Материаловедение тест. Обработка металлов давлением. 16 Общие сведения
 Скачать 55 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ 16 ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ. 16.1. Общие сведения. Обработка давлением основана на использовании пластичности металлов, то есть на их способности в определенных условиях воспринимать под действием внешних сил остаточную деформацию без нарушения целостности материала заготовки, поэтому она применима только к достаточно пластичным металлам. Пластичнее других металлов является свинец. Олово, алюминий, цинк, железо, низкоуглеродистая сталь так же могут обрабатываться давлением без нагрева. Пластичность среднеуглеродистых и высокоуглеродистых и других металлов в холодном состоянии недостаточна, поэтому для обработки давлением необходим их подогрев до определенной температуры. Некоторые металлы и сплавы (чугун, марганец и т.д.) непластичны даже при нагреве и остаются хрупкими до расплавления. Такие металлы давлением не обрабатываются. Основными видами обработки металлов давлением являются прокатка, прессование, волочение, ковка и штамповка. Пластическая остаточная деформация возникает в материале при достижении напряжений выше предела упругости (Ϭу) и меньше напряжений временного сопротивления разрыву (Ϭв). Остаточная деформация является следствием сдвигов, происходящих внутри и по границам зерен. Под действием давления сдвиг слоев зерен идет сначала по плоскостям главного скольжения (легчайшего сдвига), где плотность атомов является наибольшей. Факт наименьшего сопротивления сдвигу вдоль этого направления плоскостей объясняется наибольшим расстоянием их от таких же соседних плоскостей, что обуславливает наименьшую силу их связи. С увеличением деформации кристаллическая решетка искожается, скольжение по главным плоскостям замедляется и в дальнейшем деформация развивается за счет скольжения по другим плоскостям. В результате атомы перемещаются во взаимно пересекающихся плоскостях, что определяет увеличение сопротивления их движению, что ведет к упрочнению металла. Реальная кристаллическая решетка имеет дефекты. Наличие в кристалле дислокации определяет наименьшую силу деформации в плоскости. в которой она расположена, то есть для сдвига атома в этой плоскости потребуется затрат наименьшего количества энергии. Таким образом, пластичность металлов определяется не только характером межатомных связей, видом и параметрами кристаллической решетки, но и наличием, характером и количеством дислокаций в кристаллах, а также наличием примесей. С уменьшением количества дислокаций пластические свойства металлов снижаются. В результате деформации металла при температуре ниже температуры рекристаллизации происходит увеличение прочности, твердости и хрупкости, а вязкость, пластичность, коррозионная стойкость и электропроводность снижается. Это изменение свойств, связанное с холодной деформацией металла, называется наклепом. С увеличением массового содержания углерода в сталях затрудняет обработку металла давлениием. Для снятия наклепа производят рекристализационный отжиг, заключающийся в нагреве металла и последующим его охлаждением на воздухе. При нагреве металла до температуры 200 – 3000С, происходит частичное снятие искажения кристаллической решетки металла, этот процесс называется возвратом. При дальнейшем нагреве происходит полное снятие искажений кристаллической решетки и восстановление пластических свойств. При обработке металлов давлением с нагревом процесс обработки следует прекращать при понижении температуры нагрева до пределов ниже которых прекращается рекристаллизация и образуется наклеп. 16.2. Прокатка. Прокатка один из самых распространенных видов обработки металлов давлением. В прокат перерабатывают до 80% всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов и сплавов. Для прокатки нагретые или холодные заготовки пропускают между вращающимися валками прокатного стана. Существует три основных вида прокатки: - продольная (для сортовых и фасонных профилей), поперечная и поперечно-винтовая (для тел вращения). 16.2.1. Продольная прокатка. При продольной прокатке металл деформируется между двумя валками, вращающимися навстречу друг другу. Этим способом производится до 90% всей прокатной продукции, в том числе весь листовой и профильный прокат. Крупные профили и толстый лист производят методом горячей продольной прокатки. Тонкий лист, ленту, мелкий профиль точных размеров методом холодной продольной прокатки. Метод горячей продольной прокатки производительный и экономический выгодный. Метод холодной продольной прокатки обеспечивает большую точность и часто является чистовым этапом производства листового проката, труб и профильного проката. При поперечной и поперечно-винтовом (косом) способах прокатки валки вращаются в одну сторону. При косой прокатке металл получает деформацию не только в поперечном и продольном направлении, за счет перекоса валков. В обоих случаях заготовка вращается вследствии вращения