Возможность успешной обработки металлов давлением обеспечивает их
Обновлено: 15.05.2024
Процесс обработки металлов давлением (ОМД) – это придание материалу требуемой формы, размеров, физико-механических свойств без нарушения его сплошности путем пластической деформации. Обработка металлов давлением основана на их способности в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на деформируемое тело (заготовку) внешних сил. Нарушение сплошности строения материала деформируемой заготовки в большинстве случаев недопустимо и приводит к браку.
а - прокатка; б - прессование; в - волочение;
г - ковка; д - штамповка; е - вытяжка
Рисунок 13 - Схемы основных видов обработки металлов давлением
Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяют на два вида:
1) для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления из них деталей только обработкой резанием или с использованием предварительного пластического формоизменения. Основными разновидностями таких процессов являются прокатка (рис. 13 а), прессование (рис. 13 б) и волочение (рис. 13 в).
2) для получения деталей или заготовок (полуфабрикатов), имеющих приближенно формы и размеры готовых деталей и требующих обработки резанием лишь для придания им окончательных размеров и получения поверхности заданного качества. Основными разновидностями таких процессов являются ковка (рис. 13 г) и штамповка (рис. 13 д).
Прокатное производство.
Прокатке подвергают до 90% всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. При прокатке металл пластически деформируется вращающимися валками. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными. Выделяют три основных вида прокатки: продольную, поперечную и поперечно-винтовую.
При продольной прокатке (рис. 13 а, 14 а) заготовка 2 деформируется между двумя валками 1, вращающимися в разные стороны, и перемещается перпендикулярно к осям валков. При поперечной прокатке (рис. 14 б) валки 1, вращаясь в одном направлении, придают вращение заготовке 2 и деформируют ее. При поперчно-винтовой прокатке (рис. 14 в) валки 1 расположены под углом и сообщают заготовке 2 при деформировании вращательное и поступательное движения.
Для нормального протекания процесса, особенно для его начала в период захвата, необходима определенная величина сил трения. Со стороны валков на заготовку действуют нормальные силы N и сила трения T. Для обеспечения захвата заготовки валками необходимо, чтобы тангенс угла захвата был меньше коэффициента трения. При горячей прокатке стали гладкими валками угол захвата равен 15-24°, при холодной – 5-8°.
Рисунок 14 - Схема основных видов прокатки
Таким образом, степень обжатия заготовки при прокатке в значительной степени определяется углом захвата или коэффициентом трения между валками и заготовкой. Для его увеличения часто на поверхность валков наносят риски, рифления, специальные наплавочные валики, повышая тем самым допустимую величину абсолютного обжатия.
Инструментом прокатки являются валки, которые могут быть гладкими для проката листов, полос либо с фигурными вырезами – ручьями. Совокупность соответствующих вырезов в верхнем и нижнем валках образует калибр. Пара валков обычно имеет несколько калибров.
Форму поперечного сечения продукции, получаемой при прокатке, называют профилем. Совокупность форм и размеров профилей, получаемых прокаткой, называют сортаментом (рис. 15).
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.
 |
Рисунок 15 - Разновидности профилей проката
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.
Волочение металла — это процесс протягивания прутка через отверстие, размеры которого меньше, чем исходные размеры прутка. При этом длина прутка увеличивается, а поперечное сечение приобретает форму отверстия с одновременным уменьшением поперечного сечения. Волочение выполняется тяговым усилием, приложенным к переднему концу обрабатываемой заготовки. Волочение производят в холодном состоянии. Данным способом получают проволоку всех видов, прутки с высокой точностью поперечных размеров и трубы разнообразных сечений.
Основной инструмент при волочении сплошных профилей – волоки различной конструкции, а при волочении полых профилей – волоки и оправки к ним. Волочение осуществляют на волочильных станах, состоящих из тянущего устройства и волочильного инструмента.
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 выгодно отличается от механической обработки металла резанием (строганием), фрезерованием, обточкой и прочее, т. к. 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) используют составные волоки, которые отличаются высокой универсальностью, т. к. 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.
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.
Прессование металла — это процесс выдавливания металла из контейнера через одно или несколько отверстий в матрице с площадью меньшей, чем поперечное сечение исходной заготовки. При прессовании реализуется одна из самых благоприятных схем нагружения, обеспечивающая максимальную пластичность - всестороннее неравномерное сжатие.
