Виды обработки металлов давлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Виды обработки металлов давлением»

Содержание

Введение

1. Волочение металла

2. Прессование металла

3. Прокатка металла

4. Ковка металла

5. Штамповка металла

Литература

Введение

Металлы наряду со способностью деформироваться обладают также высокими прочностью и вязкостью, хорошими тепло- и электропроводностью. При сплавлении металлов в зависимости от свойств составляющих компонентов создаются материалы с высокой жаростойкостью и кислотоупорностью, магнитными и другими полезными свойствами.

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. т в 1870 г. до 28 млн. т в 1900 г. 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.

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 или пластической обработкой.

Обработка металлов давлением представляет собой важный технологический процесс металлургического производства. При этом обеспечивается не только придание слитку или заготовке необходимой формы и размеров, но совместно с другими видами обработки существенно улучшаются механические и другие свойства металлов.

Волочение, прессование, прокатка, ковка, штампока представляют собой различные виды обработки металлов давлением в пластическом состоянии.

80% всего выплавляемого металла. 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

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 трудно деформируемых 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.

1. Волочение металла

волочение ковка прокатка металл

Волочение металла -- это протягивание изделия круглого или фасонного профиля через отверстие волочильного очка (волоку), площадь выходного сечения которого меньше площади сечения исходного изделия. Волочение выполняется тяговым усилием, приложенным к переднему концу обрабатываемой заготовки. Данным способом получают проволоку всех видов, прутки с высокой точностью поперечных размеров и трубы разнообразных сечений.

Обработка металла волочением находит широкое применение в металлургической, кабельной и машиностроительной промышленности. Волочением получают проволоку с минимальным диаметром 0,002 мм, прутки диаметром до 100 мм, причем не только круглого сечения, трубы главным образом небольшого диаметра и с тонкой стенкой. Волочением обрабатывают стали разнообразного химического состава, прецизионные сплавы, а также практически все цветные металлы (золото, серебро, медь, алюминий, и др.) и их сплавы. Изделия, полученные волочением, обладают высоким качеством поверхности и высокой точностью размеров поперечного сечения. Если изделию требуется придать в основном эти характеристики, то такой вид обработки называют калибровкой.

Волочение чаще всего выполняют при комнатной температуре, когда пластическую деформацию большинства металлов сопровождает наклеп. Это свойство в совокупности с термической обработкой, используют для повышения некоторых механических характеристик металла. Так, например, арматурная проволока диаметром 3...12 мм из углеродистой конструкционной, стали (0,70...0,90%С) при производстве ее волочением обеспечивает предел прочности 1400... 1900 МПа и предел текучести 1200... 1500 МПа.

Волочение выгодно отличается от механической обработки металла резанием (строганием), фрезерованием, обточкой и пр., так как при этом отсутствуют отходы металла в виде стружки, а сам процесс заметно производительнее и менее трудоемок.

Волочением можно изготовлять полые и сплошные изделия часто сложного поперечного сечения, производство которых другими способами не всегда представляется возможным (например, тонкие изделия, прутки значительной длины).

При волочении ряда профилей (квадратный, треугольный, шестиугольный и др.) используют составные волоки, которые отличаются высокой универсальностью, так как в одной и той же волоке, меняя профиль отверстия соответствующей перестановкой отдельных пластин, можно получать различные размеры профиля. Кроме составных волок при производстве прутков и главным образом труб применяют шариковые и роликовые волоки. При получении профилей сложной формы применяют дисковые волоки, в которых рабочие поверхности волочильного канала образуются поверхностями свободно вращающихся дисков (неприводных валков-роликов).

В качестве исходного материала для волочения применяют катаную и прессованную заготовки. При производстве алюминиевой, медной и другой проволоки в качестве исходной заготовки используют катанку, получаемую непосредственно из плавильной печи через кристаллизатор и непрерывный прокатный стан. Независимо от способа получения исходная заготовка перед волочением проходит тщательную предварительную подготовку, которая заключается в проведении того или иного вида термической обработки, удалении окалины и подготовке поверхности для закрепления и удержания на ней смазки в процессе волочения. Эти предварительные операции обеспечивают нормальное выполнение пластической деформации в волочильном отверстии, способствуют получению высокого качества поверхности изделия, уменьшают усилие и энергию на волочение и снижают износ волочильного инструмента.

