Тема 1.2. Обработка металлов давлением.

Физическая сущность пластической деформации.

Обработка давлением основана на способности материалов к пластической деформации. Деформация – способность изменять форма под воздействием внешних сил.

Бывает упругая и пластическая (остаточная). Упругая исчезает при снятии нагрузки. Пластическая – остается.

Не все материалы обладают пластичностью – это зависит от их строения. Металлы, обладающие гранецентрированной решеткой более пластичны. Чистые металлы и твердые более пластичны, чем механ. смеси и химические соединения.

На пластичность оказывают влияние напряженное состояние металла, степень деф-и, скорость деф-и и температура.

ОМД бывает холодная и горячая:

- холодная – когда ОМД протекает при температуре ниже температуры рекристаллизации.

- горячая - температура выше температуры рекристаллизации.

Основные законы ОМД:

1. Закон постоянства объема: объем металла до обработки должен быть равен объему металла после обработки.

2. Закон наименьшего сопротивления: частицы металла всегда перемещаются в направлении наименьшего сопротивления.

Виды ОМД: прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка.

Нагрев металла перед ОМД.

С повышением температуры пластичность увеличивается, при этом уменьшается сопротивление деформированию. Температура горячей обработки у каждого металла имеет верхний и нижний пределы, образуя температурный интервал. Температуру выбирают по диаграмме состояния.

При недогреве возможен наклеп – резкое упрочнение.

При перегреве получается большой слой окалено обезуглероженный металл.

Камерные печи имеют одинаковые температуры по всему рабочему пространству.

1 – под

2- горелка

3- загрузочное окно

4 – заготовки

Методические печи имеют вытянутую форму и два окна загрузки и выгрузки.

Заголовки перемещаются по поду печи. Горелки создают высокотемпературный поток, движущийся навстречу заготовкам. Фигурный свод создает зоны с разной температурой. Поэтому заготовки прогреваются постоянно максимально во 2 зоне. В 3-й зоне температура меньше, поэтому заготовки выравнивают температуру по объему, отдавая ее с поверхности внутрь. При этом уменьшается окалинообраз-е.

Камерные и методические печи относят к пламенным. Температура в печи поддерживается топливом – газ, мазут.

Электронагревательные устройства бывают контактные и индукционные.

Заготовка зажимается в контактах.

Преимущества – равномерный нагрев по всему объему, малая степень окисления.

Недостатки – постоянное сечение заготовки.

Прокатное производство.

Прокатка – это вид ОМД, при котором нагретый металл отжимается между валками прокатного стана. При этом уменьшается его поперечное сечение и увеличивается длина.

Различают 3 вида прокатки:

1. Продольная – валки вращения навстречу друг друга, заготовка движется поступательно.

2. Поперечная – валки вращаются в одну сторону, заготовка вращается.

3. Косая – валки бочкообразной формы, расположенные под углом, вращаются в одну сторону – заготовка ввинчивается.

В результате прокатки получают различные профили. В зависимости от их формы и назначения их делят на 4 вида:

1. С ортовой прокат

2. Листовой прокат

3. Трубы (сварные и бесшовные)

4. Специальные виды проката (шарики для подшипников, бандажи, конические зубчатые колеса)

Прокатные валки имеют рабочую поверхность (бочку), шейки (для подшипников), трефы (для соединения со шпинделем).

Гладкий валок

Калиброванный валок

В зависимости от числа валков и их расположения в клети прокатные станы разделяют на:

Дуо-станы

Трио-станы

Кварта-станы

4. Многовалковые

По числу рабочих клетей:

- одноклетевые

- многоклетевые:

линейные непрерывные

В непрерывных можно изменять скорость прокатки в каждой клети.

По назначению прокатные станы делят на:

1. Обжимные – блюминги и слябинги – получают заготовки ( блюмы и слябы) массой от 2 до 35 т – это одноклетевые реверсивные дуо-станы.

2. Заготовочные – блюмы прокатывают в заготовки меньших размеров.

