1. .Обработка Ме давлением объединяет ряд формообразующих операций за счет пластической деформации; пластическая деформация при этом осуществляется за счет воздействия внешних сил. При пластической деформации изменение формы и размеров тела сохраняются и после снятия внешнее нагрузки. Существенное преимущество процесса ОМД перед резаньем является значительно уменьшение отхода материала, а также повышение производительности труда, поскольку в результате однократного действия сил можно получить размеры и формы детали приближенные к окончательным. Пластическая деформация сопровождается значительным изменением физико-механических свойств материала. Любая пластическая деформация является следствием перемещения частиц; перемещение частиц происходит по таким поверхностям, которые имеют наименьшую связь между атомами; перемещение может быть межзеренным и внутризеренным.

Существуют два основных механизма пластической деформации:

1. Диффузионный механизм; реализуется при повышенных температурах и малых нагрузках, при приложении к телу внешней силы, самодиффузия Ме идет направленно, в результате действия внешней силы, диффузионная деформация идет очень медленно.

2. Сдвиговой механизм, заключается в упорядоченном смещении отдельных частей под действием внешней силы. Сдвиговая деформация начинается почти мгновенно с приложением силы, сдвиговая деформация идет как при низких, так и высоких температурах.

При температурах < (0.3-0.4) температуры плавления самодиффузия идет крайне медленно и основным механизмом деформации является сдвиговой.

Есть 2 сдвиговых механизма:

1.Скольжение

2. Двойникование

При скольжении атомы соседних плоскостей сдвигаются на расстояния равные межатомным; при двойниковании, это смещение не кратное целому межатомному расстоянию, более того эти расстояния пропорциональны удалению сдвиговой плоскости, от плоскости двойникования.

2.Факторы, влияющие на пластичность Ме:

1. Температура. При повышение температуры - пластичность возрастает.

2. Степень и скорость деформации. Оказывает одновременно упрочняющее и разупрочняющее действие. С увеличением степени деформации с одной стороны увеличивается наклеп Ме, следовательно пластичность уменьшается, но с другой стороны увеличивается процесс рекристаллизации, что ведет к разупрочнению материала, т.е. к повышению пластичности. Аналогично с увеличением скорости деформации, уменьшает время протекания процесса рекристаллизации, следовательно снижается пластичность, с другой стороны с повышением скорости деформации увеличивается количество выделенной теплоты, которая не успевает рассеиваться в окружающую среду, а следовательно происходит повышение температуры Ме и стало быть возрастает пластичность.

Хим. состав сплавов. К вредным примесям, снижающих пластичность относят: азот, водород, серу, фосфор.

Микроструктура. На пластичность оказывает влияние размер зерен, форма зерна и однородность структуры: чем мельче зерно, пластичность выше. Преимущество перед пластинчатой структурой.

Механическая схема деформации представляет собой совокупность схем главных напряжений и главных деформаций, т.е. в любой точке тела можно выбрать 3 взаимно перпендикулярных плоскости, на которых касательные напряжения равны нулю, будет действовать только нормальные напряжения-главные напряжения

Возможны следующие схемы главных напряжений.

Линейные

Плоские схемы

Первые две схемы - одноименные, третья – разноименные

Объемные

Первые две схемы – одноименные, вторые две – разноименные

Схемы главных деформаций

Схема главных напряжений и главных деформаций не всегда симметричны

Если Ме деформируется в условиях 3-х осного равномерного сжатия, то как бы велико напряжение не было, пластической деформации не будет, будут только наблюдатся упругие деформации и уменьшения объема

В лияние механической схемы деформации на пластичность тем заметнее, чем менее пластичен материал по своей природе. Наиболее благоприятна схема по пластичности является схема всесторонней деформации: с одной деформацией удлинения и двумя – сжатия. Эта схема реализуется при прессовании

3. Для повышения пластичности и снижения сопротивления деформированию, перед обработкой давлением Ме нагревают обычно до температуры > температуры рекристаллизации. При нагреве на поверхность заготовок образуется слой оксидов, который называется окалиной. Толщина этого слоя зависит от температуры нагрева, выдержке, состава атмосферы печи, состава самого сплава, расположения заготовок в самой печи, наиболее интенсивно процесс окисления идет при температурах выше 900 ºС.