Термическая обработка металла перед волочением снимает наклеп, придает металлу необходимые пластические свойства, обеспечивает получение наиболее оптимальной структуры. Поэтому термическую обработку выбирают такой, чтобы в сочетании с пластической деформацией она обеспечивала максимальные механические и другие характеристики обрабатываемого изделия. В зависимости от химического состава металла и назначения продукта волочения применяют отжиг, нормализацию, закалку, патентирование. Патентирование применяют для углеродистых сталей. Процесс патентирования состоит в нагреве металла выше критической точки и охлаждении его в среде с температурой 450…500°С. В качестве такой закалочной среды используют расплавленный свинец или соли.

В процессе получения готового изделия волочением термическую обработку для снятия наклепа и улучшения структуры металла можно выполнять несколько раз в зависимости от размеров исходного и конечного продуктов обработки и окончательных его качественных показателей. Готовый продукт тоже можно подвергать окончательной термической обработке в целях придания металлу требуемых механических свойств и структуры.

При производстве проволоки и прутков волочением большое внимание уделяют подготовке поверхности продукта обработки перед волочением. Удаление окалины в калибровочных и волочильных цехах производят механическим, химическим и электрохимическим способами, а также комбинациями этих способов. При механической очистке поверхности от окалины проволоку или пруток подвергают периодическим перегибам в разных плоскостях между роликами, после чего металл поступает на завершающую очистку стальными щетками. Такой способ экономически целесообразен, пригоден для очистки поверхности, главным образом, из углеродистой стали, окалина которой при перегибах сравнительно легко разрушается и опадает. Из механических способов, обеспечивающих достаточно успешную очистку поверхности металла, находит применение дробеструйная обработка. Под действием ударов дроби из отбеленного чугуна, стального литья или высокопрочной мелко нарезанной стальной проволоки окалина на поверхности обрабатываемого изделия разрыхляется и удаляется. Этот способ очистки поверхности металла от окалины во многих случаях не требует дополнительного травления и наиболее часто применяется в калибровочных цехах.

Химические способы удаления окалины получили широкое распространение благодаря своей надежности, хотя они менее экономичны по сравнению с механическими способами. Травление углеродистых и ряда легированных сталей производят в серной или соляной кислотах. Высоколегированные стали (кислотоупорные, нержавеющие и др.) травят в смесях кислот (серная и соляная, серная и азотная и др.). Медь и ее сплавы травят в 5...10%-ной серной кислоте при температуре 30...60°С. Травление металла в кислотах для очистки от окалины обычно производят с добавлением в ванну присадок (ингибиторов травления), которые значительно уменьшают скорость растворения основного металла, но не влияют на скорость растворения окалины, что предотвращает перетравливание. Кроме того, присадки снижают диффузию водорода (Н2) в металл, уменьшают загазованность травильных отделений, улучшают условия труда.

Непосредственно после травления металл тщательно промывают для удаления остатков раствора кислоты, солей железа, шлама, травильной присадки, грязи. Промывку производят немедленно после травления, так как задержка ведет к высыханию травильной жидкости и выделению труднорастворимых солей железа. Обычно промывку ведут сначала в горячей воде, что обеспечивает интенсивное растворение солей, а затем для лучшего удаления шлама -- в струе холодной воды из шланга под давлением около 0,7 МПа.

После удаления окалины наносят подсмазочный слой, который должен хорошо удерживать смазку при волочении и способствовать предохранению налипания металла на рабочую поверхность волоки.

После травления, промывки, нанесения подсмазочного слоя металл сушат в специальных камерах при циркуляции воздуха температурой 300...350°С. Сушка удаляет влагу, а также устраняет возможную травильную (водородную) хрупкость, которая может возникнуть оттого, что часть водорода, образующегося при травлении, диффундирует в металл и вызывает ухудшение его пластических свойств.