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; универсальность применяемого оборудования, позволяющего легко переходить на производство профилей различных конфигураций; 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.
Процесс прессования выполняется в условиях равномерного 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. В качестве силового агрегата для прессования наибольшее распространение получили гидравлические прессы с усилием прессования 1000-1500 т. Они не боятся перегрузки, позволяют регулировать в широких пределах скорость перемещения силового плунжера, легко автоматизируются, в том числе с помощью систем программного управления.
Производство бесшовных и сварных труб.
Трубы подразделяют на бесшовные и сварные. Бесшовные трубы прокатывают диаметром 30-650 мм с толщиной стенки от 2 до 160 мм, сварные – диаметром от 5 до 2500 мм. Материалом для производства труб могут быть как углеродистые, так и легированные стали, цветные металлы. В качестве заготовки для производства бесшовных труб применяют круглые или граненые слитки, а также круглые катаные прутки большого диаметра. Основной операцией является прошивка заготовки, т.н. получение в заготовке сквозного отверстия. Перед прошивкой заготовку нагревают в методической печи до температуры горячей обработки давлением и направляют на прошивочный стан с двумя бочкообразными валками, оси которых расположены под углом 10-15° друг к другу.
Таким образом, при прошивке отверстия используется принцип поперечно-винтовой прокатки. В результате вращательно-поступательного движения заготовки при достаточно большой степени обжатия в центре заготовки возникают весьма значительные радиальные растягивающие напряжения, вызывающие течение металла от центра к периферии. Металл в центре доводится до состояния разрыхления, и заготовка легко прошивается неподвижным прошвинем, надвигаясь на него в результате поступательного движения заготовки. Прокатка производится несколько раз; каждый раз трубы вместе с оправкой поворачиваются в валках на 90°. Способ позволяет получать трубы диаметром 57-426 мм с толщиной стенки 3-30 мм.
Сварные трубы из низкоуглеродистых и низколегированных сталей изготавливают из прокатных полос, называемых штрипсами, или листов, ширина которых равна длине диаметра (или половине диаметра трубы). Процесс производства трубы включает в себя формовку плоской заготовки в трубу, сварку (печную, электрическую, газовую), правку, калибровку.
Печной сваркой получают трубы небольшого диаметра до 10-114 мм и толщиной 2-5 мм из низкоуглеродистой стали. Процесс включает в себя нагрев полос в газовой печи до 1300-1350°C, формовку нагретого участка в сварочной воронке и обжатие со значительной пластической деформацией. Большое распространение при производстве труб большого диаметра для магистральных трубопроводов получил способ с применением электросварки под флюсом.
Производят сварные трубы с прямыми и спиральными швами. По первой технологии из листа формируют трубную заготовку, затем ее сваривают с наложением наружного и внутреннего швов. При производстве труб со спиральным швом в качестве исходной заготовки используют ленту, которую сворачивают по спирали в трубу нужного диаметра и затем сваривают по кромке наружным и внутренним швами. Прочность, а главное надежность, труб со спиральным швом выше, чем с прямым.
Объемная штамповка – вид обработки металлов давлением, при котором формообразование поковки осуществляется пластическим деформированием заготовки в специальном инструменте – штампе. Полости в верхней и нижней частях штампа называют ручьями штампа. Течение металла в штампе ограничивается поверхностями полости штампа, и в конечный момент штамповки при смыкании они образуют единую замкнутую полость, соответствующую по конфигурации штамповке.
Исходным материалом для горячей объемной штамповки служат прокатанные или прессованные прутки круглого, квадратного или прямоугольного сечения, а также периодический прокат. Штамповку можно вести непосредственно от прутка с последующим отделением его от штампованной части, однако чаще предварительно от прутка отрезают мерные куски.
Штамповке подвергают чаще всего углеродистые или низколегированные стали, реже цветные металлы и сплавы. Основными достоинствами горячей объемной штамповки являются: высокая производительность (до сотен поковок в час); меньшие припуски и допуски, чем при ковке (это приводит к упрощению механической обработки и снижению ее трудоемкости); квалификация штамповщика может быть существенно меньшей, чем кузнеца.