Нагрев углеродистых сталей приводит также к выгоранию углерода с поверхностного слоя на глубину до 2-х мм – это процесс обезуглероживания, и приводит к снижению твердости и прочности стали. Для снижения окалинообразования и обезуглероживания применяют нагрев в защитной атмосфере или вакууме, скоростной нагрев, защитные обмазки и засыпки.

Высокоуглеродистые и высоколегированные стали, имеющие низкую теплопроводность, во избежании образования трещин требуют медленного нагрева. Заготовку из таких сталей загружают в печь с пониженной температурой, выдерживают до выравнивания температуры во всем объеме, затем температуру повышают

Нижняя граница температурного интервала обработки давлением стали составляет 727ºС – температура перлитного превращения, верхняя граница на 100-150ºС ниже температуры плавления. При нагреве до более высоких температур появляются два вида дефектов: перегрев и пережог.

При перегреве резко увеличиваются размеры зерен и стало быть резко падает пластичность, Ме становится непригодным; перегрев для некоторых видов стали может быть устранен обработкой и нормализацией.

Пережог – это окисление Ме по границам зерен при нагреве до температуры близкой к температуре плавления. В результате нарушается связь между зернами и повышается охрупчивание Ме. Пережог неисправим!!!

Время нагрева заготовок под обработку давлением выбирают из двух противоречивых требований:

1. для уменьшения окалинообразования и повышения производительности труда необходимо сократить время нагрева, увеличивая его скорость.;

2. чтобы не образовались трещины, скорость нагрева уменьшают.

5

Волочение - заключается в протягивании заготовки через сужающееся отверстие в инструменте, который называется волоокой или фильерой.

Коэффициент выдержки

(F- площадь поперечного сечения)

Методом волочения можно в частности получать трубы (изменять и диаметр)

1) Обычно для получения необх. профилей требуется деформация, превышающая допускаемое значение для материала. Поэтому применяется волочение через ряд фильер с постепенно уменьшающимся выходным отверстием.

2) Волочение выполняется в условиях холодной деформации, следовательно, Ме сильно наклепывается. Для восстановления пластичности Ме подвергают промежуточному отжигу.

“+”

Волочение обеспечивает точность размеров , низкую шероховатость поверхностей и получение очень тонкостенных профилей.

Получение машиностроительных профилей волочением. Станы, используемые для волочения: барабанный и цепной. Их схемы и принцип работы.

1) Барабанные станы служат для волочения проволоки и прутков небольшого диаметра. Исх. заготовку в виде бунта укладывают на барабан . Предварительно заостренный конец проволоки протягивают через фильеру и закрепляют в приемном барабане, который приводится во вращение электродвигателем.

Существуют станы многократного волочения (до 20 барабанов, перед каждым из которых установлена волока).

2) Цепной стан

Цепной волочильный стан состоит из станины, приводной звездочки, фильеры и еще одной звездочки. Между звездочками имеется цепь, верхняя ветвь которой движется по направлению от фильеры к приводной звездочке. По направляющим станины передвигается тележка, снабженная крюком для захвата цепи и клещами для захвата переднего края заготовки. Такие станы применяются для волочения относительно коротких прутков и труб (до 10 м).

6 При прессовании металл выдавливаеися из замкнутой полости через отверстие, которое имеет форму требуемого профиля. Этим способом изготовляют профили как сплошного, так и полого сечения.

1) Прямое прессование

При прессовании направления движения заготовки и пуансона совпадают.

2) Обратное

Направления движения заготовки и пуансона противоположны.

Применяются также схемы комбинированного прессования.

При прессовании металл подвергается всестороннему и неравномерному сжатию, а следовательно имеет высокую пластичность

( )

Поэтому прессованием можно обработать труднодеформируемые металлы и сплавы, которые другими методами деформирования затруднительно.

Другие “+”:

1)Универсальность применяемого оборудования(позволяет легко переходить на производство профилей различной конфигурации)

2) Высокая точность размеров и малая шероховатость поверхностей получаемых деталей

“-”:

1) достаточно большой объем пресс-остатка(до 20 и >)

2) схема всестороннего сжатия плохо сказывается на инструменте, что приводит к его износу. Для уменьшения износа применяются различные смазывающие материалы.

Инструменты для прессования: контейнер, матрица, пресс-шайба, иглы, обойма.

Оборудованием для прессования могут быть любые пресса: вертикальные, горизонтальные, преимущественно гидравлические.

