовые передвижные или переносные сва-

289

рочные трансформаторы повышенного магнитного рассеяния с подвижными

обмотками или с неподвижными шунтами с управляющими обмотками.

Наличие повышенного регулируемого индуктивного сопротивления

(повышенного рассеяния) трансформаторов обеспечивает возможность полу-

чения их падающих характеристик, регулирования силы сварочного тока и

повышения устойчивости горения дуги за счет сдвига фазы между током и

напряжением. Для ручной дуговой сварки применяют трансформаторы с

подвижными обмотками ТД-300, ТД-500, ТД-502 в передвижном исполнении

и ТД-306, ТД-102 в переносном исполнении. Для автоматической сварки под

слоем флюса с автоматическим регулированием скорости подачи электрод-

ной проволоки выпускают стабилизированные трансформаторы типов ТДФ-

1001 и ТДФ-1601 с неподвижными шунтами и управляющими обмотками.

25.2.4 Сварочный трансформатор типа ТД-500

Однопостовой передвижной повышенного рассеяния предназначен для

питания электрической дуги при ручной дуговой сварке и резке металлов пе-

ременным током, имеет падающую внешнюю характеристику. Трансформа-

тор однофазный, стержневого типа. Сердечник трансформатора собран из

листов электротехнической стали. Обмотки трансформатора имеют по две

катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Ка-

тушки первичной обмотки неподвижные, вторичной – подвижные.

Принципиальная упрощенная схема трансформатора показана на ри-

сунке 25.4.

Рисунок 25.4 – Упрощённая принципиальная схема трансформатора

ТД-500 с подвижными обмотками

290

На схеме показано по одной катушке первичной и вторичной обмоток.

Для этого типа трансформаторов напряжение на дуге может быть опре-

делено из уравнения внешней характеристики трансформатора

= U

= Е

– Е

ф.s

, (25.2)

где U

– напряжение на зажимах вторичной обмотки,

– комплексное действующее значение ЭДС вторичной обмотки,

фs

= I

· Z

– ЭДС потока рассеяния вторичной обмотки,

– ток во вторичной цепи,

XR − - полное сопротивление вторичной цепи,

– активное сопротивление вторичной цепи,

– индуктивное сопротивление вторичной цепи.

Пренебрегая активным сопротивлением вторичной цепи (R

‹‹X

), полу-

чим

= U

= Е

– I

· Х

, (25.3)

При холостом ходе, когда I

= 0, напряжение холостого хода макси-

мально и равно

x.x

= E

(25.4)

При увеличении сварочного тока I

, растут потоки рассеяния Ф

и их ЭДС,

ф.s

, что приводит к снижению напряжения на дуге – U

. Внешняя характе-

ристика трансформатора (рисунок 25.5) – падает. Плавное регулирование

Сплошные линии - диапазон больших токов,

пунктирные – малых токов

Рисунок 25.5 – Внешние характеристики трансформатора