валков. Косая прокатка позволяет изготавливать бесшовные горячекатаные трубы, а поперечная прокатка изготавливать специальные профили. Классификация прокатных станов может производиться по назначению выпускаемых на них продукции: - обжимные (блюминги – производство сортовой заготовки, слябинги – производство листовой заготовки), заготовочные, крупносортные, среднесортные, мелкосортные, проволочные, рельсобалочные, универсальные балочные, толстолистовые, широкополосные, листовые, тонколистовые, ленточные, трубопрокатные, бондажепрокатные, колесопрокатные, специального назначения. Прокатные станы могут быть реверсивными (возможность изменения направления прокатки) и нереверсивными. Сортаментом стана называется номенклатура получаемых изделий по форме, сечению и размерам. Все прокатные изделия подразделяются на сорт, лист, трубы, профили, специальные виды проката. Прокатку профиля и сорта осуществляют в калиброванных ручьевых валках, листы и полосы прокатывают в валках с гладкой поверхностью. 16.2.2. Волочение. Волочение заключается в протягивании заготовки (обычно в холодном состоянии) через отверстие, сечение которого меньше исходного сечения заготовки. Это отверстие называется глазком или очком, а инструмент с несколькими глазками волоокой (матрица, фильера). Если исходное сечение необходимо значительно уменьшить, то волочение повторяют несколько раз, так как тяговое усилие ограничено прочностью проволоки и вытяжкой (отношением площади исходного поперечного сечения к конечному). Для волочения прутков и труб большого диаметра волоки изготавливают из инструментальной углеродистой и легированной стали. Для волочения стальной проволоки диаметром до 0,5 мм волоки изготавливают из твердых сплавов, проволоки меньшего диаметра волочат через рубиновые или алмазные фильеры. Уменьшение трения при волочении достигается смазыванием. Смазки бывают жидкие (касторовое масло, олифа, минеральные масла), жидкие с добавками (талька, порошка графита и др.), сухие (порошки, мыла), покрытия (фосфатные, металлические и др.) В волоке изделие наклепывается, что приводит к их упрочнению. Если наклеп нежелателен, изделия ожигают. При большом числе пропусков отжиг повторяют несколько раз. Прокатанную заготовку перед волочением отжигают и очищают от оксидов травлением. Волочильные станы состоят из двух основных частей: станины с держателями для волоки, и тянущего устройства для протягивания заготовки через волоку. Тянущие устройства бывают с прямолинейным движением обрабатываемой заготовки (цепные, реечные, винтовые, гидравлические) и барабанные с наматыванием проволоки. 16.2.3. Прессование. При прессовании металл выдавливают из замкнутой полости через отверстие, в результате чего получают изделие с сечением в форме отверстия. Прессуют медь, алюминий, цинк, свинец, магний и их сплавы. А также сталь из мерных заготовок, нарезанных из сортового проката. Все металлы и сплавы, кроме свинцовых сплавов, прессуют горячими. Существуют два вида прессования – прямое и обратное. При прямом прессовании заготовку закладывают в контейнер закрепленный на раме гидравлического пресса. Туда же закладывают пресс-шайбу. На плунжере пресса укрепляют пуансон, который давит на шайбу в результате чего металл заготовки вытекает через отверстие матрицы в виде прутка. При обратном прессовании заготовка находится в глухом контейнере и остается при прессовании неподвижной, а прессуемый металл при движении матрицы вытекает навстречу ей. Обратное прессование требует меньшего усилия и остаток металла в контейнере меньше, однако в силу меньшей деформации прессованный пруток сохраняет структуру литого металла. Прессованием получают изделия различного сечения. Прессованные изделия, точнее полученных прокаткой, причем прессованием можно получить профиля которые невозможно получить другими методами обработки металлов давлением. 16.2.4. Ковка. Ковкой называется обработка металла, находящегося в пластическом состоянии под действием бойков молота (динамическое воздействие) или пресса (статическое воздействие) с использованием при необходимости подкладного инструмента (топор, раскатка, обжимка). Изделие получаемое ковкой называется поковкой. Поковки могут иметь самую разнообразную форму и массу. Большие поковки получают непосредственно из слитков, поковки малых и средних размеров получают из прокатных заготовок. Ковку применяют в условиях единичного и мелкосерийного производства. Заготовку куют между верхним подвижным и нижним неподвижным бойками молота или пресса. При ковке выполняются протяжка, осадка, гибка, пробивание или прошивание отверстий, выглаживание, рубка. При протяжке длина заготовки увеличивается за счет уменьшения ее поперечного сечения. Чтобы ускорить протяжку используют закругленные бойки и раскатки, увеличивающие удлинение за одно обжатие. При осадке поперечное сечение заготовки увеличивается за счет уменьшения высоты. Осадка части заготовки называется высадкой. Для гибки нужен местный нагрев заготовки. Для