Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГАОУ ВО «РГППУ», г. Екатеринбург

Современные способы получения заготовок обработкой давлением

Быков С.В.

Аннотация

В данной статье рассмотрены и проанализированы современные способы получения заготовок обработкой давлением, а также так же оборудование для обработки давлением. Обозначены отдельные особенности современных способов обработки деталей давлением.

Ключевые слова: обработка, давление, станки, заготовки, обработка.

Abstract

This article describes and analyzes the modern methods of obtaining billets by pressure treatment, as well as equipment for pressure processing. Marked individual peculiarities of modern ways of processing of details pressure.

Keywords: processing, pressure, machines, workpieces, processing

Любая машина (двигатель, орудие, преобразователь) собирается из деталей которые изготавливаются без применения сборочных операций. От качества детали зависит надёжность и долговечность машины. Качество детали определяется заготовкой которую можно получить различными способами: обработкой резанием, обработкой давлением, листовой штамповкой, объёмной штамповкой. [1]

Обработка металлов давлением -- технологический процесс получения заготовок или деталей в результате силового воздействия инструмента на обрабатываемый материал. В настоящее время более 90% всей выплавленной стали и более половины цветных металлов и сплавов подвергают обработке давлением. Обработка давлением существенно отличается от других способов обработки, поскольку в процессе пластической деформации металл получает не только новую форму, но и меняет свою структуру и физико-механические свойства.

Целью данной статьи является анализ технологий, используемых при получении заготовок обработкой давлением. В данной статье рассмотрены и проанализированы такие способы получения заготовок обработкой давлением, как: прокатка, ковка, объёмная штамповка, листовая штамповка, прессование, волочение.

Главной задачей обработки давлением является усовершенствование производства каких либо машин и агрегатов, которая, в свою очередь, позволит повысить производительность труда при меньших затратах (рабочей силы, сырья, энергии, необходимой для реализации производства), повысить качество выпускаемой продукции и при всем этом минимизировать негативное воздействие на окружающую среду.

Роль обработки заготовок давлением в современном машиностроении. Современная обработка давлением позволяет получать детали или их полуфабрикаты в виде заготовок, близких по форме к готовым деталям, с большой производительностью и малыми отходами. Металл подвергается пластической деформации как в холодном, так и в горячем состоянии. В процессе пластического деформирования изменяется структура металла и повышаются его механические свойства. Поэтому наиболее тяжелонагруженные детали машин изготовляются обработкой давлением. [2]

Способы получения заготовок обработкой давлением. При прокатном производстве выделяют прокат чёрных и цветных металлов, при этом прокат из стали имеет превалирующее положение.

Прокат можно разделить на три способа:

- Продольная прокатка- Поперечная прокатка

- Поперечно-винтовая прокатка

Рисунок 1. Схемы прокатки: а - продольная; б - поперечная; в - поперечно-винтовая

При продольной прокатке деформирование заготовки осуществляется между вращающимися в разные стороны валками. Из простейшей схемы поперечной прокатки видно, что 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 суживающую щель и деформирование.[2]

Прессованием называют выдавливание металла из замкнутого объема через отверстие. Широко используют прессование для получения прутков, труб и профилей из алюминиевых и медных сплавов, сталей, титана и других тугоплавких металлов. В качестве разновидностей прессования можно выделить дискретное (прерывное), полунепрерывное и непрерывное прессовании[3] По виду привода и способу действия прессы бывают гидравлические и механические. На прессах в отличие от молотов обрабатывают заготовку безударным давлением. Прессы применяют для прессования, гибки, правки, резки, выдавливания и вытягивания листового металла, а также соединения деталей под большим давлением. Причем прессы применяют для прессования (формования) деталей из различных материалов, в частности, из металлов и сплавов /34/, пластмасс и порошков.[4]

Последовательность процесса прессования приведена на рисунке 2.

давление обработка заготовка деформация

Рисунок 2. Последовательность процессов прессования При реализации процесса прессования ( рис. 8) на прутковопрофильном прессе с подвижным контейнером заготовку 3 с пресс-шайбой 2 подают на ось контейнера 4 и движением вперед пресс-штемпеля 1 вводят в контейнер с передней стороны. Выходная сторона контейнера замкнута матрицедержателем 6 с матрицей 5 (рис. 8, а, позиция I).