Процесс штамповки выполняется в зависимости от вида поковки, рода материала и характера производства на установках различного вида. Наиболее широкое распространение получила штамповка на молотах, прессах, горизонтально-ковочных машинах и другом оборудовании. Молоты представляют собой машины динамического действия на обрабатываемый металл и чаще всего характеризуются массой падающих частей.
В зависимости от типа штампа горячую объемную штамповку подразделяют на штамповку в открытых штампах, штамповку в закрытых штампах и в штампах для выдавливания.
К листовой штамповке относятся методы получения деталей и изделий, для которых в качестве исходной заготовки используют листовой материал, трубные заготовки, катаные и гнутые профили. Листовую штамповку осуществляют как в холодном, так и подогретом состоянии. Горячей листовой штамповкой получают крупногабаритные детали паровых и гидравлических турбин большой мощности, детали прессов, прокатных станов и другие.
Основы материаловедения
Тесты по основам материаловедения. Свойста металлов обеспечивающих возможность их успешной обработки давлением.
Просмотр содержимого документа
«Основы материаловедения»
ОСНОВЫ МатериаловедениЯ
I Вариант
1. Какое из перечисленных свойств металлов обеспечивает возможность их
успешной обработки давлением:
1. высокая прочность
2. высокая теплопроводность
3. высокое электросопротивление
4. высокая пластичность
5. хорошие литейные свойства
2. Каково максимальное (теоретически) содержание углерода в сталях (в %):
3. Каково основное достоинство быстрорежущих сталей:
1. высокая твердость
2. коррозионная стойкость
3. высокая прочность
4. низкая стоимость
5. высокая теплостойкость
4. Какая термическая обработка применяется для придания ответственным
стальным изделиям оптимальных механических и эксплуатационных свойств:
4. закалка + отпуск
5. горячая пластическая деформация
5. Какая характерная особенность баббита, серого чугуна и свинцовой бронзы
обусловливает возможность их применения для подшипников скольжения:
1. гетерогенная (неоднородная) структура
2. высокая твердость
3. низкая твердость
5. низкая температура плавления
6. Какое из перечисленных свойств (параметров) в наибольшей степени
характеризует сопротивление материала хрупкому разрушению:
2. предел прочности
3. относительное удлинение
4. ударная вязкость
7. Какая технология применяется для получения изделий из ковкого чугуна:
1. холодная штамповка
2. горячая пластическая деформация
4. литьё с применением модифицирования
5. длительный отжиг отливок из белого чугуна
8. Из какого сплава следует изготовить режущи хирургический инструмент
многоразового использования:
9. Какой вид термической обработки необходим для полной ликвидации
наклепа в металле:
1. низкий отпуск
3. рекристаллизационный отжиг
10. Какой из перечисленных сплавов принципиально не упрочняется
термической обработкой:
11. Какой процесс приводит к полному возвращению свойств наклепанного
металла в исходное (до деформации) состояние:
12. Какова цель модифицирования высокопрочных чугунов:
1. измельчение пластинок графита
2. получение перлитной структуры металлической основы
3. придание графитным включениям шаровидной формы
4. уменьшение количества цементита в структуре
5. устранение ледебурита в структуре
13. Какую марку стали следует предпочесть для изготовления недорогого
изделия методом холодной штамповки:
14. Какую структуру должна иметь ответственная деталь из среднеуглеродистой
стали, работающая при динамических (ударных) нагрузках:
2. феррит + перлит
3. мартенсит + цементит вторичный
4. мартенсит отпуска
5. сорбит отпуска
15. Какая заключительная операция термической обработки сообщает сплаву
Д16 максимальную прочность:
2. низкий отпуск
3. искусственное старение
4. естественное старение
5. рекристаллизационный отжиг
16. Какой тип решетки имеет железо при комнатной температуре:
2. простая кубическая
3. объемноцентрированная кубическая
4. гранецентрированная кубическая
17. С какой из перечисленных структур чугун должен обладать наибольшей
1. шаровидный графит (Г) + феррит (Ф)
2. шаровидный Г + перлит (П)
3. пластинчатый Г + П
4. хлопьевидный Г + Ф + П
5. хлопьевидный Г + Ф
18. Какой химический элемент преобладает в сталях:
19. Какая фаза должна обязательно присутствовать в стали при температуре
её нагрева под закалку:
20. Какую структуру имеют латуни, обладающие наибольшей пластичностью:
4. однофазную аустенитную
5. однофазную ферритную
21. Как изменяются твердость и пластичность углеродистых сталей с
увеличением содержания в них углерода:
1. твердость и пластичность растут
2. твердость и пластичность падают
3. твердость растет, пластичность падает
4. твердость падает, пластичность растет