3. Сортовые

4. Полосовые

5. Листовые

6. Трубопрокатные

7. Станы специального назначения

Готовый прокат тонколистовой стали поставляется в виде листов или рулонов.

Производство основных видов проката.

1. Прокатка бесшовных труб состоит из следующих операций:

1. Получение цилиндрической заготовки

2. Нагрев заготовки в методической печи

3. Прошивка заготовки в гильзу

4. Прокатка гильзы в трубу

5. Обкатка трубы

6. Калибровка трубы

7. Охлаждение

8. Правка

9. Обрезка и отделка концов

10. Приемка

Прокатка гильзы в трубу осуществляется на автоматических или пилигримовых станах.

В гильзу устанавливают оправку диаметром равной диаметру внутренней бегущей трубы. Рабочие поверхности валков имеют форму кулачков. При максимальном зазоре заготовка подается между валками. При их вращении навстречу друг другу гильза постепенно обжимается. Минимальный зазор равен наружному диаметру будущей трубы. При увеличении зазора заготовка подается назад, поворачивается на 90° и опять подается в калибр.

2. Прокатка сварных труб.

Исходный материал специальный лист или полоса в рулонах.

1. Формообразование трубной заготовки: полосу постепенно превращают в трубу на непрерывных дуо-станах.

2. Сварка труб в стык – автоматической под флюсом.

3. Специальные виды проката – производятся поперечно-винтовой прокаткой.

Можно получать шарики, периодический профиль и т.д.

Волочение.

Волочение – вид ОМД, при котором заготовку протягивают через отверстие волоки. В результате изделие получает форму отверстия, точные размеры и чистую гладкую поверхность.

профиль

труба

Примеры профилей

Волочением можно получить профили различных сечений. Это единственный способ получения проволоки диаметром менее 5 мм ( до 0,006мм ). Инструментом является волока.

1 – волока

2 – обойма

I - Входная зона

II - Деформирующая зона

III - Колибрующая

IV - Выходная

Оборудованием является волочильные станы

1. Цепные

Изготавливают прутки и трубы определенной длины.

2. Барабанные

Изготавливают проволоку.

Перед волочением конец заготовки следует заострить, чтобы свободно пропустить через калибрующую часть волоки.

Прессование.

Прессование – вид ОМД, при котором нагретый металл выдавливается из закрытого контейнера через отверстие в матрице.

Прессованием получают профили сложного сечения из цветных металлов.

1 – контейнер

2 – матрица

3 – пресс – шайба

4 – пуансон

5 – изделие

Прессование бывает прямым и обратным. При обратном способе, прессование пресс-шайба является и матрицей. При этом способе меньше отходы металла, но им можно изготовлять изделие ограниченной длины.

При прямом способе прессования при установке иглы в перс-шайбе получают тонкостенные трубы.

Изделия могут иметь самую разнообразную форму профиля, которую невозможно получить другими способами ОМД.

Технологический процесс прессования состоит:

1. Нагрев металла

2. Смазка пресс-шайбы и матрицы

3. Прессование

4. Отделка изделия (охлаждения, резка, правка)

Ковка.

Свободной ковкой называют вид ОМД, при котором деформация металла ограничивается только инструментом и наковальней.

При ковке предварительно нагретая заготовка укладывается на нижний боек молота, а верхним бойком производят удары.

Заготовки, полученные ковкой, называются ковками. Масса от 0,5 кг до 250 т. Поковки имеют большие припуски на механическую обработку.

Ковка бывает ручной и машинной. Машинную производят на молотах и прессах.

Основными операциями являются:

1. Осадка – уменьшение высоты с увеличением поперечного сечения.

2. Высадка – уменьшается только часть высоты

подкладное кольцо

3. Протяжка (вытяжка) – увеличение длины с уменьшением поперечного сечения.

4. Прошивка – получение отверстия в заготовке.

П рошивень внедряют в заготовку на 2/3 высоты, затем заготовку переворачивают на 180° и устанавливают на нее прошивень большим диаметром. После 2-3 ударов отверстие прошивается насквозь.