При прямом прессовании требуется больше усилия, т.к. часть его затрачивается на преодоление трения при перемещении Ме-заготовки внутри матрицы. Следовательно, значительная часть металла не может быть выдавлена (пресс-остаток=30-40% в отдельных случаях).

Усилие при обратном прессовании примерно на 25% меньше. Пресс-остаток примерно в 2 раза меньше.

Сложность конструкции пресса, ограниченность размеров получаемых изделий по длине препятствует широкому применению способа обратного прессования.

8 Объемная штамповка – вид ОД, в ходе которого происходит пластич. деформирование заготовки в штампе. Заготовка принимает форму рабочей полости штампа. Полости в верхней и нижней частях - ручьи штампа. Заготовками для ГОШ обычно служит прокат круглого, квадратного, прямоугольного сечений. Это чаще всего углер. и низкоуглер.стали, реже цветные Me и сплавы. Штамповка обеспечивает выс. точность размеров, качество поверхности, (квалификация штамповщика может быть меньше чем кузнеца!), но применяют ее в массовом крупносерийном производстве, иначе затраты не окупаются. Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла- облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет основной металл целиком заполнить всю полость. Последовательность заполнения: на I стадии происходит свободная осадка заготовки до соприкосновении с боковыми стенками штампа, в момент начала образования заусенца заканчивается II стадия. На III стадии заусенец закрывает полость штампа и ручей заполняется окончательно. НА IV стадии вытесняется избыток Me из полости штампа и окончательное смыкание.

10 Поковки простой конфигурации обычно изготовляют в штампе, имеющий 1 ручей – одноручьевые штампы. Поковки сложных форм штампуют в многоручьевых штампах или в нескольких штампах. В многоручьевых штампах ручьи подразделяют на заготовительные и штамповочные. Заготовительные – протяжные, подкатные, гибочные, площади под осадку. Протяжный ручей служит для увеличения длины отдельных участков заготовки за счет уменьшения площади поперечного сечения. Подкатной ручей служит для увеличения сечения заготовки за счет уменьшения сечений рядом лежащих участков, т.е. для перераспределения объема вдоль оси. Пережимной ручей – служит для уширения заготовки поперек ее оси. Гибочный ручей – для изготовления поковок с изогнутой осью. Штамповочный ручей – окончательный(чистовой) и предварительный(черновой). Чистовой ручей служит для окончательного оформления поковки форма ч.р. также близка к форме поковки. Черновой ручей – для снижения износа чистового ручья. Если есть черновой ручей, то формообразование происходит в нем, а чистовой ручей для доводки. В многоручьевом штампе чистовой ручей располагается в центре штампа, т.к. основное усилие возникает в нем.

4. Машиностроительный профиль-это длинномерное изделие с определенной формой поперечного сечения. Наиболее распространенным методом получения машиностроительных профилей является прокатка

В основе прокатки лежит схема ротационного обжатия вращающимися валками, которая обусловлены силами трения между инструментом и заготовкой, благодаря которым заготовка размещается между валками, одновременно деформируются.

Деформацию заготовок оценивают величиной обжатия, выраженной в %:

ε=(H0-H1)/H0*100%

Другой характеристикой деформации является коэффициент выдежки:

μ=l1/l0=F0/F1

Где

l,F с индексом 0 – длина и площадь вала до прокатки

l,F с индексом 1 - длина и площадь вала после прокатки

Наиболее распространенный вид прокатки – продольная прокатка. Оси валков при продольной прокатке параллельны. Валки, вращаясь в одном направлении, придают вращение заготовке, которая перемещаясь вдоль оси валков, деформируется.

При поперечной прокатке, валки, вращаясь в боковом направлении, придают вращение заготовке, которая, перемещается вдоль оси валков, деформируется.

При поперечно-винтовой прокатке, валки расположены под углом и сообщают заготовке при деформировании вращательное и поступательное движение

Условие захвата Ме валками при продольной прокатке:

Для осуществления захвата заготовки валками должно выполнятся условие захвата:

Tx > Nx

Со стороны валка на заготовку действуют нормальная сила N и сила трения T

Tx > Nx

Tcosα> Nsinα

Учитывая, что T=fN

fNcosα> Nsinα

f>tgα –условие захвата

f – коэффициент трения

При горячей прокатке гладкими валками α=15-24º

При холодной α=5-8º

Получение машиностроительных профилей прокаткой Ме. Инструмент для прокатка. Виды валков: гладкие, ступенчатые, ручьевые. Понятие о ручье и калибре валков. Схема и последовательность получения бесшовных труб.