5. твердость растет, пластичность не изменяется
22. Какова основная структурная составляющая углеродистых сталей в
равновесном (отожженном) состоянии при комнатной температуре:
23. По каким из перечисленных свойств серые чугуны выгодно отличаются
от углеродистых сталей:
2. антифрикционные свойства
3. литейные свойства
4. обрабатываемость резанием
5. прочность
24. Как изменяется прочность и пластичность стали с повышением температуры отпуска:
1. прочность и пластичность увеличиваются
2. прочность растет, пластичность падает
3. прочность падает, пластичность растет
4. прочность не изменяется, пластичность растет
5. прочность и пластичность уменьшаются
25. Какой из перечисленных сплавов следует использовать для литых деталей
самолетов, переносных приборов и т.п.
II Вариант
1. Что такое наклеп (нагартовка)? Это:
1. упругая деформация
2. пластическое деформирование металла
3. холодная пластическая деформация
4. горячая пластическая деформация
5. упрочнение металла в результате холодной пластической деформации
2. Укажите все кристаллические фазы, присутствующие в железоуглеродистых
3. Какую марку стали следует использовать для изготовления инструмента,
обрабатывающего детали на больших скоростях резания:
4. Какая обработка стальных изделий называется улучшением:
1. закалка + низкий отпуск
2. высокий отпуск
3. закалка + высокий отпуск
4. шлифовка поверхности
5. дробеструйная обработка
5. Какой из перечисленных химических элементов обязательно присутствует
6. Какие дефекты кристаллической решетки обеспечивают высокую
пластичность металлов:
3. атомы примесей
4. дислоцированные (междоузельные) атомы
5. границы зерен
7. Перечислите все типовые структуры металлической основы различных
видов серых чугунов:
3. феррит + перлит
4. ледебурит + цементит первичный
8. Какую марку стали следует предпочесть для сварных конструкций,
работающих в агрессивных средах:
9. Какая структура получается при полной закалке доэвтектоидных сталей:
1. мартенсит + цементит вторичный
4. мартенсит + феррит
10. Каково максимально возможное содержание Zn (в %) в однофазных
() латунях:
11. Какое из перечисленных утверждений неверно? Холодная пластическая деформация:
1. повышает прочность металла
2. повышает электросопротивление
3. снижает пластичность
4. повышает ударную вязкость
5. повышает твердость
12. Наличием какой фазы в структуре серые чугуны отличаются от белых
13. Что такое теплостойкость сплава:
1. способность выдерживать высокие температуры
2. способность не изменять размеры изделия при нагревании
3. способность сохранять высокую твердость при длительном нагревании
4. способность не окисляться при высоких температурах
14. Какая структура обеспечивает максимальную твердость доэвтектоидной
1. перлит + феррит
3. мартенсит отпуска
15. Какие две операции и в какой последовательности используются для
эффективного упрочнения сплавов типа дуралюмин:
4. обработка холодом
16. Какой материал следует использовать для обшивки самолетов:
2. углеродистая сталь
3. высокопрочный чугун
17. Укажите фазы, из которых формируется равновесная структура
углеродистых сталей и белых чугунов при нормальных температурах:
18. Укажите, какую структуру должна иметь сталь У12 после грамотно
проведенной закалки:
1. перлит + цементит вторичный (П+Ц II)
3. аустенит + Ц II
19. Измерение какого механического свойства используется обычно для
контроля качества термической обработки:
20. Какой из перечисленных сплавов успешно используется в качестве
подшипникового (антифрикционного) материала:
21. В чем причина роста твердости сталей в равновесном (отожженном)
состоянии при увеличении содержания в них углерода:
1. уменьшается размер зерна
2. увеличивается наклеп
3. в структуре появляется ледебурит
4. возрастает количество цементита в структуре
5. при большом количестве углерода в структуре появляется мартенсит
22. Какой из перечисленных материалов обладает наибольшей пластичностью:
1. эвтектоидная сталь
2. доэвтектоидная сталь
3. заэвтектоидная сталь
4. доэвтектический белый чугун
5. техническое железо
23. Какой химический элемент (и в каком количестве) делает сталь
коррозионностойкой:
24. Расположите необходимые операции обработки стальных шестерен
в правильной последовательности:
3. высокий отпуск
4. средний отпуск
5. низкий отпуск
25. Укажите два наиболее важных достоинства сплавов типа дуралюмин,
обусловивших их широкое применение в качестве конструкционных
авиационных материалов:
3. хорошая ударная вязкость
4. высокая удельная прочность
5. коррозионная стойкость
Правильный ответ I
(ПО1): 4 (высокая пластичность)
ПО2: 3 (2,14 %С)
ПО3: 5 (высокая теплостойкость)
ПО4: 4 (закалка +отпуск) т.к. обеспечивает оптимальное сочетание прочности, твердости и пластичности, ударной вязкости.
