Обработка металлов давлением

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение………………………………………………………………………...2

Упругая и пластическая деформация металлов……………………………....3

Сущность холодной и горячей обработки металлов давлением………….…4

Прокатка металлов: cортамент………………………………………………...5

Специальные машины для прокатки в машиностроении………………… ...6

Технологические возможности………………………………………………..6

Волочение металла……………………………………………………………..7

Инструмент и  машины для волочения………………………………………..7

Прессование……………………………………………………………………..9

Устройство гидравлических прессовых установок…………………………...9

Ковка……………………………………………………………………………..16

Штамповка……………………………………………………………………….18

Листовая штамповка  вырубка………………………………………………….19

Листовая штамповка  вытяжка………………………………………………….19

Оборудование  для штамповки………………………………………………….20

Используемая литература……………………………………………………….24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

        Благодаря пластичности металлов, проявляющейся при деформации в холодном или горячем состоянии, можно изменять форму исходной заготовки, полученной, естественно, каким либо другим методом. Относительно лёгкая обработка металлов давлением во многом определяет их широкое применение.  

      Обработка металлов давлением технологическое свойство настолько существенно, что когда-то даже было основой определения металла (Металл - это светлое тело, которое можно ковать).  

     При пластической деформации металла происходит смещение атомных слоев друг относительно друга внутри кристаллов и смещение кристаллов относительно друг друга. Важной особенностью этого вида деформации является отсутствие разрушения. Конечно, разные металлы и их сплавы обладают различной способностью деформироваться без разрушения. Пластичность металлов оценивается величиной относительного удлинения стандартного образца при разрыве. Эта величина у пластичных металлов колеблется от 10 до 50 %. В настоящее время разработаны сверхпластичные сплавы, относительное удлинение которых при разрыве может достигать сотен процентов.  

    Обработка металлов давлением может осуществляться над сплавами, обладающих высокой пластичностью такими как: низкоуглеродистые стали, сплавы алюминия, меди (латуни), многие легированные стали . 

    Обработка металлов давлением в основном производят при их нагреве, т.к. при нагреве пластичность металлов существенно увеличивается. При нагреве кроме того существенно снижается прочность металлов, поэтому усилия для их деформирования значительно ниже, что позволяет применять более простое оборудование и инструмент.  

Обработка металлов давлением может происходить  несколькими методами, например: прокатка, прессование, волочение, ковка , штамповка.

 

Упругая и пластическая деформация металлов. 

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

   Упругой деформацией называют такую, которая исчезает после снятия нагрузок, т.е. тело восстанавливает свою первоначальную форму. Пластическая деформация остается после снятия внешней нагрузке, (тело не восстанавливает первоначальную форму и размеры).

    Пластическая деформация сопровождается смещением одной части кристалла относительно другой на расстояние, значительно превышающие расстояния между атомами в кристаллической решетке металлов и сплавов.

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

    Величина пластической деформации не безгранична, при определенных ее значениях может начинаться разрушение металла.

     При пластической деформации изменяется не только форма, но и свойства деформируемого металла. В реальном поликристаллическом металле происходит изменение форм зерен (кристаллитов) дробление отдельных зерен, а также ориентация их определенных кристаллографических осей в направлении течения металла. Преимущественная ориентация зерен называется текстурой. Текстура металлов обусловливает анизотропию их механических, магнитных и электрических свойств. В общем случае анизотропия свойств металла отрицательно сказывается при дальнейшей его обработки и эксплуатации изделий. В некоторых случаях специально стремятся создать максимально текстурованный в определенных направлениях для повышения механической прочности или магнитно-электрических свойств.  

Сущность  холодной и горячей  обработки металлов давлением 

    В зависимости от температурно-скоростных условий деформирования различают холодную и горячую деформацию.

   Холодная деформация характеризуется изменением формы зерен, которые вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металла. При холодной деформации формоизменение сопровождается изменением механических и физико-химических свойств металла. Это явление называют упрочнением (наклепом). Изменение механических свойств состоит в том, что при холодной пластической деформации по мере ее увеличения возрастают характеристики прочности. Металл становится более твердым, но мене пластичным. Упрочнение возникает вследствие поворота плоскостей скольжения, увеличение искажений кристаллической решетки в процессе холодного деформирования (накопление дислокаций у границы зерен).

    Изменение, внесенные холодной деформацией в структуру и свойства металла не обратимы. Они могут быть устранены, например, с помощью термической обработки (отжигом).

   В этом случае происходит перестройка, при которой за счет дополнительной тепловой энергии, увеличивается подвижность атомов и в твердом металле без фазовых превращений из множества центров растут новый зерна, заменяющие собой вытянутые “деформированные зерна”. 

       Явление зарождения и роста, новых  зерен взамен деформированных, вытянутых, происходящее при определенных температурах, называется рекристаллизацией. Горячая обработка металлов давлением производится при температурах, значительно превышающих температуру их рекристаллизации. При этом микроструктура металла после обработки давлением оказывается равноосной, без следов упрочнения. Зерна в металле получаются тем мельче, чем больше степень деформации. 

              Перед горячей обработкой давлением металлы и стали нагревают до определенной температуры  для повышения их пластичности и уменьшения сопротивления деформации. Однако в процессе обработки температура металла понижается. Минимальная температура, при которой можно производить обработку, называется температурой окончания обработки давлением. Область температуры между началом и окончанием, в которой металл или сплав обладает наилучшей пластичностью, наименьшей склонностью к росту зерна и минимальным сопротивлением деформированию, называют температурным интервалов горячей обработки давлением. 

     При этом температура нагрева металла выбирается такой, чтобы не возник, пережег либо перегрев. Пережег, характеризуется окислением металла на границе зерен, в результате чего он становится хрупким и при ударе разрушается. Перегрев сопровождается резким ростом размеров зерен, вследствие чего ухудшаются механические свойства.

   Каждый металл и сплав имеет свой строго определенный температурный интервал горячей обработки давлением.  Заготовка должна быть равномерно нагрета по всему объему до требуемой температуры. Нагрев осуществляется в различных печах и нагревательных устройствах. Выбор способа нагрева заготовок определяется технико-экономических соображениями. 

Прокатка  металлов: cортамент 

        Прокаткой называют процесс пластической деформации металла между двумя или несколькими вращающимися рабочими валками. Способы прокатки различают по направлению обработки (продольная, поперечная и винтовая) и по форме получаемого изделия (листовая, сортовая и прокатка труб). Прокатка - наиболее распространенный процесс обработки, через который проходит примерно 90 % всего выплавляемого металла. Прокатку осуществляют, в основном, в металлургической промышленности на прокатных станах. Однако и в машиностроении используют различные способы прокатки, в т. ч. на агрегатах для получения специальных видов проката (шаров, роликов, колес и бандажей для железнодорожного транспорта, втулок, колес подшипников, зубчатых колес и т. д.). Множество наименований свидетельствует и о разнообразии типов прокатных станов, применяемых для этой цели. Упрощенно прокатку можно представить в виде схемы, изображенной на рис.1, где заготовка 1 обжимается валками 2 и меняет свою форму. В то же время прокатный стан - это целый комплекс машин, среди которых выделяют основное оборудование, осуществляющее непосредственно деформацию металла, и вспомогательное - для механизации процесса и придания продукции дополнительного качества.

 

   Рис.1

   Прокаткой металлов получают длинные заготовки определенного профиля - сортамент. Сортамент служит заготовками для производства различных деталей машин или имеет собственное применение: трубы, рельсы, профили для строительных конструкций. 

    Прокатка металлов может также служить не только для получения сортамента но и для производства листового материала, который после дальнейшей обработки применяется для производства корпусов судов, машин, самолетов и т.д.  

Специальные машины для прокатки в машиностроении 

        В группу специальных машин входят станы продольной, поперечной и поперечно-винтовой прокатки, ковочные вальцы и другие машины.

      На станах продольной прокатки металл обрабатывается валками, оси которых параллельны, а заготовка движется в направлении, перпендикулярном осям валков . На поверхности валков имеются углубления (ручьи), форму которых и приобретает заготовка после прокатки. Эта форма может быть многообразной.

        Станы поперечной прокатки служат для получения заготовок в форме тел вращения. При этом ось заготовки располагается параллельно осям валков и прокатываемому металлу придается вращательное движение относительно его оси. Таким образом, металл обрабатывается в поперечном направлении.

       Станы поперечно-винтовой (косой) прокатки отличаются от предыдущих тем, что оси их валков не параллельны, а скрещиваются. Благодаря этому заготовка, кроме вращения, получает поступательное движение (в направлении) своей оси.

     Ковочные вальцы по принципу работы близки к прокатным станам. Они имеют два рабочих валка, на которых устанавливают штампы (секторы), занимающие часть окружности валка. Подача заготовки происходит в тот момент, когда секторы выходят из рабочей зоны. При вращении валков сектора в некоторый момент соприкасаются с заготовкой и начинают ее деформировать, одновременно сдвигая заготовку в направлении, обратном направлению подачи. На ковочных вальцах осуществляют подкат и протяжку заготовок под штамповку.

       Блюмингами называются станы для производства заготовок из которых в последствии получают сортамент. Для производства заготовок под последующий листовой прокат - слябинги. В качестве заготовок на этих станах используются слитки. Естественно, что для снижения расхода энергии рационально прокатывать слитки в горячем состоянии, после разливки металла и его затвердевании. Поэтому такие станы обычно устанавливаются на металлургических комбинатах, производящих (варящих) сплав (сталь).  

Прокатка  металлов: технологические  возможности 

     Прокатка металлов возможна только пластичных металлов в горячем или холодном состоянии (фольга является продуктом прокатки чистого алюминия в холодном состоянии). Форма может быть достаточно сложной, но существуют существенные ограничения, связанные с условиями прохода металла через прокатные валки. Трудно получить поверхности перпендикулярные осям прокатных валков, поэтому необходимо предусматривать специальный наклон таких стенок. Трудно или иногда невозможно получать сортамент с  закрытыми профилями, замкнутыми поверхностями.