5. Рубки – разделение на части (топор).

6. Гибка – получение изогнутой формы.

7. Закручивание.

Оборудование свободной ковки.

Оборудованием для машинной ковки является пневматические и гидравлические прессы и молота. Молоты работают в динамическом – ударном режиме, а прессы – статическом.

Инструментами являются бойки, прошивни, топоры, обжимки, раскатки, клещи т т.д.

пневматический ковочный молот

молот имеет 2 цилиндра – рабочий и компрессорный. В компрессорном цилиндре при помощи поршня нагнетается воздух. Поршень приводится в движение от э/ов через кривошипно-шатунный м-м. через переходные каналы из компрессорного цилиндра воздух поступает в рабочий и давит на рабочий поршень, заставляя его падать еще и под давлением силы тяжести. К рабочему поршню крепится баба, к которой внизу крепится верхний боек при помощи ласточина хвоста. Заготовка располагается на нижнем бойке, установленном в основании молота. При нижнем положении рабочего поршня открывается выпускной канал, воздух возвращается в компрессорный цилиндр под поршень. Число ударов зависит от числа оборотов кривошипа: при его вращении компр. поршень возвращается в нижнее положение, в цилиндр поступает воздух из окружающей атмосферы и цикл повторяется снова при вращении кривошипа.

Горячая объемная штамповка.

ГОШ – вид ОМД, при котором деформирование металла происходит в (закрытых) штампах.

Штамп – инструмент, содержит один или несколько плоскостей разъема.

Полости, где деформируется металл, называются ручьями. Штампы бывают открытые и закрытые.

В открытом штампе имеется облойная канавка, куда выдавливаются излишки металла. Впоследствии облой обрубается и поступает в линейный цех.

В закрытых штампах облойной канавки нет, поэтому нет отходов. При этом, необходимо точно рассчитать объем будущей поковки.

Преимуществами ГОШ являются:

1. Однородность и точность поковки

2. Высокая производительность

3. Возможность получения поковок сложной формы

Недостатком является высокая стоимость штампа. Штампы бывают одно и многоручьевые. В одноручьевых изготавливают поковки простой формы. В многоручьевых изготавливают поковки сложной формы, требующих постепенного обжатия металла.

Оборудованием является молоты и прессы: кривошипные горячее-штамповочные прессы (КГШП), горизонтально-ковочные машины (ГКМ), фрикционные прессы, гидравлические прессы.

Холодная штамповка.

Холодное выдавливание – вид ОМД – один из способов точной штамповки.

Наиболее распространена холодная листовая штамповка. ХЛШ изготавливает кузова автомобилей, самолетов радио…

Детали, полученные ХЛШ не имеют припусков на мех. обработку. Заготовки – листы, ленты, полосы.

Все операции ХЛШ делят на разделительные и формоизменяющие.

К разделительным относят:

1. Отрезка – операция, при которой одна часть заготовки отделяется от другой по незамкнутому контуру. Инструменты – ножи.

2. Пробивка и вырубка – операции, при которых одна часть заготовки отделяется от другой по замкнутому контуру. Инструменты – пуансоны и матрицы.

пробивка деталь отходы

в отходы деталь ырубка

К формоизменяющим относят:

1. Гибка – операция, при которой плоскую заготовку превращают в изогнутую деталь. Инструменты – пуансон и матрица.

2. Вытяжка – операция по превращению плоской заготовки в полную деталь любой формы (стакан, колпачок, коробка и т.д.)

3. Отбортовка – получение горловины на плоской и пространственной заготовке. В заготовке должно быть предварительно пробито отверстие.

4. Обжим – уменьшение поперечных размеров краевой части полой цилиндрической заготовки.

пуансон

матрица

5. Формовка – получают незначительные деформации в виде углублений, ребер и т.д.

Инструментом являются штампы, в которых установлены пуансоны, матрицы и т.д.

Оборудование: ножницы, прессы.