ПО5: 1 (гетерогенная структура) - такая структура, состоящая из мягких и твердых структурных составляющих, обеспечивает хорошее удержание смазки в зоне трения.
ПО6: 4 (ударная вязкость)
ПО7: 5 (длительный отжиг отливок из белого чугуна)
ПО8: 4 (40Х13) ПО9: 3 (рекристаллизационный отжиг) ПО10: 2 (АМц) ПО11: 4 (рекристаллизация) ПО12: 3 (придание графитным включениям шаровидной формы) ПО13: 1 (сталь 08 с минимальным содержанием углерода) ПО14: 5 (сорбит отпуска или зернистый сорбит) ПО15: 4 (естественное старение) ПО16: 3 (объемноцентрированная кубическая ) ПО17: 2 (шаровидный Г + П - высокопрочный чугун на перлитной основе) ПО18: 3 (железо) ПО19: 2 - аустенит, т.к. в результате закалки он превращается в мартенсит, обеспечивающий максимальную твердость, что является целью закалки. ПО20: 1 (однофазную ) ПО21: 3 (твердость растет, пластичность падает) ПО22: 3 (перлит) ПО23: по всем, кроме 5 (прочность) ПО24: 3 (прочность падает, пластичность растет) ПО25: 4 (силумин - литейный Al - сплав)
Правильный ответ II ПО1: 5 (упрочнение металла в результате холодной пластической деформации) ПО2: 2, 3, 5 (феррит, цементит, аустенит) ПО3: 4 (Р6М5) ПО4: 3 (закалка + высокий отпуск) ПО5: 3 (Zn) ПО6: 2 (дислокации) ПО7: 1, 3, 5, (феррит, феррит + перлит, перлит) ПО8: 3 (12Х18Н10Т) ПО9: 2 (мартенсит) получаемый в результате закалки стали. ПО10: 4 (39 % Zn) ПО11: 4 (повышает ударную вязкость) ПО12: 2 (графит) ПО13: 3 (способность сохранять высокую твердость при длительном нагревании) ПО14: 4 (мартенсит) ПО15: 3, 5 (закалка + старение) ПО16: 4 - дуралюмин, т.к. он обладает высокой удельной прочностью (отношение прочности к удельному весу), хорошей коррозионной стойкостью и деформируемостью. ПО17: 2, 3 (феррит и цементит) ПО18: 4 (М + Ц II) ПО19: 2 (твердость) ПО20: 3 (БрС30 - свинцовая бронза) ПО21:4 (возрастает количество цементита в структуре) ПО22: 5 (техническое железо) ПО23: 3 (Cr в количестве 13%) ПО24: 2,1,5 (цементация - закалка - низкий отпуск) ПО25: 4.5 (высокая удельная прочность и коррозионная стойкость)
Обработки материалов давлением
Обработкой давлением называются процессы получения заготовок или деталей машин силовым воздействием инструмента на исходную заготовку из исходного материала.
