«Технологии заготовительного производства в машиностроении. Обработка металлов давлением.». «Технологии заготовительного производства в машиностроении. Технологии заготовительного производства в машиностроении
 Скачать 347.5 Kb.
|
|
Санкт-Петербургский государственный университет экономики и финансов. Кафедра систем технологий и товароведения. Общеэкономический факультет. Курсовая работа по системам технологий на тему: Технологии заготовительного производства в машиностроении. Обработка металлов давлением. Выполнила студентка I курса группы №129 Иванова Юлия Санкт-Петербург 2004 год Содержание: Введение.....................................................................................................3 Технологические процессы пластической деформации конструкционных материалов..................................................................6
Критерии выбора технологических методов обработки материалов давлением..........................................................10 Прокатное производство.........................................................................11
Ковка.........................................................................................................17
Штамповка...............................................................................................19
Прессование.............................................................................................23 Волочение................................................................................................23 ВведениеИспользование металлов человеком началось в глубокой древности (более пяти тысячелетий до н. э.). Вначале находили применение цветные металлы (медь, сплавы меди, золото, серебро, олово, свинец и др.), позднее начали применять черные — железо и сплавы на его основе. Длительное время производство металлов носило примитивный характер и по объему было весьма незначительным. Однако в конце XIX в. мировая выплавка стали резко возросла с 0,5 млн. тонн в 1870 году до 28 млн. тонн в 1900 году. Еще в большем объеме растет металлургическая промышленность в XX столетии. Наряду с увеличением выплавки стали появилась необходимость организовать в больших масштабах получение меди, цинка, вольфрама, молибдена, алюминия, магния, титана, бериллия, лития и других металлов. Развитие народного хозяйства страны в значительной мере определяется ростом объема производства металлов, расширением сортамента изделий из металлов и сплавов и повышением их качественных показателей, что в значительной мере зависит от условий пластической обработки. Знание закономерностей обработки металлов давлением помогает выбирать наиболее оптимальные режимы технологических процессов, требуемое основное и вспомогательное оборудование и технически грамотно его эксплуатировать. Металлургическое производство подразделяется на две основные стадии. В первой получают металл заданного химического состава из исходных материалов. Во второй стадии металлу в пластическом состоянии придают ту или иную необходимую форму при практически неизменном химическом составе обрабатываемого материала. Способность металлов принимать значительную пластическую деформацию в горячем и холодном состоянии широко используется в технике. При этом изменение формы тела осуществляется преимущественно с помощью давящего на металл инструмента. Поэтому полученное изделие таким способом называют обработкой металлов давлением, основанной на пластической деформации. Таким образом, обеспечивается не только придание слитку или заготовке необходимой формы и размеров, но совместно с другими видами обработки существенно улучшаются механические и другие свойства металлов. Обработка металлов давлением (ОМД) представляет собой важный технологический процесс металлургического производства.1 Методами пластической деформации получают заготовки (детали) из стали, цветных металлов и их сплавов, также из пластмасс, резины, древесных пластиков, многих керамических материалов, стекла, химических волокон и др. Обработкой металлов давлением, основанной на пластической деформации, изготовляют заготовки и изделия массой от нескольких граммов до сотен тонн.2 Обработке давлением подвергается до 90% всей выплавляемой стали и до 55% всех выплавляемых цветных металлов. Обработкой давлением изготовляют всевозможные прокатные профили – листы, рельсы, прутки, трубы, балки и т.п.; крупные поковки – валы, роторы, стволы орудий, форштевни и ахтерштевни корпусов кораблей, рулевые баллеры и т.п.; штамповочные поковки – коленчатые валы, шатуны, рычаги, шестерни; листовые штамповочные детали – плоские, гнутые, и полые детали машин, приборов, кузовов автомобилей, детали часов, стрелкового оружия и т.п.3 При конструировании изделий в первую очередь руководствуются механическими свойствами материалов. Механические свойства материалов характеризуют их сопротивляться деформированию и разрушению под воздействием различного рода нагрузок.4 Для получения изделий материалы обрабатывают давлением различными способами. Основными способами являются:
Среди различных методов пластической обработки прокатка занимает особое положение, поскольку данным способом производят изделия, пригодные для непосредственного (в состоянии поставки) использования в строительстве и машиностроении (шпунт, рельсы, профили сельскохозяйственного машиностроения и пр.). Прокаткой получают также разнообразные виды заготовок, которые являются исходным материалом для других способов обработки. Так, горячекатаная и холоднокатаная листовая сталь, полосы и ленты в больших количествах идут для листовой штамповки. При ковке в штампах в качестве исходного продукта используют преимущественно катаную заготовку. Исходным материалом при волочении является катанка, получаемая на проволочных станах. Огромное значение прокатного производства в народном хозяйстве подтверждается ежегодным увеличением выпуска проката. Через валки прокатных станов проходит 75-80% всего выплавляемого металла. Развитие прокатного производства основывается на применении принципа непрерывности самого процесса и всех технологических операций (прокатка, термическая обработка, отделка и пр.). В данном случае большую роль играет внедрение достижений вычислительной техники и автоматизации на этой основе технологических процессов. Наряду с непрерывным ростом прокатного производства расширяется сортамент, увеличивается выпуск эффективных металлоизделий, таких, как холоднокатаный лист, гнутые профили, прокат с упрочняющей термической обработкой, высокопрочные трубы, в том числе с защитными покрытиями, расширяется выпуск медной катанки, алюминиевой ленты, фольги и др. Широкое развитие получает комплекс мероприятии по улучшению потребительских свойств проката: прочности, пластичности, жаростойкости и хладостойкости, надежности и долговечности и других путем легирования, термической обработки, лужения, цинкования, нанесения неорганических и органических покрытий и пр. Увеличение производства изделий, получаемых волочением, достигается усовершенствованием отдельных операций изготовления и всего технологического процесса, применением скоростного автоматизированного оборудования, выбором соответствующего волочильного инструмента и методов подвода и качества смазки. Огромное развитие получают процессы прессования, позволяющие изготовлять профили практически с неограниченными возможностями по форме их сечения, особенно при обработке труднодеформируемых металлов и сплавов. Область применения ковки и штамповки в современном массовом и крупносерийном производстве непрерывно расширяется и имеет тенденцию к внедрению специальных инструментов и штампов, механизации кузнечных и транспортных операций, специализации кузнечных цехов на выпуск однотипных изделий, что дает возможность осуществлять автоматизацию процессов, создавать поточные и автоматические линии производства поковок в сочетании с автоматизацией внутрицехового транспорта. В кузнечном и штамповочном производстве продолжают совершенствоваться способы нагрева металла путем применения электронагрева — индукционного и контактного. Значительно возрастает производство изделий листовой штамповкой, особенно в сочетании со сваркой, клепкой, закаткой, что при сокращении трудоемкости сборочных работ снижает массу машин без уменьшения их прочности. Получают дальнейшее развитие холодная высадка, холодная объемная штамповка, калибровка, выдавливание и др.5 Наряду с основными методами применяются новейшие методы: обработка металлов давлением с наложением ультразвука, листовая штамповка с использованием взрыва и др. Отечественной науке принадлежит приоритет создания электрогидравлической штамповки.6 Внедрение и широкое использование таких методов как получение точных профилей фасонной конфигурации методом прокатки, прессования, гибки; штамповка в разъёмных матрицах; горячее и холодное выдавливание; волочение; высокоскоростная штамповка; беспрессовые методы штамповки (взрывная, магнитоимпульсивная, электрогидравличес- кая); обработка давлением с использованием эффекта сверхпластичности и других позволяет повысить точность заготовок и резко снизить трудоёмкость механической обработки при значительном снижении расхода металла. Так, применение точных фасонных профилей в зависимости от номенклатуры деталей обеспечивает снижение расхода металла в среднем на 50-70%.7 Заготовки изделия из пластмасс, резины и иных неметаллических материалов получают прокаткой, прессованием, экструзией, штамповкой и другими методами. Пластическое формирование используют и для некоторых керамических и древесностружечных материалов, стекла, кирпича. Например, древесностружечные плиты изготовляют горячим прессованием, стекло прокатывают.8 Динамичный и пропорциональный рост черной и цветной металлургии, производство изделий из металлов и сплавов пластической обработкой основываются на дальнейшем развитии теории обработки металлов давлением, являющейся научной базой разработки технологических операций получения изделий из металлов и сплавов. Теория пластической обработки металлов позволяет оценить экономическую целесообразность принятого способа деформации, выявить влияние условий обработки на свойства получаемых изделий, определить силовые и энергетические параметры процесса и указать пути их рационального изменения, дает возможность управлять процессом обработки с точки зрения улучшения способности металлов пластически деформироваться. Знание закономерностей обработки металлов давлением помогает выбирать наиболее оптимальные режимы технологических процессов, требуемое основное и вспомогательное оборудование и технически грамотно его эксплуатировать.9 Технологические процессы пластической деформации конструкционных материалов. Пластическая деформация – сложный процесс, в результате которого наряду с изменением формы и строения исходного материала, изменяются его физико-механические свойства.10 (К физическим свойствам относятся плотность, теплоёмкость, температура плавления, термическое расширение, магнитные характеристики, тепло- и электропроводность. Они определяют поведение материалов в тепловых, гравитационных, электромагнитных и радиационных полях. Механические свойства материалов характеризуют их способность сопротивляться деформированию и разрушению под воздействием различного рода нагрузок). 1. Упругая и пластическая деформация. Деформацией называется придание материалу требуемой формы и размеров под действием напряжений без нарушения его сплошности. В зависимости от полноты восстановления исходной формы и исходных размеров тела после прекращения действия внешних сил различают:
Деформация, при сравнительно небольших напряжениях и исчезающая после снятия нагрузки, называется упругой, а сохраняющаяся – остаточной или пластической. При увеличении напряжений деформация может заканчиваться разрушением. Упругая и пластическая деформации в своей физической основе отличаются друг от друга. При упругой деформации происходит обратимое смещение атомов из положений равновесия в кристаллической решётке. Упругая деформация не вызывает заметных остаточных изменений в структуре и свойствах металла. После снятия нагрузки сместившиеся атомы под действием сил притяжения (при растяжении) или отталкивания (при сжатии) возвращаются в исходное равновесное положение, и кристаллы приобретают первоначальную форму и размеры. Упругие свойства материалов определяются силами межатомного взаимодействия. В основе пластической деформации лежит необратимое перемещение одних частей кристалла относительно других. После снятия нагрузки исчезает лишь упругая составляющая деформации. В процессе пластической деформации происходит изменение исходной структуры, при этом механические свойства материала резко повышаются. 2. Механизмы пластической деформации Для металлов характерно большое сопротивление растяжению или сжатию, чем сдвигу. Поэтому процесс пластической деформации обычно представляет собой процесс скольжения одной части кристалла относительно другой по кристаллографической плоскости или плоскостям скольжения с более плотной упаковкой атомов. В результате скольжения кристаллическое строение перемещающихся частей не меняется. Другим механизмом пластической деформации является двойникование. Как и скольжение, двойникование осуществляется за счёт сдвига, однако в этом случае происходит сдвиг части кристалла в положение, соответствующее зеркальному отображению несдвинутой части. При деформации двойникованием напряжение сдвига выше, чем при скольжении. Двойники обычно возникают тогда, когда скольжение по тем или иным причинам затруднено.11 3. Пластичность. На формообразование заготовок из конструкционных материалов влияет пластичность материалов, т.е. способность твёрдых тел изменять форму под воздействием внешних сил не разрушаясь и сохранять полученную форму после прекращения действия силы. 12 Благодаря пластичности осуществляется обработка металлов давлением. Пластичность позволяет распределять локальные напряжения равномерно по всему объёму металла, что уменьшает опасность разрушения.13 Обработка давлением применима лишь к металлам, достаточно пластичным, и неприменима к хрупким. Из технических металлов пластичнее других свинец. Он легко деформируется под давлением при комнатной температуре. Олово, алюминий, медь, цинк, железо и низкоуглеродистая сталь также могут быть обработаны давлением без нагрева (как известно, нагрев используется для повышения пластичности, уменьшения сопротивления металла деформации и, следовательно, способность его к деформации возрастает). Пластичность средне- и высокоуглеродистой стали и других металлов и сплавов в холодном состоянии недостаточна. Некоторые металлы и сплавы (например, марганец, чугун и др.) непластичны даже при нагревании: они остаются хрупкими вплоть до расплавления. Такие металлы не могут обрабатываться давлением.14 |