20 Сущность обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением основана на использовании пластичности металла, т. е. его свойстве изменять первоначаль­ную форму под действием внешних сил или внутренних напряже­ний без разрушения и сохранять вновь полученную форму после прекращения действия нагрузки.

Обработка давлением обычно преследует две основные цели: получение изделий сложной формы из заготовок простой формы и улучшение кристаллической структуры исходного литого металла с повышением его механических свойств.

Получение изделий и полуфабрикатов при обработке давлением осуществляется путем пластического деформирования (перерас­пределения) металла исходной заготовки или разрезанием его без снятия стружки под давлением рабочего инструмента: бойков, штампов, ножей и др. Объем металла и плотность его при этом практически

не изменяются, поэтому объем исходной заготовки равняется объему полученного изделия плюс объем отходов металла в данном процессе обработки.

В качестве исходных заготовок при обработке давлением используют слитки из стали и цветных сплавов, а также сортовой и листовой прокат.

Обработка давлением является экономичным и прогрессивным технологическим процессом. Отходы металла при этом незначи­тельны и не превышают обычно (за исключением свободной ковки) 20—25% от массы получаемого изделия или полуфабриката, а и ряде процессов, например при холодной штамповке, составляют всего 5—10%. В то же время при формообразовании изделий обработкой резанием отходы металла в виде стружки составляют ¹ шише 50% от веса готовой детали; расходуются непроизводительно рабочая сила, энергия, материалы, инструмент. В стружку удаляются наиболее прочные периферийные слои металла прутковых заготовок, имеющие лучшую мелкокристаллическую структуру.

Наряду с экономным расходованием металла и повышением его механических свойств в готовых изделиях обработка давле­нием обеспечивает чрезвычайно высокую производительность труда, по сравнению с другими методами обработки, благодаря высоким скоростям обработки и одновременному деформированию всего объема заготовки или значительной его части. Например, при прокатке скорость выпуска готовой продукции достигает 20—30 м/сек; при горячей штамповке за 1 мин на одном штампо­вочном молоте или прессе изготовляются две-три поковки слож­ной формы при массе поковки до 20—50 кг; при холодной штам­повке производится 1300—1500 мелких деталей в минуту на одном прессе-автомате.

Примером рационального изготовления изделия методом обра­ботки давлением может служить изготовление болта М16 X 100 холодной высадкой на кривошипном прессе-автомате из заготовки диаметром 16 мм, длиной 139 мм, массой 0,22 кг. Масса готового болта равна 0,21 кг; отход металла составляет лишь 4,8%. При изготовлении болта на токарно-револьверном полуавтомате из шестигранной заготовки массой 0,57 кг отход металла в стружку составляет 171 % от массы готового болта, при этом за 1 ч на станке изготовляется 40 болтов, а при высадке на прессе — 720 болтов, причем штампованные болты имеют лучшую макроструктуру и повышенную прочность.

Процессы обработки металлов давлением развиваются и совер­шенствуются в направлении приближения формы и размеров заготовки к конфигурации и размерам готовой детали, что обеспе­чивает снижение трудоемкости последующей их обработки реза­нием, себестоимости продукции и повышение коэффициента использования металла.

Точность изделий, получаемых обработкой давлением, высока; например, прокаткой получают фольгу толщиной 2 — 3 мкм, с допуском в десятые доли мкм; волочением изготовляют про­волоку диаметром 10—20 мкм, а холодной объемной и листовой штамповкой получают готовые детали 3—За классов точности, поступающие непосредственно на сборку. При этом чистота по­верхности указанных изделий достигает 9—10-го классов.

В настоящее время в Советском Союзе обработке давлением подвергается около 90% всей выплавляемой стали и 55% цветных металлов и сплавов, или свыше 100 млн. т металла в год.

20.1 Основные способы обработки

металлов давлением и область их применения

Основными способами обработки металлов давлением являются: прокатка, прессование, волочение, свободная ковка, горячая объемная штамповка и листовая штамповка. В холодном состоя­нии выполняются: волочение, холодная листовая и объемная штамповка и частично прокатка.