Пластическое деформирование при обработке давлением, состоящее в преобразовании заготовки простой формы в деталь более сложной формы того же объема, относится к малоотходной технологии. Обработкой давлением получают не только заданную форму и размеры, но и обеспечивают требуемое качество металла, надежность работы изделия.
Существенные преимущества обработки металлов давлением по сравнению с обработкой резанием - возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышения производительности труда, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т. д.) при наименьшей их массе. Эти преимущества обработки металлов давлением способствуют неуклонному росту ее удельного веса в металлообработке.
Классификация технологических процессов
обработки металлов давлением
Процессы обработки металлов давлением по назначению делят на два вида:
1. Для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов). Такие заготовки используются в строительных конструкциях или в качестве заготовок для обработки резанием или давлением. Основные разновидности таких процессов – прокатка, прессование и волочение.
2. Для получения деталей или заготовок (полуфабрикатов), имеющих приближенно формы и размеры готовых деталей. Основные разновидности таких процессов – ковка и штамповка.
Пластическое деформирование в обработке металлов давлением осуществляется при различных схемах напряженного и деформированного состояний, при этом исходная заготовка может быть объемным телом, прутком, листом.
По назначению процессы обработки металлов давлением группируют следующим образом:
– для получения изделий постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления деталей – прокатка, волочение, прессование;
– для получения деталей или заготовок, имеющих формы и размеры, приближенные к размерам и формам готовых деталей, требующих механической обработки для придания им окончательных размеров и заданного качества поверхности – ковка, штамповка.
Основными схемами деформирования объемной заготовки являются:
– сжатие между плоскостями инструмента – ковка;
– ротационное обжатие вращающимися валками – прокатка;
– затекание металла в полость инструмента – штамповка;
– выдавливание металла из полости инструмента – прессование;
– вытягивание металла из полости инструмента – волочение.
Характер пластической деформации зависит от соотношения процессов упрочнения и разупрочнения. Губкиным С.И. предложено различать следующие виды деформации и, соответственно, виды обработки давлением.
Горячая деформация – деформация, после которой металл не получает упрочнения. Рекристаллизация успевает пройти полностью, новые равноосные зерна полностью заменяют деформированные зерна, искажения кристаллической решетки отсутствуют. Деформация имеет место при температурах выше температуры начала рекристаллизации.
Неполная горячая деформация характеризуется незавершенностью процесса рекристаллизации, которая не успевает закончиться, так как скорость ее недостаточна по сравнению со скоростью деформации. Часть зерен остается деформированными и металл упрочняется. Возникают значительные остаточные напряжения, которые могут привести к разрушению. Такая деформация наиболее вероятна при температуре, незначительно превышающей температуру начала рекристаллизации. Ее следует избегать при обработке давлением.
При неполной холодной деформации рекристаллизация не происходит, но протекают процессы возврата. Температура деформации несколько выше температуры возврата, а скорость деформации меньше скорости возврата. Остаточные напряжения в значительной мере снимаются, интенсивность упрочнения снижается.
При холодной деформации разупрочняющие процессы не происходят. Температура холодной деформации ниже температуры начала возврата.
Холодная и горячая деформации не связаны с деформацией с нагревом или без нагрева, а зависят только от протекания процессов упрочнения и разупрочнения. Поэтому, например, деформация свинца, олова, кадмия и некоторых других металлов при комнатной температуре является с этой точки зрения горячей деформацией.
Общие сведения об обработке металлов давлением
1. Обработка давлением основана на способности металлов необратимо изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Она обеспечивает получение заготовок для производства деталей, а в некоторых случаях и самих деталей требуемых форм и размеров с необходимыми механическими и физическими свойствами.
Обработка давлением – прогрессивный, экономичный и высокопроизводительный способ металлообработки, развивающийся в направлении максимального приближения форм и размеров заготовки к форме и размерам детали, что обеспечивает лучшее использование металла, сокращение трудоёмкости последующей обработки резанием и уменьшением себестоимости продукции.
При производстве металлических изделий широко применяют обработку металлов давлением как в горячем состоянии, так и в холодном. Основными способами обработки металлов давлением являются прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка.
Прокатка – один из важных способов обработки давлением, которым обрабатывается более 75% выплавляемой стали.