получения одинакового сечения по длине заготовки в месте изгиба предварительно делают высадку. Для прошивания отверстий прошивень забивают с одной стороны до половины толщины заготовки, затем заготовку переворачивают и пробивают отверстие прошивенем насквозь. Отрубка под молотом производится топорами. Для выглаживания крупных поковок производят легкие удары бойка молота, а мелких гладилками. Из ковочных молотов наибольшее распространение получили пневматические и паровые молоты. Пневматические молоты используются для обработки некрупных поковок. Для обработки средних по массе поковок (до 3т) применяют паровоздушные молоты двойного действия. Для обработки крупных заготовок применяют гидравлические и парогидравлические прессы. Обычная технологическая схема ковки: - нагрев заготовки (слитка), беллетировка (превращение конического слитка в цилиндрическую заготовку), протяжка, подогрев и последующая ковка в размер, разрубка на мерные длины, охлаждение и термообработка, осмотр, обмер, зачистка дефектов, отрезка образцов на механические испытания, сдача. 16.2.5. Штамповка. Штамповка – способ изготовления изделий давлением с помощью специального инструмента (штампов), рабочая полость которых определяет конфигурацию конечной штамповки (изделия). Штампованные заготовки значительно приближены по форме и размерам к готовой детали. Процесс штамповки подразделяют на два вида: - объемная и листовая штамповка. При объемной штамповке используют сортовую или профильную заготовку, при листовой штамповке заготовкой является металл в виде листа. Методами объемной штамповки изготавливают заготовки сложной формы (шестерни, коленчатые валы кронштейны, рычаги и другие детали машиностроения). Листовой штамповкой изготавливают различные корпусные конструкции. Детали можно штамповать в горячем и состояниях на различных типах кузнечно-прессового оборудования. Холодная штамповка обеспечивает более высокое качество поверхности точность, но требует более мощного оборудования. Механические свойства штамповок превосходят аналогичные показатели кованых деталей, так как в штамповке легче создать условия, обеспечивающие равномерность структуры и направленность волокна. Штампы бывают одно- и многоручьевыми для изготовления штамповки в несколько переходов. Сущность процесса горячей объемной штамповки заключается в том, что нагретая до оптимальной температуры заготовка помещается в полость одной из половин штампа, где она при воздействии второй половины приобретает заданную форму. Штамповка в открытых штампах связана с образованием облоя (заусенцев). Рассчитывая размер заготовки, его нужно увеличить относительно размеров готовой штамповки на величину облоя. Облой облегчает заполнение штампа металлом и позволяет использовать при штамповке одинаковых деталей заготовки, несколько отличающихся по объему. Технологическая схема процесса состоит из следующих операций: разрезка прутков, нагрев заготовки, перенос в полость штампа, штамповка, обрезка заусенца (облоя), термическая обработка, осмотр, ремонт дефектов, приемка. Для горячей штамповки штампы изготавливают из инструментальных углеродистых и легированных сталей. Холодную объемную штамповку осуществляют в тех же штампах, которые применяют для горячей объемной штамповки. Особенное преимущество холодной штамповки состоит в возможности деформирования заготовок малой толщины (полоса) и поперечного сечения (пруток, проволока). Этот метод позволяет получить поковки с тонкими сечениями, что невозможно получить в нагретом состоянии ввиду их быстрого охлаждения. В холодном состоянии чаще штампуют цветные металлы, низкоуглеродистые, легированные и коррозионностойкие стали. Листовая штамповка в зависимости от толщины листа заготовки может подразделяться на тонколистовую (толщина листа до 4 мм) и толстолистовую. В листоштамповочном производстве широко применяются черные металлы (углеродистые стали обыкновенного качества, качественные и конструкционные, легированные, высоколегированные, жаропрочные и жаростойкие стали), цветные металлы и сплавы (медь, никель, алюминий, магний, титан и их сплавы). В листовой штамповке используются также биметаллический и многослойный лист. Операции листовой штамповки могут быть разбиты на следующие основные группы: разъединительные, формоизменяющие, комбинированные, штамповочные. К разделительным операциям относятся отрезка, вырубка, пробивка отверстий, надрезка, зачистка. К формоизменяющим операциям превращения плоской заготовки в пространственную деталь относятся гибка, вытяжка, правка, рельефная штамповка, отбортовка, формовка, раздача и обжим. К прессовочным операциям связанных с изменением толщины заготовки относятся чеканка, разметка, клеймение, холодное вдавливание. Комбинированная штамповка – это совмещение нескольких штамповочных операций (например, отрезка и гибка, вырубка и вытяжка). Штампосборочные операции предназначаются для соединения деталей в один узел (запрессовка, закатка, холодная или пластическая сварка и др.). |