Обработка металла давлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Прокатка металла

2. Ковка металла

3. Прессование металла

4. Волочение металла

5. Штамповка металла

Заключение

Список использованных источников

Введение

Тысячи лет назад люди открыли металлургию, создали разнообразные способы обработки металлов и сплавов, воплощая их в жизненно необходимые им орудия труда, оружие, предметы домашнего обихода и высокохудожественные произведения.

Металлические орудия труда ускорили социальный прогресс человеческого общества. Именно в эпоху раннего металла возникают на рубеже IV -- III тыс. до. н.э. древневосточные государства, ускорившие процесс распространения металлургии. Металл становится важнейшим фактором технического и культурного развития древних цивилизаций. Появившиеся вначале медные и бронзовые орудия труда, с которых собственно и начался процесс замены каменных орудий труда металлическими, однако еще не могли оказать большого влияния на хозяйственную сторону жизни первобытного общества. Лишь с освоением на рубеже II -- I тыс. до н.э. способов выплавки железа из руд и появлением железных орудий труда и оружия происходят коренные изменения в технике, средствах труда обеспечивших господство рабовладельческого способа производства во всемирно-историческом масштабе.

История становления и развития металлургии неразрывно связана со способами и процессами обработки металлов давлением, зарождение которых относится к появлению первых металлических изделий на земле. Наиболее ранним и важнейшим способом была ковка, появление которой совпало с периодом перехода человечества от каменного века к бронзовому. Ковка была первым процессом, которым люди начали пользоваться для обработки самородной меди до того, как была освоена выплавка ее из руды. Этот вид обработки служил первобытным металлургам единственным и надежным средством повышения твердости меди путем ее нагартовки ковкой, что оказало большое влияние на повышение механической прочности и твердости орудий труда и оружия.

Первые способы обработки металлов давлением непрерывно совершенствовались. На их основе создавались ковочные молоты, чеканочные и штамповочные машины, волочильные станы, все более широко распространявшиеся в различных областях материального производства. С накоплением технических знаний и производственного опыта, изобретательная мысль неустанно работала над созданием новых способов и процессов.

1. Прокатка металла

Операция прокатки заключается в том, что металл обжимается между вращающимися валками прокатных станов.

Прокатка -- самый массовый способ обработки металлов давлением. Количество выпускаемого металлургическими заводами прокатанного металла служит одним из важнейших показателей уровня развития металлопромышленности в стране.

Прокаткой получают рельсы, строительные балки разнообразного сечения, листы разной толщины, прутковый материал, трубы, т. е. основную продукцию для развития многих видов промышленности, строительства и транспорта.

Схема прокатки показана на рис. 1.

Как следует из схемы, два валка, установленных на расстоянии h(щель), вращаясь в разные стороны, захватывают благодаря трению заготовку, имеющую высоту Н, которая проходит между валками по направлению стрелки. Впроцессе прохода между валками высота заготовки Н уменьшается до h, а длина увеличивается. Величина Н-hназывается абсолютной величиной сжатия, а отношение (H-h)/H* 100% -- степенью обжатия, или относительным обжатием.

Рис 1 - Схема процесса обкатк

2. Ковка металла

Ковка--вид горячей обработки металлов давлением, при котором металл деформируется с помощью универсального инструмента. Из всего многообразия процессов, выполняемых ковкой, в электромашино - и трансформаторостроении нашли применение: свободная ковка заготовок небольшой массы (до 300--500 кг)градиальная ковка, поперечно-клиновая прокатка. Ковкой изготавливают валы, втулки, нажимные шайбы и некоторые другие детали электрических машин. Кроме того, на всех заводах ковкой получают заготовки для деталей оснастки и нужд ремонтных цехов. Хотя горячая штамповка имеет ряд преимуществ перед ковкой, её применение в единичном и мелкосерийном производстве экономически не целесообразно. Это объясняется тем, что при свободной ковке используется универсальный (годный для изготовления различных поковок) инструмент, а изготовление специального инструмента (штампа) для небольшой партии одинаковых поковок экономически не выгодно. Исключение составляют грузовые болты, которые изготавливают горячей штамповкой, так как они, как правило, унифицированы и требуются в больших количествах.

Основные операции ковки:

Рис 2 - Основные виды операций ковки

Ковка является единственным способом изготовления тяжелых поковок (до 250 т и более) типа валов гидрогенераторов, роторов турбогенераторов, валов, втулок, ободов крупных электрических машин. Исходными заготовками для ковки тяжелых крупных поковок являются слитки массой до 320 т. Крупные поковки поступают с металлургических заводов после грубого обтачивания наружных поверхностей, чистового растачивания поверхности осевого канала, термической обработки и соответствующих испытаний на заводе-поставщике. Особенно жесткие требования предъявляются к поковкам для роторов турбогенераторов. Ротор турбогенератора является магнитопроводом, поэтому к материалу предъявляется ряд требований в отношении магнитных свойств. Роторы крупных турбогенераторов изготавливают из хромоникельмолибденованадиевой стали. Поковка после термической обработки имеет предел текучести 540--660 Па, предел прочности 735--813 Па и относительное удлинение 28--46 %.