Машиностроительный профиль-это длинномерное изделие с определенной формой поперечного сечения. Наиболее распространенным методом получения машиностроительных профилей является прокатка

В основе прокатки лежит схема ротационного обжатия вращающимися валками, которая обусловлены силами трения между инструментом и заготовкой, благодаря которым заготовка размещается между валками, одновременно деформируются.

Инструментом для прокатки служат валки, которые в зависимости от выпускаемого полуфабриката могут быть гладкими – для получения листа, ступенчатыми – для прокатки полосовой стали и ручьевыми – для получения сортового проката.

Валки состоят из бочки (рабочая часть валка), шеек (цапф) и трефы.

Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка, а совокупность двух ручьев пары валков образуют калибр. На каждой паре ручьевых валков обычно размещают несколько калибров.

При прокатке бесшовных труб первой операцией является прошивка – образование отверстия в слитке или круглой заготовке. Эту операцию выполняют в горячем состоянии на прошивных станах. Наибольшее применение получили прошивные станы с двумя бочкообразными валками, т.е. используется принцип поперечно-винтовой прокатки. При этом в Ме возникают радиальные растягивающие напряжения, которые вызывают течение Ме от центра в радиальном направлении и облегчают прошивку отверстия оправкой, устанавливаемой на пути движения заготовки.

Второй этап – прокатка полученных заготовок на раскатных станах (здесь получают уже трубы требуемого диаметра и толщины)

Основные способы раскатки труб: на автоматических и пилигримовых (периодических) станах. На автоматическом стане прошитую гильзу раскатывают между двумя валками с последовательно расположенными круглыми калибрами и оправкой . оправку закрепляют на длинном стержне таким образом, что зазор между оправкой и калибром валка определяет толщину стенки трубы. Для получения равномерной деформации стенки прокатку ведут с поворотом трубы на 90º после каждого прохода.

Оборудованием для прокатки служат прокатные станы. Прокатным станом называется технологический комплекс последовательно расположенных машин и агрегатов, предназначенных для пластической деформации металлов в валках, дальнейшей их обработки, отделки и транспортировки.

Комплект прокатных валов со станиной называют рабочей плетью. Рабочая плеть вместе с механизмом вращения образует рабочую линию прокатного стана.

Прокатные станы по числу и расположению валков могут быть: -дуо, трио-, кварто.

1) Двухвалковая рабочая плеть(стан)

Если валки при этом могут вращаться только в одном направлении, то такая плеть называется реверсивной. Такие плети применяются для прокатки сортового Ме, проволоки и тонких листов.

Если валки могут вращаться в двух направлениях – реверсивные плети. Они применяются для прокатки массивных слитков, крупных листов, толстых профилей.

2) Трио

Направление вращения валков = const. Деформируемая заготовка после каждого прохода смещается в новое положение. Ср. валок также находится в постоянном вращении. Такие плети примен. для прокатки сортового проката.

3) Четырехвалковый стан

Кварта - четыре валка, расположенные в одной плоскости. Два средних малого калибра имеют привод от механизма вращения и являются рабочими. Два других (большего диаметра) отдельного привода не имеют и выполняют функции опорных, уменьшая деформации и напряжения рабочих

4) Многовалковые

Имеют > 6 валков. При этом обычно рабочие валки малого диаметра привода не имеют. Их вращение обеспечивается за счет трения от промежуточных валков, имеющих привод.

Многовалковые станы испол. для создания листов большой точности и прокатки тонких лент и фольг толщиной <0,2 мм.

5) Универсальные станы - имеют парные горизонтальные и вертикально расположенные валки, ограничивающие течение металла в ширину. Расстояние между валиками может изменятся, следовательно эти станы позволяют получать как лист, так и любой прямоугольный профиль с равными боковыми стенками.

7 Ковка является единственно возможным способом получения поковок большой массы(до 250т). Ковка – вид горячей обработки давлением, при котором Ме деформируется с помощью универсального инструмента. Нагретую заготовку укладывают на нижний боек и универсальным инструментом – верхним бойком последовательно деформируют на отдельных участках заготовки. Ме свободно течет в стороны не ограниченные рабочим поверхностями инструмента, в качестве которого применяют плоские или фигурные (вырезные) бойки, а также различный подкладной инструмент. Т.к. ковкой получают тяжелые поковки, то используют ковку для получения типа валов гидрогенераторов, турбинных дисков, коленчатых валов судовых двигателей, валков прокатных станков.

О садка – операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения. Осадкой не рекомендуется деформировать заготовки, у которых отношение высоты заготовки к диаметру больше чем 2,5, так как в этом случае может произойти продольное искривление заготовки.

Р азновидностью осадки является высадка, при которой осадки подвергаются часть заготовки.

Течение Ме при деформировании сопровождается скольжением его частиц по поверхности инструмента. В результате между инструментом и заготовкой возникают силы контактного трения, направленные против течения Ме. Наличие трения вызывает увеличения усилия деформирования, повышает износ инструмента. Является причиной неоднородности деформации. В результате действия сил трения, заготовка при осадке приобретает характерную бочкообразную форму.

По величине деформации в заготовке можно отметить 3 зоны.

1 – зона затрудненной деформации(застойная зона, минимальная деформация)

2 – зона интенсивной деформации

3 – зона средней деформации между 1 и 2 зонами.

1 Протяжка - операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади ее поперечного сечения.

Протяжку производят последовательными ударами или нажатиями на отдельные участки заготовки, примыкающие один к другому с подачей заготовки вдоль оси протяжки и часто с поворотами заготовки на 90-100⁰.

Протяжка имеет ряд разновидностей

1) Разгонка-операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины

2) Протяжка с оправкой - это операция увеличения длины пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины е стенок.

Протяжку выполняют в вырезных бойках или в нижнем вырезном, а верхнем-плоским на слегка конической оправке

3) Раскатка на оправке- операция одновременного увеличения наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счет уменьшения ее толщины.

Заготовка опирается внутренней поверхностью на цилиндрическую оправку, устанавливаемую концами на подставку. Заготовка деформируется между оправкой и узким длинным бойком. После каждого нажатия заготовку поворачивают относительно оправки.

2 Прошивка- это операция получения отверстия в заготовке путем вытеснения металла.

Прошивкой можно получать сквозные отверстия(пробивка) и углубления(глухая прошивка).

Инструмент для прошивки-прошивня. Они могут быть сплошными и пустотелыми.

При сквозной прошивке более тонких поковок прим. подкладные кольца (более толстые-с двух сторон без колец)

Выдра-отход прошивки

3 Отрубка - операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента-топора.

Отрубку прим. для получения из длиномернной заготовки нескольких коротких, для удаления излишков Ме на конце паковки, а также удаления донной и прибыльной части слитков.

4 Гибка- операция придания заготовке изогнутой формы по замкнутому контуру.

Операцией гибки получают угольники, скобы и т.д.

Гибка сопровождается искажением первоначальной формы поперечного сечения заготовки и уменьшения его площади в зоне изгиба. Для компенсации этого в зоне изгиба заготовке придают увеличенные размеры.

9 Объемная штамповка – вид ОД, в ходе которого происходит пластич. деформирование заготовки в штампе. Заготовка принимает форму рабочей полости штампа. Полости в верхней и нижней частях - ручьи штампа. Заготовками для ГОШ обычно служит прокат круглого, квадратного, прямоугольного сечений. Это чаще всего углер. и низкоуглер.стали, реже цветные Me и сплавы. Штамповка обеспечивает выс. точность размеров, качество поверхности, (квалификация штамповщика может быть меньше чем кузнеца!), но применяют ее в массовом крупносерийном производстве, иначе затраты не окупаются.

Штамповка в закрытых штампах хар-ся тем, что полость штампа в процессе деформирования остается постоянно закрытой. Зазор м/д подвижной и неподвижной частями постоянный и небольшой. Образование облоя непредусмотрено. При з.ш. необходимо строго соблюдать равенство объемов, поковки и исходной заготовки, иначе при недостатке металла будет незаполнение штампа, а при избытке – размер поковки по высоте будет больше требуемого. Расход металла при з.ш. меньше, чем при открытой, т.к. нет отходов на облой. Поковки, полученные в з. Штампах имеют более благоприятную структуру, т.к. волокна Ме не перерезаются в месте выхода в облой.

В з.ш. Ме деформируется в условиях всестороннего неравномерного сжатия. Штамповка в з.ш. позволяет деформировать малопластичные материалы, усилия при з.ш. могут быть выше.