Волочение и прессование

Тема 4 «ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ДАВЛЕНИЕМ И РЕЗАНИЕМ»

1. Понятие об упругой и пластической деформации металлов.

2. Прокат и прокатные станы.

3. Основные виды проката.

4. Волочение и прессование.

5. Свободная ковка.

6. Горячая объемная штамповка.

7. Листовая штамповка.

8. Обработка металлов резанием.

Понятие об упругой и пластической деформации металлов

Под обработкой металлов давлением в машиностроении понимают технологические процессы получения заготовок и готовых изделий из черных и цветных металлов путем деформирования их в холодном или горячем состоянии.

Деформация – это изменение формы и размеров твердого тела, под воздействием приложенных к нему нагрузок. Различают деформацию упругую (обратимую) и пластическую (необратимую).

Упругая деформация – деформация, которая исчезает после снятия нагрузок, т.е. тело восстанавливает свою первоначальную форму.

Пластическая деформация – деформация, которая остается после снятия внешней нагрузки. Она сопровождается смещением одной части кристалла относительно другой на значительные расстояния.

Способность металлов и сплавов к пластической деформации имеет важное практическое значение, т.к. все процессы обработки металлов давлением основаны на пластической деформации заготовок.

Пластичность – это способность твердого тела сохранять целостность без видимых макроскопических нарушений в процессе деформирования. Она зависит от химического состава, строения кристаллической решетки металла, температуры, скорости деформирования и ряда других факторов.

При пластической деформации изменяются свойства деформируемого металла и эти изменения принято называть упрочнением или наклепом.

Для восстановления пластичности холоднодеформированного упрочненного металла его подвергают отжигу. Перед горячей обработкой давлением, прокаткой, штамповкой металлы и сплавы нагревают до определенной температуры для повышения их пластичности и уменьшения сопротивления деформирования. В процессе обработки температура металла понижается. Минимальная температура, при которой можно проводить обработку называется температурой окончания обработки давлением.

Область температур между началом и окончанием обработки называют интервалом горячей обработки давлением.

Для углеродистых сталей температурный интервал горячей обработки давлением выбирают в зависимости от содержания в них углерода по диаграмме “железо-углерод”.

Нагрев крупных заготовок чаще всего осуществляется в пламенных печах, в которых сжигается топливо. Мелкие заготовки иногда нагревают в электрических печах.

К основным способам обработки металлов давлением относят такие процессы как: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, горячая и холодная объемная штамповка, листовая штамповка и др.

Процессы обработки давлением отличаются высокой производительностью при небольших отходах металлов и улучшением их физико-механических свойств, что позволяет снизить массу деталей и повысить их надежность.

Прокат и прокатные станы

Сущность процесса прокатки заключается в деформировании (обжатии) металла между вращающимися волками, зазор между которыми меньше толщины обжимаемой заготовки. В результате обжатия толщина заготовки уменьшается, а длина – увеличивается. Заданная толщина проката получается многократным повторением процесса обработки заготовки при постепенном уменьшении зазора между волками.

Современный прокатный стан – сложное оборудование, оснащенное всевозможными механизмами и приборами, которые позволяют полностью механизировать и автоматизировать производственный процесс. В общем случае прокатный стан состоит из рабочей машины, волков нужного профиля, передаточных механизмов и двигателя.

Технологический процесс прокатного производства состоит из следующих этапов:

1) Подготовка исходного металла, его нагрев (в случае горячей прокатки);

2) Прокатка метала и его отделка.

На всех этапах прокатки осуществляется контроль за ходом процесса и состоянием оборудования. На станах окончательной прокатки получают либо законченное изделие (фольга, рельсы), либо изделия, нуждающиеся в последующей обработке (балки, трубы). Вся продукция прокатного производства подвергается отделочным операциям: разрезанию, правке, затем проводится контроль качества и маркировка продукции, иногда проводят термическую обработку, отжег или нормализацию, правление поверхности для обеспечения качества. Отожженный и протравленный прокат называется декапированным.

Основные виды проката

Совокупность профилей с различной формой и размерами сечений называется сортаментом проката. Он делится на 5 групп:

1) Сортовой прокат;

2) Листовой прокат;

3) Трубы;

4) Периодический прокат;

5) Специальный прокат.

Сортовой прокат разделяется на простой (круг, квадрат, шестигранник, овал) и фасонный (уголок, швеллер, бутар, рельс).

Листовой прокат разделяется на толстолистовой (броневая, котельная, резервуарная сталь) и тонколистовой (кровельная, трансформаторная, электротехническая сталь).

Стальные трубы бывают бесшовные, цельнотянутые и сварные из ленты.

Прокат периодического профиля представляет собой полосу или пруток, поперечное сечение которого изменяется по длине проката, воспроизводя форму будущей детали. В последнее время начали производить гнутые профили из полос и лент. Их применяют в автотракторной, авиационной промышленности и строительстве. Сортамент гнутых профилей превышает 400 разновидностей.

К специальным видам проката относят продукцию законченной формы (обод автомобильного колеса, гусеницы трактора).

Волочение и прессование

Волочение – процесс обработки металла при протаскивании его через отверстие, сечение которого меньше исходного сечения заготовки, вследствие чего сечение заготовки уменьшается, а длина увеличивается.

Путем волочения в холодном состоянии изготавливают проволоку, комбинированные прутки различного профиля, тонкостенные трубы. При этом получают изделия точных размеров заданной геометрической формы с чистой и гладкой поверхностью. Заготовками могут служить: прокат, катаная проволока, прутки, трубы, а также прессованные профили. Окончательные размеры изделия обеспечиваются протягиванием через несколько последовательно расположенных отверстий (фильера).

Технологический процесс волочения состоит из 3-х стадий:

1)подготовка металла;

2) волочение по определенному режиму;

3)отделка, маркировка, смазка.

Прессование – процесс выдавливания металла через отверстие матрицы, форма которой соответствует форме готового изделия. Процесс прессования осуществляется при высоких температурах, когда металл обладает высокой пластичностью. Прессованию подвергают медь, цинк, алюминий, олово, свинец и их сплавы. Прессованием получают профили из специальных сталей и титановых сплавов. Исходной заготовкой для прессования служит либо слиток, либо прокат круглого сечения. Прессование проводится на горизонтальных или вертикальных прессах. Процесс прессования высокопроизводителен и обеспечивает высокую точность профиля получаемых изделий. Простая замена матрицы позволяет переходить к изготовлению изделия другого вида. Метод прессования из-за сложности и высокой стоимости оборудования применяется в условиях массового производства сложных профилей.

Свободная ковка

Свободная ковка – способ обработки металлов давлением, при котором заготовке (паковке) придается форма ударами молота или нажатием бойка пресса. В большинстве случаев паковка служит заготовкой для дальнейшей механической обработки. Различают ручную и машинную свободную ковку.

Ручная ковка осуществляется в кузнице.

Машинная ковка осуществляется на кузнечнопрессовых машинах с помощью бойков. Поковка может быть массой до 250тонн.

Процесс свободной ковки трудоемок и мало производителен, однако его вынуждены применять при изготовлении сложных крупногабаритных деталей.

Основными путями повышения производительности труда является механизация трудоемких работ. Это применение манипуляторов, контователей и т.д.