После ввода слитка в контейнер до упора осуществляют его распрессовку, непосредственным продолжением которой является прессование (выдавливание) изделия 7 (рис. 8, а, позиция II). По окончании выдавливания контейнер отводят назад. При этом пресс-остаток 9 с пресс-шайбой 2 остаются висеть у матрицы 5. Движением ножа 8 вниз изделие отделяют от пресс-пакета (т. е. от прессостатка с прессшайбой), который падает на желоб и передается к механизму разделки пакета (рис. 8, а, позиция III). Изделия тянущим устройством выдергивают из матрицы, и контейнер возвращают в исходное состояние.

При прямом прессовании труб после загрузки слитка 3 и пресс-шайбы 2 в контейнер 4 (рис. 8, б, позиция I) осуществляют его распрессовку. При этом иглу 10, находящуюся внутри полого пресс-штемпеля 1, немного выдвигают вперед и запирают отверстие прессшайбы 2 (рис. 8, б, позиция II). После распрессовки снимают давление с пресс-штемпеля и прошивают слиток (позиция III). Затем подают рабочее давление к пресс-штемпелю и слиток выдавливают в кольцевой зазор между иглой 10 и матрицей 5 (рис. 8, б, позиция IV). Пресс-пакет отрезается пилой 11 и ножницами (рис. 8, б, позиция V).[2]

Полунепрерывное прессование в настоящее время является одной из основных схем по производству пресс-изделий из алюминиевых сплавов, характерной чертой которого является использование специального форкамерного инструмента, обеспечивающего прессование со стыковой сваркой и натяжением. Характерным для такого процесса является снижение высокой степени деформации за счет ее дробления при последовательном выдавливании объема металла сначала из основного контейнера в промежуточный инструментальный блок, а затем из промежуточного блока в матрицу. При реализации процесса прямого прессования на гидравлических прессах в большинстве случаев роль промежуточного инструментального блока выполняет специальный инструмент, называемый форкамерой. [5]

Рисунок 3. Схема очага деформации при полунепрерывном прессовании с использованием форкамеры.

Достоинством такого способа является то, что в настоящее время большинство передовых заводов в нашей стране и за рубежом используют эту технологию при производстве алюминиевых профилей из мягких деформируемых сплавов.

Волочением называют пластическую деформацию при протягивании проволоки, прутка, профиля, трубы через сужающийся канал инструмента (волоки). Усилие растяжения, приложенное к выходящему из волоки концу изделия, расходуется на формоизменение заготовки и преодоление сил трения о канал волоки. Обжатие за проход ограничено прочностью выходящего конца изделия и, как следствие, обрывом металла. Различают волочение на цепных станах (для получения труб, прутков и профилей ограниченной длины) и волочение на станах барабанного типа (для получения длинномерной продукции, например, проволоки).[7]

В цепном волочильном стане (рис. 4) передний конец прутка или трубы 1 проталкивается через волоку 2 и захватывается клещами каретки 3. Каретка сцепляется с пластинчатой цепью 4, перематываемой с помощью привода 5. На входной стороне стана имеется приспособление для подачи и удержания стержня оправки.

Рисунок 4. Схема цепного волочильного стана

Ковка - это процесс обработки металлов давлением, при котором необходимое изменение форм и размеров заготовок достигается путем ударов или нажимов бойками, не ограничивающих течение металла в плоскости перпендикулярной оси приложения давления. К достоинствам ковки относится возможность обрабатывать давлением крупные слитки, масса которых достигает нескольких сотен тонн, улучшая структуру и механические свойства обрабатываемого металла и исправляя дефекты литого металла. В качестве исходного материала для ковки применяют стали всех марок, алюминиевые, магниевые, титановые сплавы, а также сплавы на основе меди и никеля.[6]

К достоинству ковки относят возможность с помощью простого и дешевого инструмента изготовлять поковки разнообразной формы и размеров любой массы (от гаек и болтов до коленчатых валов современных кораблей). Главным преимуществом процесса ковки является возможность обрабатывать крупные слитки и заготовки.