Для бандажных колец ротора используется немагнитная аустенитовая сталь на основе у-железа с присадками никеля и марганца. В целях получения высоких механических свойств производят упрочнение металла способами полугорячей раскатки, растяжки в клиновых кольцевых приспособлениях, гидравлического холодного растяжения. При гидравлическом холодном растяжении значительно улучшаются механические свойства металла, повышается предел упругости на 15--22 % и текучести на 8--10 %, обеспечивается направленное распределение механических свойств по сечению заготовки. Кроме того, гидравлическое растяжение является проверкой прочности кольцевых заготовок, предназначенных для весьма нагруженных в механическом отношении бандажных колец.

На электромашино- и трансформаторостроительных заводах для получения деталей и заготовок используется прессование горячего алюминия, металлических порошков, пластических масс.

3. Прессование

Прессование -- технологический процесс, применяемый для получения изделий сложного поперечного сечения из пластичных цветных металлов и их сплавов, а также из стали.

Сущность процесса прессования заключается в выдавливании металла из замкнутого пространства контейнера через отверстия различного сечения -- круглого, квадратного и других, после чего металл принимает форму прутка соответствующего профиля.

Прессованием получают не только прутки различного профиля и размеров, но и трубы с внутренним диаметром до 800 мм. Материалами для прессования служат сталь, цветные металлы и их сплавы.

Заготовками для прессования являются слитки, размеры которых (диаметр и длина) зависят от мощности пресса ипрофиля изделий. Подготовка слитков к прессованию состоит в нагревании их до температуры, установленной дляобработки давлением в горячем состоянии.

Усилие, необходимое для выдавливания металла, зависит от размера поперечного сечения слитка, его материала,температуры слитка и скорости выдавливания.

Рис 3 - Схема выдавливания (прессования) металла

а -- прямой метод, б -- обратный метод: 1 -- обрабатываемый металл, 2-контейнер, 3-матрицы с отверстием длявыхода прутка, 4-пруток, 5 -шток.

Существуют два способа обработки выдавливанием -- прямой (рис. 3, а) и обратный (рис. 3,6).

Схема получения выдавливанием трубчатого профиля показана на рис. 4 (обозначения те же, что и на рис. 3).

Трубчатая форма сечения образуется укрепленной на штоке иглой 6, диаметр которой равен внутреннему диаметрутрубы. При прессовании игла входит в круглое отверстие матрицы, образуя в нем кольцевой зазор, через который выдавливается металл.

Прессование производится на горизонтальных и вертикальных гидравлических прессах мощностью до 10 000 Т [100 000 кн].

Прессование отличается высокой производительностью: латунный слиток диаметром 150 мм и длиной ~500 мм превращается в пруток диаметром 25 мм за 1 минуту.

Прессование имеет ряд преимуществ перед прокаткой, так как позволяет получать точные и сложные по профилюзаготовки, какие невозможно получить прокаткой.

Рис 4 - Схема получения выдавливанием трубчатого профиля

4. Волочение

Волочением называется процесс получения проволоки, прутков, труб малого сечения, полос, профилей.

Волочение проволоки состоит в том, что предварительно прокатанные до 5 мм прутки большой длины протягивают через фильеры -- отверстия волочильной доски (рис. 5), переходя последовательно от наибольшего отверстия к наименьшему. При этом проволока постепенно доводится до требуемого диаметра.

Волочильные доски изготовляют из стали высокого качества, так как они должны обладать большой твердостью и прочностью, иначе отверстия в них быстро разработаются.

Рис 5 - Волочильная доска

металлургия ковка прессование прокатка

Чтобы экономить дорогостоящий материал, волочильные доски часто изготовляют из обыкновенной углеродистойстали, а фильеры из высококачественной легированной стали или из твердого сплава. При этом фильеры делают вставными, что позволяет заменять их при износе.

Для получения весьма малой по диаметру наитончайшей проволоки применяют алмазные фильеры в металлической оправке.

Рис 6 - Формы волочильных отверстий

Наиболее удобная форма фильера показана в продольном разрезе на рис. 6. Фильер выполнен в виде двух конусов, обращенных один к другому вершинами. При протяжке сечение проволоки уменьшается в необходимой степени и в то же время сильно снижается сила трения. Уменьшить трение можно также смазкой фильера.

При волочении проволоки переход от фильера большего диаметра сразу же к фильеру малого диаметра не допускается, так как от сильного обжатия резко понижается пластичность металла, и проволока, становясь чрезмерно твердой, хрупкой, может разрываться. Чтобы восстановить пластичность, металл при многократном протягивании через постепенно уменьшающиеся отверстия подвергают промежуточному отжигу. Если числопроходов велико, отжиг производится неоднократно.