Прокатка осуществляется захватом заготовки 2 (рис. 22, а) и деформации ее между вращающимися в разные стороны валками 1 прокатного стана; при этом толщина заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличиваются. Валки имеют гладкую поверхность для прокатки листов или вырезанные ручьи, составляющие калибры, для получения круглой или квадратной полосы, рельсов и т. д.
Волочение – процесс, при котором заготовка 2 (рис. 22, б) протягивается на волочильном стане через отверстие инструмента 1, называемого волокой; при этом поперечное сечение заготовки уменьшается; а длина ее увеличивается.
Рис. 22 Схемы основных способов обработки металлов давлением:
а – прокатка; б – волочение; в – прессование; г – ковка; д – объемная штамповка; е – листовая штамповка
Прессование представляет собой выдавливание заготовки 4 (рис. 22, в), помещенной в специальный цилиндр – контейнер 3,через отверстие матрицы 5, удерживаемой матрицедержателем 6;выдавливание производят при помощи пресс – шайбы 2 и пуансона 1. В зависимости от формы и размеров отверстия матрицы получают разнообразные изделия.
Ковка металла заключается в обжатии заготовки 2 (рис. 22, г) между верхним 1 и нижним 3 бойками молота с применением разнообразного инструмента. Свободной ковкой получают поковки различных размеров простой или сложной формы на молотах или прессах.
Штамповка – процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которых определяют форму и размеры получаемой поковки. Различают объемную и листовую штамповку.
При объемной штамповке (рис. 22, д) на горячештамповочных молотах и прессах заготовка 2 деформируется в штампе 1. Листовая штамповка (рис. 22, е) осуществляется на холодноштамповочных прессах. При помощи пуансона 1, прижима 2, матрицы 3 листовая заготовка 4 превращается в изделие.
2. Различают горячую и холодную обработки металлов давлением.
Горячая обработка металлов давлением характеризуется явлениями возврата и рекристаллизации, отсутствием упрочнения (наклёпа); механические и физико-химические свойства металла изменяются сравнительно мало. Пластическая деформация не создаёт полосчатости (неравномерности) микроструктуры, но приводит к образованию полосчатости макроструктуры у литых заготовок (слитков) или к изменению направления волокон макроструктуры (прядей неметаллических включений) при обработке металлов давлением заготовок, полученных прокаткой, прессованием и волочением. Полосчатость макроструктуры создаёт анизотропию механических свойств, при которой свойства материала вдоль волокон обычно лучше его свойств в поперечном направлении.
При холодной обработке металлов давлением процесс пластической деформации сопровождается упрочнением, которое изменяет механические и физико-химические характеристики металла, создаёт полосчатость микроструктуры и также изменяет направление волокон макроструктуры. При холодной обработке металлов давлением возникает текстура, создающая анизотропию не только механических, но и физико-химических свойств металла. Используя влияние обработки металлов давлением на свойства металла, можно изготавливать детали с наилучшими свойствами при минимальной массе.
Для получения заготовок обработкой давлением используют различные деформируемые материалы: углеродистые, легированные и высоколегированные стали, жаропрочные сплавы, сплавы на основе алюминия, меди, магния, титана, никеля и др.
Исходными заготовками для обработки металлов давлением являются плоские и круглые слитки разных размеров и массы из стали и цветных сплавов.
До обработки давлением слитки подвергают механической обработке, которая заключается в отрезке прибыльной и донной частей и очистке поверхности от литейных пороков.
Размеры и масса слитков зависят от их назначения. Цилиндрические слитки предназначаются для изготовления прутков, профилей и труб. Их получают главным образом методом непрерывного литья. Плоские слитки применяют для изготовления различных поковок, листов, лент, полос и т. п.
3. Существенные преимущества обработки металлов давлением по сравнению с литейным производством и обработкой резанием – возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышения производительности труда, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т. д.) при наименьшей их массе.
Эти и другие преимущества обработки металлов давлением (отмеченные ниже) способствуют неуклонному росту ее удельного веса в металлообработке. Совершенствование технологических процессов обработки металлов давлением, а также применяемого оборудования позволяет расширять номенклатуру деталей, изготовляемых обработкой давлением, увеличивать диапазон деталей по массе и размерам, а также повышать точность размеров полуфабрикатов, получаемых обработкой металлов давлением.
Читайте также: