Обработка металлов давлением

Сущность и значение процессов обработки металлов давлением

Способность металлов принимать пластическую дефор­мацию в горячем и холодном состоянии широко использу­ется в технике. При этом изменение формы осуществляет­ся преимущественно с помощью давящего на металл инст­румента, поэтому получение изделий таким способом называется обработкой металла давлением, или пластичес­кой обработкой.

Обработка металла давлением представляет собой важ­ный технологический процесс. При этом обеспечивается не только придание слитку или заготовке необходимой фор­мы и размеров, но совместно с другими видами обработки существенно улучшаются механические и другие свойства металлов.

Обработка металлов давлением основана на использо­вании пластичности металлов, способности твердого тела под действием внешних сил необратимо изменять форму без разрушения.

Процессы обработки давлением отличаются высокой производительностью. Так, при прокатке скорость выпус­ка готовой продукции составляет до 20-30 м/с, при горя­чей объемной штамповке за одну минуту на штамповоч­ном молоте или прессе изготавливают 2—3 поковки, при холодной листовой штамповке на одном прессе-автомате в одну минуту изготовляют до 1500 мелких деталей.

Основные виды обработки металлов давлением

Процессы обработки металлов давлением включают прокатку, волочение, прессование, объемную ковку и лис­товую штамповку.

Прокатка — процесс, при котором заготовка под дей­ствием сил трения втягивается в зазор между вращающи­мися валками и пластически деформируется ими (рис. 14).

Волочение — процесс протягивания катанного или прессованного прутка (или трубы) через постепенно сужа­ющееся отверстие в инструменте, называемом волочильной матрицей.

Прессование — процесс выдавливания металла из замк­нутой полости контейнера через матрицу, площадь отвер­стия которой меньше площади поперечного сечения исход­ной заготовки.

Ковка — процесс горячей обработки металлов давле­нием при помощи бойков или универсального подкладного инструмента. При ковке металл заготовки пластически де­формируется, постепенно приобретая заданную форму, раз­меры и свойства.

Объемная штамповка — придание заготовке заданной формы и размеров путем принудительного заполнения ма­териалом рабочей полости штампа. В отличие от ковки пластическое течение при штамповке ограничивается стен­ками матрицы.

Различают горячую и холодную объемную листовую штамповку.

 

Вовлечение

Обработка металла волочением, т. е. протягивание прутка через отверстие, выходные размеры которого мень­ше, чем исходное сечение прутка, 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 с тонкой стенкой.

В результате волочения поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина увеличивается.

Волочением обрабатывают стали разнообразного хими­ческого состава, а также практически все цветные метал­лы и их сплавы.

Волочение выгодно отличается от механической обра­ботки металла резанием, так как при этом отсутствуют отходы металла в виде стружки, а сам процесс производи­тельнее и менее трудоемок.

Технологический процесс волочения состоит из трех ос­новных стадий: подготовка металла (очистка от окалины, нанесение смазки, заделка концов), волочение по опреде­ленному режиму и отделка (удаление дефектов, правка, резка на мерные длины, маркировка, консервационная смазка и пр.).

 

Ковка и штамповка металла

Ковкой и штамповкой изготовляют металлические из­делия — поковки, из которых затем получают детали, иду­щие на сборку машин, приборов, агрегатов и т. д. В ряде случаев штамповкой получают непосредственно готовые детали.

Поковки отличаются от детали припуском — опреде­ленным слоем металла поковки, снимаемом при последую­щей механической обработке,

Ковку и штамповку применяют почти во всех отрас­лях промышленности и особенно в машиностроении. Про­цессы штамповки имеют также важное значение при про­изводстве неметаллических изделий.

 

Литейное производство

Литейным производством называется процесс изготов­ления металлических заготовок (отливок) путем заливки жидкого металла в специально приготовленную форму. Форма заполняется металлом через систему каналов, на­зываемую литниковой системой. При этом наружные очер­тания отливки определяются полостью формы, а внутрен­ние образуются соответствующими фасонными вставками, называемыми стержнями.

После затвердения отливки ее извлекают из формы, ос­вобождают от литниковой системы, очищают и отправля­ют на механическую обработку. В ряде случаев отливки предварительно проходят термическую обработку.

Отливки могут быть или вполне готовыми деталями, или заготовками для окончательной обработки в механи­ческих цехах. В последнем случае на отливках помимо припуска на усадку предусматривается также припуск на обработку.

 

Основные способы получения отливок

Для получения отливок изготовляют разовые, полупо­стоянные и постоянные формы. Разовые формы изготовля­ют из формовочных (песчанно-глинистых) смесей. При вы­емке отливки формы разрушают.

Разовые песчаные формы имеют наибольшее примене­ние, но с развитием прогрессивных методов литья их удель­ный вес уменьшается. Полупостоянные формы изготовля­ют из огнеупорных материалов (шамота, графита, асбес­та и др.), поэтому одну форму используют несколько десятков раз. Постоянные формы изготовляют из металла; их используют до 1000 раз и более.

Каждая форма состоит из нескольких частей. Число ча­стей формы зависит от конструкции отливки и принятой технологии изготовления формы.

В литейном производстве широко применяют специаль­ные способы литья: в металлические формы (кокили), цен­тробежное литье, литье под давлением, литье по выплав­ляемым моделям и др. Такими способами можно получить отливки высокой точности, с минимальными припусками по размерам, с высокой чистотой поверхности. Это сокра­щает или совсем исключает механическую обработку на ме­таллорежущих станках, дает экономию металла, особенно важную при использовании дорогостоящих и дефицитных сплавов, снижает трудоемкость и стоимость детали.

 

Технологический процесс получения отливок в разовых песчано-глинистых формах

Технологический процесс производства отливок в зем­ляных формах включает следующие операции: изготовле­ние модельно-стержневой оснастки; приготовление формо­вочных и стержневых смесей.

 

В зависимости от вида энергии различают три класса сварки: термическая, термомеханическая и механическая.

К термическому классу относятся виды сварки, осущест­вляемой плавлением: дуговая, газовая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, термитная и др.

К термомеханическому классу относятся виды сварки, при которых используется тепловая энергия и давление: контак­тная, диффузионная, газопрессовая, дугопрессовая и др.

К механическому классу относятся виды сварки, осуще­ствляемые с использованием механической энергии и давле­ния: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и др.

В зависимости от технических признаков (способа за­щиты металла в зоне сварки, непрерывности процесса и степени механизации) сварку различают:

- По способу защиты металла: сварку в воздухе, вакуу­ме, защитных газах, под флюсом, по флюсу, в пене и с комбинированной защитой. В качестве защиты могут применяться активные газы, а также смесь инертных и активных газов. Защита расплавленного металла га­зом может быть струйной или в контролируемой ат­мосфере.

- По непрерывности процесса: непрерывные и прерывис­тые виды сварки.

- По степени механизации: ручные, механизированные, автоматизированные и автоматические.

Процессы сварки плавлением

Среди процессов сварки плавлением широкое примене­ние получила электродуговая сварка, при которой источ­ником тепла является электрическая дуга, которая обра­зуется между двумя электродами в той или иной среде.

Температура электрической дуги зависит от материала электродов. В центре дуги по ее оси температура достигает 6000-7000 "С. При электродуговой сварке на нагревание и расплавление металла используется 60—70% тепла. Ос­тальное количество тепла (30-40%) рассеивается в окру­жающем пространстве.

Наиболее распространенными способами электродуго­вой сварки являются ручная дуговая сварка, автоматическая сварка под слоем флюса, электрошлаковая сварка, сварка в защитных газах и др.

Ручная дуговая сварка. Наибольший объем среди дру­гих видов сварки занимает ручная дуговая сварка. Сварку выполняют электродами, которые вручную подают в зону горения дуги и перемещают вдоль свариваемого изделия (рис. 18). Дуга горит между стержнем электрода 1 и ос­новным металлом 2. Под действием тепла дуги электрод и основной металл плавятся, образуя металлическую свароч­ную ванну 3.

Так как сварные конструкции обычно изготавливаются из стали, то наибольшее распространение получили сталь­ные электроды диаметром 1—10 мм и длиной до 450 мм. Поверхность таких электродов обычно покрыта слоем спе­циальной обмазки. По мере плавления электрода, обмазка плавится, образуя защитную среду для капель расплав­ленного металла за счет дымообразующих веществ, а ред­коземельные металлы, содержащиеся в обмазке способствуют поддержанию дугового разряда, за счет уменьшения работы выхода электронов. По мере перемещения элект­рода расплавленный основной металл и электродный кри­сталлизуется, а обмазка превращается в шлак, располагаю­щийся на поверхности шва. Шлак защищает расплавлен­ный металл от окисления, насыщения азотом.

 

Процессы сварки давлением

Сварка давлением — процесс соединения деталей на­гревом их в месте контакта до пластического или жидкого состояния с применением одновременного или последую­щего сильного сжатия, обеспечивающего взаимодействие атомов металла.

Контактная сварка является одним из высокопроизво­дительных способов сварки; она легко поддается механи­зации и автоматизации, вследствие чего ее широко приме­няют в машиностроении и строительстве.

Контактную сварку по форме свариваемого соединения, определяющего тип сварочной машины, разделяют на точеч­ную, роликовую и стыковую. Нагрев металла при всех видах контактной сварки происходит за счет выделения тепла при прохождении электрического тока по свариваемым деталям.

Для получения сварной точки (рис. 21).детали 1 и 2 помещают между сжимающимися электродами 3 и 4 или роликами 5.

Сварочный ток доводит металл между электродами до плавления, а прилегающую к ядру зону — до пластичес­кого состояния. После кристаллизации расплавленного ядра давление снимается.

Газовая сварка металлов

Газовая сварка находит широкое применение при свар­ке деталей малой толщины, чугуна, цветных металлов и сплавов.

При газовой сварке металл нагревают высокотемпера­турным газовым пламенем, которое получается при сгора­нии горючего газа в атмосфере кислорода.

В качестве горючих газов можно использовать природ­ные газы, водород, пары бензина и керосина, нефтяные газы, ацетилен и др.

Для сварочных работ получил наибольшее применение ацетилен, С₂Н₂, так как он обладает наивысшей теплотвор­ной способностью по сравнению с другими газами и дает самую высокую температуру при сгорании, равную при­мерно 3200 °С.