Все операции по подготовке поверхности металла к волочению выполняют в специальном изолированном помещении. Для травления и обработки поверхности проволоки и прутков существуют травильные машины периодического и непрерывного действия. Обработка в машинах непрерывного действия обеспечивает быстрое и равномерное травление изделий любых сечений. Этот способ является наиболее прогрессивным, так как в непрерывном процессе можно сочетать термическую обработку, удаление окалины и нанесение подсмазочного слоя. Такая поточная обработка обеспечивает полную автоматизацию процесса, повышает качество металла, снижает трудоемкость операций.

После процесса волочения прутки помимо термической обработки во многих случаях правят, шлифуют, полируют и в зависимости от назначения наносят на них защитные покрытия, например, цинкованием, лужением, хромированием, кадмированием, алитированием, лакировкой и др. Правку обычно выполняют на роликоправильных машинах, которые устанавливают или в потоке производства, или отдельно. Шлифовка поверхности калиброванных прутков на глубину до 0,15...0,30 мм используется для удаления поверхностных дефектов, снятия обезуглероженного слоя, придания точных размеров поперечному сечению прутка и др.

Для регламентации технологических операций составляются технологические карты, в которых расписан весь технологический процесс по подготовке металла к волочению, маршрут волочения, способы начальной, промежуточной и окончательной термических обработок, операций отделки и пр. Так как маршрут волочения представляет собой последовательность изменения размеров поперечного сечения исходного материала на волочильном стане, а на одной установке обычно получают изделия с различными размерами поперечного сечения, то для каждого из них должен быть свой маршрут волочения.

Определяя маршрут обработки металла на станах многократного волочения, необходимо учитывать кинематику стана, т. е. вытяжки должны согласовываться с частотой вращения и размерами диаметра каждого барабана. Маршрут, принятый без учета кинематики стана, особенно для станов, работающих со скольжением не только затрудняет процесс волочения, но и делает его невыполнимым. Лишь на станах с автоматической регулировкой скоростей можно допускать некоторое несоответствие принятых вытяжек и заданных скоростей.

2. Прессование металла

Прессование металла -- это вытеснение с помощью пуансона металла исходной заготовки (чаще всего цилиндрической формы), помещенной в контейнер, через отверстие матрицы.

Этот способ пластической обработки находит широкое применение при деформировании, как в горячем, так и в холодном состоянии металлов, имеющих не только высокую податливость, но и обладающих значительной природной жесткостью, а также в одинаковой мере применим для обработки металлических порошков и неметаллических материалов (пластмасс и др.).

Прессованием изготовляют прутки диаметром З...250 мм, трубы диаметром 20...400 мм при толщине стенки 1,5...12 мм, полые профили с несколькими каналами сложного сечения, с наружными и внутренними ребрами, разнообразные профили с постоянным и изменяющимся (плавно или ступенчато) сечением по длине. Профили для изготовления деталей машин, несущих конструкций и других изделий, получаемые прессованием, часто оказываются более экономичными, чем изготовляемые прокаткой, штамповкой или отливкой с последующей механической обработкой. Кроме того, прессованием получают изделия весьма сложной конфигурации, что исключается при других способах пластической обработки.

К основным преимуществам прессования металла относятся: возможность успешной пластической обработки с высокими вытяжками, в том числе малопластичных металлов и сплавов; возможность получения практически любого поперечного сечения изделия, что при обработке металла другими способами не всегда удается; получение широкого сортамента изделий на одном и том же прессовом оборудовании с заменой только матрицы; производство изделий с высокими качеством поверхности и точностью размеров поперечного сечения, что во многих случаях превышает принятую точность при пластической обработке металла другими способами (например, при прокатке). К недостаткам получения изделий прессованием следует отнести: повышенный расход металла на единицу, изделия из-за существенных потерь в виде пресс-остатка; появление в некоторых случаях заметной неравномерности механических и других свойств по длине и поперечному сечению изделия; сравнительно высокую стоимость прессового инструмента.

