Раздел 6. Технология обработки металлов давлением

Тема 6.1. Прокатка, прессование и волочение

Общие сведения об обработке металлов давлением. Пластическая деформация металла. Явления наклепа, возврата и рекристаллизации. Тепловой режим при обработке металлов давлением.

Прокатка. Сущность, цели и виды прокатки. Классификация продукции прокатного производства.

Волочение. Сущность процессов и его цели. Схема волочения. Продукция волочильного производства.

Прессование. Сущность, схема прессования, продукция.

Литература: [2], с.224-247; [3], с.225-237

Т е м а 6.2. Ковка и штамповка

Получение заготовок ковкой и горячей объемной штамповкой. Сущность и технология процессов, применяемый инструмент, оборудование и оснастка. Автоматизация процессов. Технологичность поковок. Получение заготовок и деталей холодной объемной штамповкой. Сущность и технология процесса, инструмент, оборудование.

Получение заготовок и деталей листовой штамповкой. Разделительные и формоизменяю­щие операции листовой штамповки. Инструмент, оборудование, оснастка. Автоматизация листовой штамповки.

Литература: [2], с.247-274; [2], с.237-243

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

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 трудоемкости последующей обработки резанием и уменьшение себестоимости продукций.

Обработке давлением подвергают 90% всей выплавляемой стали, 55% цветных металлов и сплавов. В автомобиле количество деталей из кованых и штампованных заготовок составляет 90%.

Большинство методов обработки металлов давлением имеют очень высокую производительность, а некоторые из них позволяют получать заготовки (детали) с большой точностью размером и высокой чистотой поверхности. Очень перспективными являются методы обработки давлением безотходные (малоотходные).

Основными видами обработки металлов давлением являются; прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка.

Приступая к изучению тем 6.1 и 6.2, необходимо прежде всего разобраться в сущности процесса пластической деформации металлов и сплавов и её влиянии на структуру и свойства металлов. Обработка металлов давлением основана на использовании пластических свойств металлов.Процесс обработки металлов давлением может происходить в холодном и в горячем состоянии.

В результате холодной пластической деформации (наклепа, нагартовки) свойства металла, в том числе механические, меняются. Возрастает предел прочности, а удлинение и сужение уменьшаются.

В результате сдвигов зерна дробятся. Холодная пластическая деформация приводит также к сильному искажению кристаллической решетки.

Невысокий нагрев холоднодеформированного металла ведет только к восстановлению кристаллической решетки. Микроструктура металла заметно не изменяется.

Частичное восстановление свойств за счет устранения искажения кристаллической решетки называется возвратом или отдыхом. Нагрев до более высоких температур (рекристаллизация) приводит к полному восстановлению не только кристаллической решетки, но и микроструктуры. При рекристаллизации старые зерна не восстанавливаются, а заменяются совершенно новыми.

Величина зерна после рекристаллизации зависит от степе­ни предшествующей деформации. Чем выше температура нагрева, тем быстрее протекает рекристаллизация и тем больше величина вновь образовавшихся зерен.

Под холодной пластической деформацией понимается деформация ниже температуры рекристаллизации, т.е. когда отсутствует процесс рекристаллизации и образуется структура наклепанного металла.

Горячей обработкой давлением называется процесс обработки при нагреве детали до температуры выше рекристаллизационной.

Для чистых металлов минимальная температура рекристаллизации по А.Л. Бочвару равна 0,4 от абсолютной температуры плавления (отсчитанной от - 273° , т.е. Т_рек = 0,4 Т_пл)

По шкале Цельсия эту температуру можно определить так:

Т_рек = 0,4(T_пл +273⁰) - 273⁰

С повышением температуры пластичность металла увеличивается, следовательно, на его обработку затрачивается меньше энергии.

Особое внимание учащиеся должны уделить вопросу определения температурного режима горячей обработки сталей в зависимости от содержания в них углерода. Нагретый металл следует обрабатывать давлением в определенном интервале температур.

Если металл нагревать до слишком высокой температуры, то его можно перегреть или даже пережечь. Если нагревать металл до более низких температур, то в мягкой стали образуется наклеп, а в более твердой - трещины. Поэтому углеродистые стали нагревать под обработку давлением следует на 100-200° ниже линии солидуса и заканчивать обработку при температуре на 30-50°выше линии GSK (см. диаграмму "железо-цементит").

