Лабораторная работа № 2

Тема: Основы технологии обработки металлов давлением (ОМД).

Задачи:

• получить представление об основных способах обработки металлов давлением.

• научиться проектировать штампованную поковку в соответствии с действующими нормативными документами.

Работа рассчитана на четыре академических часа.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В современной металлообрабатывающей промышленности обработка металлов давлением является одним из основных способов формообразования деталей машин различного назначения. Обработка металлов давлением основана на свойстве пластичности металлов, то есть на способности металлов изменять первоначальную форму и размеры без разрушения. На пластичность металлов оказывает влияние химический состав материала, температура и скорость деформации, форма очага деформации. Создавая соответствующие условия деформирования, можно получить требуемую технологическую пластичность. Обработка металлов давлением существенно отличается от других видов обработки, так как в процессе пластической деформации металл не только приобретает требуемую форму, но и меняет свою структуру и физико-механически6е свойства.

В настоящее время насчитывается около 400 способов ОМД. Несмотря на большое многообразие процессов обработки давлением, их можно объединить в две основные группы – процессы металлургического и машиностроительного производства.

К первой группе относятся: прокатка, прессование и волочение, т.е. процессы, в основе которых лежит принцип непрерывности технологического процесса. Продукцию металлургического производства (листы, полосы, ленты, периодический и профильный прокат, трубы, профили, проволоку и т.п.) использует как заготовку в кузнечно-прессовых и механических цехах и как готовую продукцию для создания различного рода конструкций.

Прокатка — один из наиболее прогрессивных и широко распространенных видов обработки металлов давлением. В машиностроении прокаткой получают как заготовки для свободной ковки, штамповки, волочения, так и готовые изделия - элементы строительных конструкций и деталей машин: балки, швеллеры, уголки, прутки и другие профили, трубы, колеса, шарики и т.п.

Необходимо ознакомиться с инструментом, оборудованием и схемами прокатки, знать классификацию прокатных станов, продукцию прокатного производства. Следует обратить внимание на производство листов, сортового проката, бесшовных и сварных труб.

Прессование - единственно возможный способ обработки малопластичных металлов. При этом достигается наиболее выгодное сочетание главных направлений кристаллической решетки металлических материалов и схемы главных деформаций. Знакомясь с технологией прессования, изучите два метода прессования (прямой и обратный) и запомните их достоинства и недостатки. Изучите инструмент и оборудование прессования.

Волочение - деформирование металлических материалов в холодном состоянии. В процессе холодной пластической деформации металл упрочняется (наклепывается). Продукция волочения обладает высокой точностью размеров и хорошим качеством поверхности. Необходимо хорошо разобраться в операциях технологического процесса волочения, особенно в операциях предварительной подготовки металла, изучить инструмент и оборудование волочения, достоинства и недостатки этого метода, знать продукцию волочения.

Во вторую группу входят такие процессы как ковка, объёмная штамповка, (горячая и холодная), листовая штамповка и специальные виды обработки давлением (раскатка кольцевых деталей, редуцирование, обкатка и т. д.). Эти процессы обеспечивают получение заготовок деталей и готовых деталей, не требующих последующей механической обработки. Кованые и штампованные заготовки отличаются высокими механическими свойствами, поэтому наиболее ответственные, тяжелонагруженные детали машин изготавливают из заготовок, полученных ковкой или штамповкой.

Свободная ковка - горячая обработка металлов давлением, при которой деформирование заготовки осуществляется универсальным инструментом. При ковке формоизменение происходит вследствие течения металла в стороны, перпендикулярные к движению деформирующего инструмента - бойка. Ковка является рациональным и экономически выгодным процессом получения качественных заготовок с высокими механическими свойствами в условиях мелкосерийного и единичного производства.

Следует ознакомиться с заготовками, применяемыми при ковке, с операциями свободной ковки и соответствующими инструментами. Рассмотрите оборудование, используемое в каждом случае, достоинства и недостатки свободной ковки.

Штамповка - разновидность ковки, позволяющая механизировать и автоматизировать этот процесс. Штамповка бывает горячей и холодной, объемной и листовой. Необходимо изучить основные методы и операции объемной и листовой штамповки, инструмент, оборудование, достоинства и недостатки. Обратите внимание на прогрессивные способы объемной штамповки: поперечно-клиновая вальцовка, ротационное обжатие, штамповка в разъемных матрицах и т.д.

Штампованной поковкой называют изделие или заготовку, полученные пластическим деформированием с помощью штампа при обработке металла давлением.

Техническими условиями (ТУ) называют документ, содержащий требования (совокупность всех показателей, норм, правил и положений) к изделию, его изготовлению, контролю, приёмке и поставке, которые нецелесообразно указывать в других конструкторских документах.

Таким документом для поковок из конструкционной углеродистой, низколегированной и легированной стали, изготовляемых ковкой и горячей штамповкой, является ГОСТ 8479-70. В соответствии с этим стандартом поковки по видам и объёму испытаний разделяют на пять групп, указанных в таблице 1. Номер группы поковки указывают в технических требованиях на чертеже детали.

Поковки по механическим свойствам подразделяют на категории прочности, обозначаемые буквами КП и двузначным числом, которое соответствует значению предела текучести после окончательной термической обработки. Например, обозначение КП 315 показывает предел текучести 315 Н/мм². В ГОСТ 8479-70 приведены категории прочности и соответствующие им нормы механических свойств (временное сопротивление, относительное удлинение и сужение, ударная вязкость), определяемые при испытании на продольных образцах, и нормы твёрдости.

Таблица 1 – Классификация поковок по видам и объёму испытаний

Группа поковок	Вид испытания	Условия комплектования партии	Сдаточная характеристика	Кол-во поковок от партии, подлежащих испытанию
I	Без испытаний	Поковки одной или разных марок стали	–	–
II	Определение твёрдости	Поковки одной марки стали, совместно прошедшие термическую обработку	Твёрдость	5 % от партии, но не менее 5 шт.
III	То же	Поковки одной марки стали, прошедшие термообработку по одинаковому жиму	То же	100 %
IV	Испытание на растяжение. Определение ударной вязкости. Определение твердости	Поковки одной плавки стали, совместно прошедшие термическую обработку	Предел текучести, относительное сужение, ударная вязкость.	До 100 шт. – 2шт, св. 100 шт. – 1 %, но не менее 2шт. (поковки с нижним и верхним пределами твёрдости)
			-	100 %
V	Испытание на растяжение. Определение ударной вязкости	Принимается индивидуально каждая поковка	Предел текучести, относительное сужение, ударная вязкость.	100 %

Условное обозначение поковки приводят в технических требованиях под графическим изображением её. Например:

- поковка группы I:

Гр. I ГОСТ 8479-70;

- поковка группы II или III с твёрдостью НВ 143-179:

Гр. II (III) НВ 143-179 ГОСТ 8479-70;

- поковка группы IV или V с категорией прочности КП 440:

Гр. IV (V) КП 440 ГОСТ 8479-70.

Основными этапами проектирования стальной штампованной заготовки являются:

1. анализ чертежа детали с точки зрения технологичности её конструкции;

2. выбор способов нагрева и штамповки, типа нагревательного и штамповочного оборудования, места и конфигурации поверхности разъёма штампа;

3. установление конструктивных характеристик поковки согласно ГОСТ 7505-89;

4. установление припусков на механическую обработку;

5. расчёт номинальных линейных размеров поковки и установление минимальной величины радиусов закругления наружных углов;

6. установление кузнечных напусков;

7. расчёт номинальной массы поковки;

8. проверка влияния номинальной массы поковки на ранее установленные степень её сложности и исходный индекс;

9. установление допускаемых отклонений линейных размеров, радиусов закругления, допусков формы и расположения поверхностей поковки;

10. расчёт массы и размеров исходной заготовки (прутка), коэффициента использования металла;

11. формулирование технических требований на изготовление и приёмку поковки;

12. разработка и оформление графического документа на поковку в соответствии с ГОСТ 3.1126-88.

Анализ чертежа детали с точки зрения технологичности её конструкции. Основными исходными данными для проектирования заготовки являются чертёж готовой детали с техническими условиями и объём выпуска продукции, определяющий тип производства.

Проектирование заготовки начинают с тщательного изучения чертежа детали, требований, предъявляемых к детали в целом и к отдельным её поверхностям. При оценке технологичности конструкции детали для её изготовления из штампованной поковки руководствуются такими показателями технологичности, как габариты и форма детали, штампуемоcть материала детали, форма и положение базовых поверхностей детали, соответствие размерных цепей типовой схеме, масса детали, наличие полостей и их протяжённость, показатели механических свойств.