Штамповка - это формоизменение металла в штампах, форма которых приближается к форме готовой детали или точно ей соответствует. Различают холодную и горячую объемную штамповку. Последняя проводится при температуре заготовок выше температуры рекристаллизации обрабатываемого металла или сплава. Штамповка в отличие от ковки позволяет металлу претерпевать деформацию по трем осям и получать фиксированные размеры в объеме. [4] К преимуществам штамповки относятся: небольшое число обжатий, высокая производительность, малоотходность по сравнению с ковкой и обработкой резанием. Себестоимость штамповки в 2-3 раза ниже себестоимости изготовления детали резанием. Однако эти преимущества реализуются только в серийном специализированном производстве из-за большой стоимости штампов. В развитых промышленных странах горячей объемной штамповкой изготовляют по 1-1,5 млн т в год стальных поковок.

Листовая штамповка - это один из наиболее прогрессивных видов производства. Она имеет ряд технологических и экономических преимуществ перед другими способами обработки металлов давлением, а именно: - получение жестких и прочных деталей малого веса и сложной формы; - высокая производительность на основе автоматизации; - экономное использование материала; - низкая стоимость изделий. Изделия штампуют из полосовой, листовой или ленточной заготовок сталей, цветных металлов, металлов с пластмассовыми покрытиями. По способу пластической деформации штамповку листа подразделяют на резку, гибку, вытяжку и формовку (см. ниже). В зависимости от толщины заготовки различают тонколистовую (до 4 мм) и толстолистовую штамповку; заготовки толщиной более 15-20 мм штампуют в горячем состоянии.[3] В одном штампе обычно экономически выгодно совмещать несколько операций штамповки. По способу совмещения операций различают штамповку: - совмещенную, которая осуществляется в несколько операций одновременно за один ход пресса и за одну установку заготовки в штампе; - последовательную - осуществляется, когда несколько операций осуществляются последовательно отдельными пуансонами за несколько ходов пресса при перемещении заготовки между ними, так что за каждый ход пресса получается готовая деталь; - совмещено-последовательную, где комбинируются первые два варианта.

Заключение

В данной статье рассмотрены следующие способы обработки заготовок давлением: штамповка, листовая штамповка, ковка, полунепрерывное прессование, прессование, прокат, продольный прокат. Каждый из способов проанализирован с перспективой на сегодня. По итогу можно сказать, что каждый из этих способов востребован. Так как каждый способ даёт такие результаты, как: Получение заготовок с высокими механическими и технологическими свойствами за счёт изменения кристаллической решётки и физико-механических свойств материала. Возможность получения готовых изделий без последующей обработки резанием. Высокая производительность процесса. Но у каждого способа есть недостатки: Ограничения по массе, габаритам и материалу (необходима хорошая пластичность). В ряде случаев - значительные отходы материала и, как следствие, малый КИМ. В ряде случаев - высокая стоимость оснастки.

Библиографический список

1. Глущенков В.А. Специальные виды штамповки: учеб пособие. // [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lib-bkm.ru/12736 (дата обращения: 12.01.2019)

2. Фролов К.В. Искусство Машиностроение. Энциклопедия // [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lib-bkm.ru/13665 (дата обращения: 10.01.2019)

3. Синицкий О.В. Моделирование процессов ОМД [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lib-bkm.ru/13809 (дата обращения: 09.01.2019)

4. Миропольский Ю.А. Холодная штамповка на автоматах // [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lib-bkm.ru/13609 (дата обращения: 12.01.2019)

5. Кокорин В.Н. Технологические расчеты в процессах холодной листовой штамповки // [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lib-bkm.ru/13056 (дата обращения: 11.01.2019)

6. Килов А.С. Обработка материалов давлением в промышленности [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lib-bkm.ru/load/85-1-0-1762 (дата обращения: 12.01.2019).

7. Живов Л.И. Кузнечно-штамповочное оборудование [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lib-bkm.ru/load/85-1-0-1813 (дата обращения: 12.01.2019).

8. Кобелев А.Г. Теория и технология процессов ковки и прессования: Составление чертежа поковки и разработка технологии ковки [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lib-bkm.ru/13618 (дата обращения: 13.01.2019)

9. Килов А.С., Килов К.А. Производство заготовок. Листовая штамповка: Получение заготовок из листового материала и гнутые профили [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lib-bkm.ru/load/85-1-0-2660 (дата обращения: 10.01.2019)

10. Таловеров В.Н. Оборудование кузнечно-прессовых цехов // [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://lib-bkm.ru/load/85-1-0-1780 (дата обращения: 09.01.2019)

Размещено на Allbest.ru