Чем меньше углерода содержит сталь, тем выше может быть температура его нагревания.

Температура зоны горячей обработки значительно превышают температуру рекристаллизации, и поэтому получаемый от механического воздействия наклеп немедленно уничтожается вследствие рекристаллизации и образования новых зерен. Это значит, что при горячей обработке давлением одновременно идут два процесса; наклепа и рекристаллизации.

При изучении режима нагрева металла учащимся следует обратить внимание на то, что скорость нагрева зависит от теплопроводности металла. При нагреве металла в нем возникают внутренние напряжения. Они вызваны тем, что скорость проникновения тепла внутрь металла зависит от его теплопроводности. В то время, как наружные слои при нагревании увеличиваются в объеме, внутренние остаются почти неизменными. Это может привести к образованию, трещин, а иногда и к разрушению.

В связи с этим, скорость нагрева необходимо подбирать в зависимости от теплопроводности металла; чем меньше теплопроводность, тем медленнее нужно нагревать металл. Высокоуглеродистые и легированные стали, обладающие малой теплопроводностью, приходится нагревать со значительно меньшей скоростью, чем малоуглеродистые.

Изучение различных видов обработки металлов давлением рекомендуется производить в следующей последовательности:

1. Определение сущности каждого вида обработки.

2. Усвоение общих понятий о принципах работы и устройстве применяемого оборудования и инструментов.

3. Технология процесса обработки.

4. Область применения данного способа обработки и сортамент изготовляемой продукция.

В процессе изучения указанных способов обработки следует рассмотреть схемы прокатки, волочения и прессования, ковки и штамповки, приведенные в рекомендованных учебниках, и зарисовать их в свой конспект.

Наибольшее внимание следует уделить изучению ковки и штамповки, так как эти виды обработки широко применяются в процессе изготовления деталей автомобиля.

В настоящее время на автомобильных заводах действуют автоматические линии штамповки ряда деталей автомобиля. Особенно большой эффект дают автоматические линии штамповки из периодического проката шатуна и других деталей автомобиля.

При ремонте автомобилей ряд поврежденных и изношенных деталей восстанавливается обработкой давлением, причем наиболее часто применяют следующие операции:

1. Осадка - при ремонте полуоси заднего моста ЗИЛ-130.

2. Способ выдавливания - при ремонте головок клапанов автомобиля ГАЗ-53А.

Широко применяются и операции: раздача, обжатие, правка, накатка и т.д. ^;

В заключение учащиеся должны изучить процессы обработки давлением пластмасс в соответствии с программой. Этот вопрос достаточно ясно изложен в рекомендованных учебниках.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. В чем заключается сущность обработки металлов давлением?

2. Кратко объясните сущность пластической деформации.

3. Какие факторы влияют на пластические свойства металлов?

4. Что такое наклеп металла? Как он влияет на структуру и механические свойства металла?

5. Приведите формулу академика А.А.Бочвара и определите с её помощью температуру рекристаллизации чистого железа.

6. Как влияет химический состав сталей но теплопроводность?

7. Что такое перегрев и пережог металла?

8. Пользуясь диаграммой состояния "железо-цементит", определите температурный интервал горячей обработки давлением стали 30.

9. Какие печи применяются для нагрева металлических изделий перед горячей обработкой давлением?

10. В чем заключается сущность прокатки металлов? Поясните работу прокатного стана.

11. В чем заключается сущность волочения? Начертите схему волочения.

12. Изложите сущность процесса обработки металлов прессованием.

13. В чем заключается сущность ковки? Какое влияние оказывает ковка на структуру и свойства металла?

14. Перечислите инструменты и принадлежности, применяемые при ручной ковке.

15. В чем заключается сущность горячей объемной штамповки? Укажите её достоинства.

16. Что такое штамп? Какие виды ручьев имеют штампы?

17. Перечислите и кратко охарактеризуйте операции холодной объемной штамповки.

18. Кратко охарактеризуйте операции холодной листовой штамповки. В чем заключается ее достоинство?

19. Какое оборудование применяется для листовой холодной штамповки?

20. Объясните процессы получения изделий из пластмасс прессованием и штамповкой.

21. Объясните процесс получения деталей из пластмасс способом выдавливания.