При возобновлении протяжки после отжига проволока должна быть очищена от окалины травлением в растворекислоты и промыта в щелочном растворе.

Для волочения используют углеродистую и легированную сталь с малым содержанием углерода, а также разнообразные цветные металлы и их сплавы.

5. Штамповка

Объемная штамповка.

Так называется способ изготовления изделий, при котором металл деформируется по всему объему, а течение его ограничивается полостью штампа, очертания и размеры которой соответствуют очертаниям и форме заготовки.

Объемная штамповка имеет большое применение в массовом и серийном производстве.

Рис 7 - Верхний (а)и нижний (б) штампы для горячей штамповки

Где 1 -- заготовительный ручей.2 -- гибочный ручей. 3 -- чистовой ручей

Поковки, полученные свободной ковкой, необходимо дополнительно обрабатывать; тогда как для поковок, полученных штамповкой, дополнительная обработка значительно меньше или она почти не требуется. Производительность труда при штамповке во много раз выше, чем при свободной ковке.

Штампы изготовляют из твердых и прочных сталей. Изготовление штампов требует значительной затраты времени и средств.

Однако, если требуется изготовить большое количество изделий, расходы на изготовление штампов не вызывают удорожания изделий, и штампованные поковки оказываются дешевле кованых. Штампы (рис. 7) делают разъемными.

Стенки вырезанных в штампах полостей, называемых ручьям и, не делаются вертикальными, а имеют уклоны от 5 до 10°, чтобы полости лучше заполнялись, и металл извлекался из них быстро и без усилий.

Для выхода излишка металла вокруг полостей делают специальную канавку, в которую выдавливается металл, образующий вокруг изделия тонкие слои -- заусенцы (облой).

Штампуют изделия в нагретом или в холодном состоянии.

Размеры полостей штампов при горячей штамповке должны быть больше размеров заготовки на величину, соответствующую уменьшению линейных размеров и объема при охлаждении металла заготовки.

При штамповке особенное внимание должно быть уделено правильному определению количества металла, необходимого для заготовки. При недостаточном количестве металла полость штампа окажется незаполненной, а при избыточном -- излишек металла образует слишком большие заусенцы, которые после извлечения заготовки из штампа удаляют наобрезных прессах.

Штампуют нагретые заготовки на паровоздушных, фрикционных и других механических прессах, а также на горизонтально-ковочных машинах.

Листовая штамповка.

Широкое применение имеет холодная листовая штамповка для получения деталей сложной конструкции из листовой стали, латуни, меди, сплавов алюминия и др.

Операции листоштамповочных работ разнообразны и могут быть разделены на два основных вида:

1) операции разделительного характера: разрезание листов на полосы или ленты; разделение полос или лент на мерные части; вырубка -- получение из листового материала заготовки нужного контура; пробивка -- образование в заготовках отверстий нужной формы; обрезка припуска и др.;

2) формообразующие операции холодной листовой штамповки: гибка -- сообщение листам

и полосам определенной формы; вальцовка -- образование на поверхности заготовок различных выступов -- ребер жесткости, в том числе получение волнистой (гофрированной) поверхности; накатка -- образование на листовых заготовках фасонной поверхности, например, резьбы на цоколях электроламп: вытяжка -- получение углублений в листовом материале, например, при изготовлении сосудов.

Листовая штамповка производится с помощью вытяжных, вырезных, гибочных и других видов штампов.

Рис 8 - Схема фасонных операций листовой штамповки; а) вырубка; б) гибка; в) вытяжка; г) формовка. 1 - пуансон; 2 - заготовка (изделие); 3 - штамп (матрица).

Заключение

Ковка, штамповка, прессование, волочение и прокатка -- основные процессы обработки металлов давлением. Придание металлу необходимой формы, возможно ближе отвечающей конфигурации будущей детали и получаемой с наименьшими трудозатратами; исправление дефектов литой структуры; повышение качества металла путем преобразования литой структуры в деформированную и, наконец, сама возможность пластического деформирования мало пластичных сплавов -- основные аргументы применения процессов обработки металлов давлением. Таким образом, улучшения качества металла достигают не только при его выплавке, разливке и последующей термической обработке, но и в процессе ОМД. Даже самые совершенные в настоящее время процессы плавки и электрошлаковый переплав металла, глубокое вакуумирование перед разливкой не обеспечивают наивысшего качества металла, полного ресурса его деформационных и прочностных характеристик. Именно пластическая деформация, исправляя дефекты литого металла и преобразуя литую структуру, сообщает ему наивысшие свойства

Список использованных источников

1. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов.- 4-е изд.-М.: «Машиностроение»,1977.

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

Размещено на Allbest.ru