Основным признаком разновидностей процесса прессования является наличие или отсутствие поступательного перемещения металла относительно стенок приемника (контейнера), за исключением небольших участков вблизи матрицы, называемых мертвыми зонами, где перемещение металла отсутствует. Наряду с наиболее распространенным методом прессования, с прямым истечением, которое используется для получения сплошных и полых изделий, широкое применение получил обратный (обращенный) метод, а также другие схемы истечения металла.

Каждый из этих методов имеет определенные преимущества. Так, например, при боковом истечении металла помимо удобств приема пресс-изделия обеспечивается минимальная разница механических свойств изделия в поперечном и продольном направлениях.

Процесс прессования выполняется в условиях неравномерного всестороннего сжатия металла, что положительно сказывается на увеличении его пластичности. Поэтому прессованием можно обрабатывать металлы и сплавы с низкой природной пластичностью. Однако трехосное сжатие вызывает необходимость значительных усилий при обработке. Поэтому прессование требует повышенного расхода энергии на единицу объема деформируемого тела.

Как отмечалось, при прессовании в местах перехода контейнера в матрицу появляются так называемые мертвые углы, т. е. такие зоны, которые испытывают лишь упругую деформацию. Течение металла в мертвых зонах отсутствует, пока размер пресс-остатка не будет достаточно мал. Эти мертвые зоны при прессовании прутков большой длины в известной мере играют положительную роль, так как оказывают фильтрующее воздействие: в мертвых углах задерживаются различные загрязнения, что предохраняет от вдавливания посторонних включений в поверхностные слои изделия. При неправильно выбранном размере пресс-остатка загрязнения мертвых углов могут попасть в изделие и вызвать заметное понижение его качеств. Все это необходимо учитывать при разработке технологического процесса прессования. Практикой установлено, что при нормальных условиях прессования минимальная высота пресс-остатка составляет 0,10... 0,30 диаметра исходной заготовки.

Силовые условия прессования определяются свойствами деформируемого металла, температурным режимом, размерами заготовки, скоростью и степенью деформации, значением контактного трения, геометрией инструмента и др. К сожалению, еще не разработана методика, позволяющая связать все эти факторы в математическую зависимость для определения усилий прессования. Поэтому приходится пользоваться методами расчета, лишь приближенно отражающими условия деформации.

3. Прокатка металла

Прокатка металлов является таким видом пластической обработки, когда исходная заготовка обжимается вращающимися валками прокатного стана в целях уменьшения поперечного сечения заготовки и придания ей заданной формы. Существует три основных способа прокатки: продольная, поперечная, поперечно-винтовая (или косая).

При продольной прокатке деформирование заготовки осуществляется между вращающимися в разные стороны валками. Оси прокатных валков и обрабатываемой заготовки параллельны (или пересекаются под небольшим углом). Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения -- в противоположном. В процессе поперечной прокатки обрабатываемая заготовка удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечиваются соответствующей профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят изделия, представляющие собой тела вращения (шары, оси, шестерни и пр.).

Поперечно-винтовая или косая прокатка выполняется во вращающихся в одном направлении валках, установленных в прокатной клети под некоторым углом друг к другу. Станы косой прокатки используют при производстве труб, главным образом для прошивки слитка или заготовки в гильзу. В момент соприкосновения металла с вращающимися валками, имеющими наклон к оси обрабатываемой заготовки, возникают силы, направленные вдоль оси заготовки, и силы, направленные по касательной к ее поперечному сечению. Совместное действие этих сил обеспечивает вращение, втягивание обрабатываемой заготовки в суживающуюся щель и деформирование.

Металлургическая промышленность России выпускает разнообразные виды проката, отличающиеся по форме поперечного сечения и размерам. Все эти изделия, перечень которых называется сортаментом, как правило, стандартизованы.

Хотя сортамент прокатных изделий весьма обширен, все же представляется возможным весь прокат разбить на следующие основные четыре группы: сортовой, листовой, трубы, специальные виды проката (бандажи, колеса, периодические профили и пр.). Наиболее разнообразной является группа сортового проката, который подразделяется на простые и фасонные профили. Прокат в виде круга, квадрата, полос плоского сечения относится к простым профилям. Прокат сложного поперечного сечения относится к фасонным профилям. В зависимости от назначения фасонные профили подразделяются на профили общего или массового потребления (угловой профиль, швеллеры, двутавровые балки, шестигранные профили и др.) и профили специального назначения (рельсы железнодорожные широкой и узкой колеи, рельсы трамвайные, профили сельскохозяйственного машиностроения, электропромышленности, нефтяной промышленности и др.). В прокатных цехах производят более 1600 размеров простых профилей, более 1100 фасонных профилей общего потребления и примерно 1350 размеров профилей специального назначения.

Весь сортовой прокат подразделяется на четыре группы: сталь крупносортная, сред несортная, мелкосортная и катанка диаметром от 5,5 до 9 мм.

В зависимости от способа производства и толщины листовой прокат подразделяется на три основных группы: горячекатаные толстые листы толщиной 4 мм и более, горячекатаные тонкие листы толщиной менее 4 мм и холоднокатаные листы всех размеров. Листовой прокат из стали и цветных металлов используется в самых разнообразных отраслях промышленности. Поэтому листовую сталь часто подразделяют по назначению, так, например, свариваемая корпусная сталь судостроения (ГОСТ 5521--76), горячекатаная толстолистовая конструкционная качественная углеродистая сталь толщиной от 4 до 14 мм и низколегированная сталь для котлостроения и сосудов, работающих под давлением (ГОСТ 5520--69), рулонная холоднокатаная сталь толщиной 0,02--4 мм и др.

В соответствии с ГОСТом трубы, изготовляемые на прокатных станах, подразделяются на две группы: бесшовные и сварные (со швом). Помимо круглых труб производят также профильные трубы и с переменными размерами сечения по длине. Объем производства труб увеличивается с каждым годом. Наиболее заметно растет производство сварных и холоднокатаных труб.

Развитие машиностроения, создание новых отраслей промышленности повышают требования к качеству металла, вызывают необходимость расширения сортамента и увеличения производства дефицитных видов проката. Вместе с тем растет потребность расширения производства экономичных профилей. К таким видам проката можно отнести тонкостенные и широкополочные балки, тонкостенные угловые профили, швеллеры, гнутые профили и пр. Для серийного машиностроения имеет большое значение выпуск периодических профилей, использование которых обеспечивает заметную экономию металла (до 20...30%), повышает производительность штамповки.

Длительное время получение готового проката выполнялось по технологической схеме «слиток -- готовый прокат». В этих условиях получали слиток небольшой массы и выбирался он с таким расчетом, чтобы непосредственно из него можно было получить необходимое изделие за один нагрев. Однако по мере развития машиностроения и металлургии, главным образом высокопроизводительных способов получения стали, возникла необходимость разливать сталь в слитки значительной массы--6...10 т и более. Получение готового проката из такого слитка за один нагрев не всегда представляется возможным. По этой причине начали строить обжимные станы, задача которых состояла в обработке слитка в заготовку. Данное обстоятельство привело к новой технологической схеме: слиток -- полупродукт (заготовка) -- готовый прокат.

Прокатное производство металлургического завода в соответствии с этой технологической схемой включает систему станов, обеспечивающих получение полупродукта в виде слябов, блюмов и других заготовок, и систему станов, которые выпускают готовый прокат в виде сортовой стали, горяче и холоднокатаных листов, лент, труб и пр.. Поэтому прокатные цехи, как правило, имеют в своем составе: обжимные (блюминги, слябинги) и заготовочные станы, являющиеся основными агрегатами, связывающими сталеплавильные цехи и прокатные станы, выпускающие готовый прокат; сортовые станы (рельсобалочные, крупно-, средне-, мелкосортные и проволочные); листопрокатные станы; трубные станы и др.

Наряду с такой широко распространенной технологической схемой наблюдается переход к схеме «литая заготовка -- готовый прокат». Этому способствует успешное освоение разливки стали в заготовки квадратного и прямоугольного сечений, что имело распространение лишь в цветной металлургии. Непрерывное литье стальных заготовок длительное время не применялось из-за значительных трудностей выполнения технологического процесса самой разливки. Однако этот процесс обеспечивает получение химически более однородной плотной заготовки, что резко повышает выход годного. Например, на слябах спокойной углеродистой стали выход годного выше на 20%, чем при разливке в изложницы. Вместе с тем исключается необходимость иметь отделение подготовки изложниц и поддонов, а также стрипперное отделение. Применение непрерывной разливки стали снижает себестоимость металлургического передела, так как при этом устраняется необходимость в дорогостоящем оборудовании обжимных цехов, исключаются расходы на содержание обслуживающего и административного персонала. Установлено, что себестоимость проката в этих условиях снижается на 8...10% при улучшении во многих случаях механических свойств и других характеристик стали.

Непрерывным литьем стали изготовляют слябы сечением до 300х2030, 300х2320 мм, квадратные заготовки сечением до 320х320 мм, а также круглые полые трубные заготовки. Технологическая схема получения того или иного вида готового проката предусматривает включение всех необходимых последовательных операций обработки, начиная с подготовки слитка или заготовки для нагрева и кончая завершающей отделкой и определением качества готового проката. Вместе с тем следует иметь в виду, что технология изготовления даже одного и того же вида изделия может в какой-то мере отличаться, если производство его осуществляется на другом прокатном стане, хотя основные операции изготовления имеют много общего.

К основным технологическим операциям любой технологической схемы производства проката следует отнести: подготовку исходных материалов; нагрев перед прокаткой (кроме холодной прокатки, когда, однако, часто требуется другая операция -- соответствующая термическая обработка); горячую и холодную прокатку; калибровку и производство гнутых профилей; отделку с операциями резки, правки, термической обработки, удаления поверхностных дефектов, травления и пр.

4. Ковка металла

Ковкой называется процесс горячей обработки металлов давлением, при котором на заготовку воздействуют ударами кувалды, бойка молота, нажатием бойка пресса или другим универсальным инструментом.

Исходная заготовка при ковке - слиток или отрезок проката. Ручная ковка в настоящее время применяется в ремонтных работах и художественной обработке металла.

Машинная ковка осуществляется на кузнечно-прессовых машинах: ковочных молотах с массой падающих частей от 0,5 до 16т, ковочных прессах с усилием от 500 до 100000т.

Для машинной ковки применяются ковочные молоты и ковочные прессы. Молотами называют кузнечные машины, предназначенные для обработки металлов ударами падающих частей.

Молоты делятся на паровоздушные, пневматические и с механическим приводом. Паровоздушные молоты приводятся в действие паром или воздухом под давлением 0,6-0,8 МПа. В зависимости от конструкции стоек различают одностоечные, арочные и мостовые молоты. Пар или сжатый воздух подается в рабочий цилиндр под поршень или над ним. Поршень соединен штоком с бабой и верхним бойком. Нижний боек укреплен на шаботе, установленном на отдельном фундаменте.

В основном производятся стальные поковки, которые куются при температуре 900-1300°С. Хотя ограничено производятся поковки из цветных материалов. Свойства материала при ковке значительно улучшаются, так как происходит дробление кристаллов металла, выравнивание химического состава, может быть создана целесообразно направленная мелкокристаллическая структура металла.

Для подачи и снятия заготовки молоты оснащаются рельсовыми и безрельсовыми манипуляторами грузоподъемностью 3-50 кН. К молотам с механическим приводом относятся фрикционные молоты с доской, с ремнём, винтовые фрикционные молоты и приводные механические (кривошипные).

На фрикционных молотах для подъёма бабы используются силы трения. Падение бабы происходит под действием собственной массы и этим определяется энергия удара. Падающие части включают либо жесткий элемент (молоты с доской), либо гибкий (молоты с ремнём). Фрикционные молоты применяются для горячей и реже для холодной штамповок листовых изделий из мягкой стали и цветных металлов. Для ковки фрикционные молоты не применяются.

У винтовых фрикционных молотов баба соединена с винтовым шпинделем. Винт приводится во вращение электродвигателем при помощи двух дисков попеременно: один диск используется для опускания ползуна, а второй для подъёма. В кривошипных молотах движение передаётся рычажной системой от электродвигателя через кривошип упругому элементу: резиновому, рессорному или пружинному.

Упругий элемент отдаёт энергию молотовой бабе, ускоряя её падение. Эти молоты применяют для протяжки заготовок небольшого поперечного сечения, например при изготовлении подков, лезвий ножей, медицинского инструмента и т. п. Прессы имеют рабочие цилиндры, создающие усилия обжатия поковки, и цилиндры обратного хода. Гидропривод пресса должен развивать большую мощность во время обжатия заготовки. Для создания запаса жидкости высокого давления используется гидравлический аккумулятор или мультипликатор. К. п. д. прессовых установок невелик и составляет 6-8 % для прессов с аккумуляторами и 1,5-2 % с мультипликаторными приводами.

5. Штамповка металла

Штамповка - это прогрессивный метод обработки металлов давлением с помощью специального инструмента, называемого штампом. В отличие от свободной ковки, течение металла при штамповке ограничено полостями штампа.

Изделия, полученные штамповкой, зачастую не требуют последующей механической обработки и не имеют отходов. Различают штамповку объемную и листовую. Штамповка может быть также горячей и холодной.

Объемная штамповка может производиться в открытых и закрытых штампах. Открытыми называются такие штампы, у которых вокруг всего периметра ручья имеется специальная облойная канавка, соединенная тонкой щелью с полостью штампа.

Избыток металла при штамповке вытесняется в облойную канавку. Такой штамп позволяет использовать заготовки с отклонением от размеров. Недостаток - образование отходов в виде облоя. Отход металла в облой составляет 10-20 % от массы поковки.

Закрытые штампы не имеют облойной канавки и расход металла на отходы (на облой) отсутствует. Но закрытые штампы требуют точной по размерам заготовки. Объемная штамповка производится чаще в горячем состоянии.

Листовая штамповка - это метод изготовления изделий из листового материала. Основные преимущества листовой штамповки - возможность изготовления прочных тонкостенных деталей, высокая производительность, экономный расход металла, относительная простота механизации и автоматизации процесса. Листовая штамповка производится чаще в холодном состоянии.

Операции листовой штамповки классифицируют на разделительные (отделение части заготовки от изделия) и формоизменяющие (получение изделий сложной объемной формы).

К разделительным операциям относятся: резка, вырубка (например, вырубка пуговиц из листа, прокладок для двигателей и т. п.), пробивка - получение отверстий.

К формоизменяющим операциям штамповки относятся: гибка, правка, вытяжка - операция, превращающая плоскую заготовку в полую деталь, формовка - раздача стакана с помощью жидкости, протяжка - вытяжка с утонением стенки, штамповка взрывом.

Горячая штамповка

Виды горячей штамповки. Штамповку выполняют с использованием специального инструмента -- штампа, который состоит из двух частей или более. Полости штампа называются ручьями. Заготовка, деформируясь в ручьях, заполняет полости и принимает форму поковки.
Распространение штамповки связывают с развитием машиностроения, особенно автомобильной промышленности, когда возникла необходимость организации массового производства однотипных поковок. Хотя штамповый инструмент отличается высокой стоимостью и чаще всего используется для узкоспециализированных целей, а деформирование металла при этом требует значительно большей мощности по сравнению с койкой, штамповка при массовом производстве однотипных поковок имеет ряд существенных преимуществ. Помимо высокой производительности штамповка обеспечивает получение поковок с высокой точностью размеров, что уменьшает расход металла на изготовление детали и снижает трудоемкость при последующей обработке металла резанием. Кроме того, штамповка обеспечивает получение высокого качества поверхности поковок, при этом исключается необходимость последующей обработки резанием всей поковки -- обрабатывается лишь та ее часть, которая будет соприкасаться с другими деталями. * Последующие за горячей штамповкой отделочные операции, например калибровка в холодном состоянии, повышают качество поверхности поковок, а допуску размеров при этом снижаются до ±0,1, а иногда до ±0,05 мм. Поэтому все повышенные расходы на штамповку и изготовление инструмента окупаются экономией металла и расходами на механическую обработку поковок.

Вместе с тем следует отметить, что штамповка обеспечивает получение изделий весьма сложной формы, во многих случаях невыполнимых ковкой без напусков.

Штамповкой изготовляют поковки преимущественно массой до 100 кг, однако производят поковки массой и до 400...500 кг, а в отдельных случаях и до 2 т.

Технологический процесс горячей штамповки отличается значительным разнообразием и определяется видом самого изделия и применяемым оборудованием. Штамповку производят на молотах, прессах, горизонтально-ковочных машинах, гибкой на бульдозерах, вальцовкой и такими способами, как раскатка, ротационная ковка и пр.

Горячую штамповку выполняют двумя методами: облойным (с заусенцем) в открытых штампах и безоблойным (при отсутствии заусенца) в закрытых штампах.

Оборудование для штамповки

Нагрев металла при штамповке производится в пламенных и электрических печах. При массовом и крупносерийном производстве применяют также индукционный нагрев.

Для горячей объемной штамповки применяют молоты, кривошипные прессы, горизонтально-ковочные машины, винтовые прессы.

Паровоздушные штамповочные молоты по конструкции отличаются от паровоздушных кузнечных молотов. Штамповочные молоты имеют автоматическое управление от педали, на которую штамповщик нажимает для нанесения удара. Если педаль отпустить, то баба молота автоматически возвращается в исходное, верхнее положение. Масса падающих частей составляет 630-25000 кг.

Кроме паровоздушных молотов, для горячей штамповки применяют фрикционные молоты с доской и бесшаботные молоты.

У фрикционных молотов с доской баба соединена с доской, зажатой между вращающимися роликами, которые поднимают падающие части (бабу) вверх. В верхнем положении доски с бабой ролики расходятся, и происходит свободное падение бабы. Эти молоты имеют массу падающих частей 500-1500 кг.

В бесшаботных молотах с двухсторонним ударом шабот заменен подвижной бабой.

Кроме того, для штамповки применяются кривошипные, винтовые и чеканочные прессы.

Кривошипный пресс является наиболее производительным, т. к. эти прессы наиболее быстроходны (от 35 до 90 ходов в минуту). Движение пресс получает от электродвигателя, а затем с помощью кривошипно-шатунного механизма вращательное движение преобразуется в поступательное движение ползуна, к которому крепится боек пресса. Включение рабочего хода пресса производится фрикционной муфтой. Кривошипные прессы изготавливаются с усилием 500-8000 т.

Винтовой фрикционный пресс - это машина промежуточного типа между молотом и прессом, так как он сочетает ударное действие и статическое давление. Пресс получает движение от электродвигателя через ременную передачу и фрикционные диски. Движение от дисков через маховик передается винту. Вращение винта вызывает перемещение гайки вверх или вниз. Гайка соединена с ползуном и бойком пресса. Изменяя направление вращения маховика и винта, можно изменять направление перемещения гайки и, следовательно, наносить удары бойком по заготовке.

Чеканочный пресс применяется для холодной чеканки - изготовления монет, медалей и тому подобных изделий. Движение пресс получает от электромотора и через кривошипно-шатунный механизм и «ломающиеся» рычаги колена преобразует вращательное движение электромотора в вертикальное возвратно-поступательное движение ползуна и инструмента. Такое устройство пресса позволяет при сравнительно малом крутящем моменте на валу электромотора получать большое усилие в конце рабочего хода ползуна. Чеканочные прессы изготавливают с усилием до 800 т и более.

Литература

1. Суворов И.К. Обработка металлов давлением: Учебник для вузов.-3-е изд.- М.: Высш. школа, 1980г.

Размещено на Allbest.ru