Прокаткой называют процесс обжатия металла двумя вращающимися валками прокатного стана (рис. IV.1, а). Прокат­кой изготовляют листы, прутки различного профиля, рельсы и трубы.

Волочением называется процесс протягивания прутка через отверстие (глазок) в матрице, размеры поперечного сечения которого меньше размеров сечения исходного материала (рис. IV.1, б). Волочение производится на волочильных станах и используется для получения тонкой проволоки и калиброван­ных труб и прутков из стали и цветных сплавов.

Прессование представляет собой процесс выдавливания металла через отверстие в матрице на гидравлическом прессе (рис. IV.1, в). Прессованием получают прутки и трубы из цвет­ных металлов и сплавов.

Свободной ковкой называют процесс последователь­ной деформации металла под ударами бойка молота или под нажи­мами бойка пресса, имеющего возвратно-поступательное движе­ние (рис. IV.1, г). Ковкой получают заготовки ответственных деталей машин: валов, шатунов, шестерен и др., в условиях инди­видуального и мелкосерийного производства.

Горячая объемная штамповка (ковка в штам­пах) представляет собой процесс деформации металла в полости штампа (на молоте или прессе). Форма и размеры этой полости полностью определяют конфигурацию изготовляемой поковки (рис. IV. 1, д). Горячая штамповка широко применяется взамен ковки при крупносерийном и массовом производствах в авто-, авиа- и тракторостроении, в горном и сельхозмашиностроении, а также других отраслях промышленности.

Холодной (листовой) штамповкой называют

процесс изменения формы исходной листовой заготовки штампами различного назначения, устанавливаемыми на прессах (рис. IV.1, е). Холодная штамповка имеет большое применение в автопромышленности, приборостроении, электромашинострое­нии и в производстве изделий широкого потребления.

Особенно велик удельный вес обработки давлением в таких отраслях промышленности, как авто- и авиастроение, приборо­строение, производство электрических машин и радиоаппаратуры.

Количество деталей, выполняемых из кованых и штампован­ных заготовок, в современном автомобиле составляет 90%, в са­молете 85%, в радиоприемниках, телевизорах, электрических ма­шинах до 80%, а в бытовых изделиях ширпотреба доходит до 100%.

№21 Нормирование величин припусков и допусков заготовки при обработки давлением

Обработка Ме давлением, группа технологических процессов, в результате которых изменяется форма Ме заготовки без нарушения её сплошности за счёт относительного смещения отдельных её частей, т. е. путём пластической деформации. Основные виды О. м. д.: прокатка, прессование, волочение, ковка и штамповка (кузнечно-штамповочное производство). О. м. д. также применяется для улучшения качества поверхности. О. м. д. может применяться, но и как отделочная операция после обработки детали резанием (дорнование, обкатка роликами и шариками и т.п.) с целью уменьшения шероховатости поверхности, упрочнения поверхностных слоев детали и создания желательного распределения остаточных напряжений, при котором служебные свойства детали улучшаются. Различают горячую и холодную О. м. д. Горячая О. м. д. характеризуется явлениями возврата и рекристаллизации, отсутствием упрочнения (наклёпа); мех-го и физико - хим-го свойства Ме изменяются сравнительно мало. Пластическая деформация не создаёт полосчатости (неравномерности) микроструктуры, но приводит к образованию полосчатости макроструктуры у литых заготовок (слитков) или к изменению направления волокон макроструктуры (прядей неметаллических включений) при О. м. д. заготовок, полученных прокаткой, прессованием и волочением. При холодной О. м. д. процесс пластической деформации сопровождается упрочнением, которое изменяет механ. и физико-хим. характеристики Ме, создаёт полосчатость микроструктуры и также изменяет направление волокон макроструктуры. При холодной О. м. д. возникает текстура, создающая анизотропию не только мех-ких, но и физико-хим. свойств Ме. Используя влияние О. м. д. на свойства Ме, можно изготавливать детали с наилучшими свойствами при минимальной массе.

Припуск – слой металла в поковке, предназначенный для удаления механической обработкой с целью получения заданной формы и размеров готовой детали с требуемым качеством обработанной поверхности.

При механичексокй обработке с припуском должны быть убраны все дефекты поверхностного слоя поковки – вмятины, забоины, складки, заштампованная окалина, обезуглероженный слой.

Допуск – разность между допускаемым наибольшим и наименьшим значениями одного и того же размера поковки.

Допуск включает в себя все элементы отклонений от номинального размера, причинами которых могут быть незаполненные полости ручья, недоштамповка по высоте, износ окончательного ручья, колебание усадки при остывании поковки, кривизна осей, овальность сечений, эксцентричность прошиваемых отверстий и др.

Величины припусков и допусков должны быть оптимальными. Их назначают в зависимости от ковочного оборудования и точности поковок. При этом руководствуются ГОСТами на молотовые кованные поковки; на поковки,

21.1 получаемые ковкой на гидравлических прессах и на штампованные поковки.

На штампованные поковки припуски и допуски назначают в зависимости от:

требуемой точности поковки (нормальной или повышенной);

массы поковки;

группы стали (М1, М2, М3);

степени сложности (С1, С2, С3, С4);

величины и типа размера;

шероховатости поверхности.

Допуски устанавливаются на:

величину смещения поковок в плоскости разъема;

величиу заусенца;

несоосность прошиваемых отверстий.

Напуск – дополнительный объем металла в поковке, предназначенный для упрощения её формы, возможности осуществления процесса штамповки и его упрощения.

Виды напусков:

припуски на упрощение формы;

штамповочные уклоны (наружные и внутренние);

радиусы закруглений;

перемычки.

На прессах: 1) гладкие круглые поковки

2) гладкие поковки квадратного и прямоугольного сечения

3) поковки типа дисков и муфт сплошные и с отверстием

После назначения припусков и допусков на поковки по специальным формулам и таблицам определяется величина напусков, т.т\е. Дополнительная масса металла, остающаяся после рубки осадки, и не формируемая припусками и допусками.

Штамповки: исходный индекс равен G+C+M+T - для определения допускаемых отклонений.

G – индекс массы поковки; М – индекс группы материала; С – индекс степени сложности; Т – индекс класса точности.

Исходный индекс - условный показатель, учитывающий в обобщенном виде сумму конструктивных характеристик (класс точности, группу стали, степень сложности, конфигурацию поверхности разъема) и массу поковки.

Класс точности поковки устанавливается в зависимости от технологического процесса и оборудования для ее изготовления, а также исходя из предъявляемых требований к точности размеров поковки.

Исходный индекс для последующего назначения основных припусков, допусков и допускаемых отклонений определяется в зависимости от массы, марки стали, степени сложности и класса точности поковки.

ПОКОВКИ СТАЛЬНЫЕ ШТАМПОВАННЫЕ

допуски, припуски и кузнечные напуски ГОСТ 7505-89.

Для определения исходного индекса по табл. в графе «Масса поковки» находят соответствующую данной массе строку и, смещаясь по горизонтали вправо или по утолщенным наклонным линиям вправо вниз до пересечения с вертикальными линиями, соответствующими заданным значениям группы стали М, степени сложности С, класса точности Т, устанавливают исходный индекс

Штамповочные уклоны их величины зависят от поверхности и вида штампов.

Припуск для заготовок, получаемых горячей штамповкой и штамповкой из жидкого металла, следует устанавливать, сообразуясь с размерами заготовки в пределах от 0,8 до 1,2 мм для медных сплавов и от 0,5 до I мм для алюминиевых и цинковых сплавов. Установленные значения припусков во всех случаях прибавляются к номинальному значению размера по чертежу (или отнимаются от номинального значения для размеров внутренних поверхностей), после чего номинальный размер заготовки округляется с увеличением (или уменьшением для внутренних поверхностей) до ближайшего значения рекомендуемого размера из ряда предпочтительных чисел.