|
|
Рис.
3.2 Схема волочения с противонатяжением |
Рис.
3.3. Схема волочения с предварительным
нагревом протягиваемого металла |
В большинстве случаев металл, обрабатываемый
волочением, предварительно не нагревают:
он входит в волочильный канал при комнатной
температуре, а образующееся в канале
тепло деформации и внешнего трения отводят,
непрерывно омывая волоки охлаждающей
эмульсией, водой, или окружающим воздухом.
При таком холодном волочении с надлежащей
смазкой и инструментом протянутый металл
имеет гладкую блестящую поверхность
и достаточно точные размеры поперечного
сечения.
В некоторых специальных случаях, когда
деформируемый металл обладает недостаточной
пластичностью, при комнатной температуре
или высоким сопротивлением деформированию,
волочение ведут в предварительно нагретом
состоянии (рисунок 3.3). Например, при волочении
цинковой проволоки для увеличения пластичности
заготовки ее предварительно подогревают
до 80—90°, погружая моток в нагретую воду.
В очаге деформации температура проволоки
доходит до 120—150°, т. е. до температуры,
при которой образуется максимальное
количество систем скольжения.
В настоящее время намечается применение
процесса горячего волочения при протяжке
профилей сложных форм и для уменьшения
сопротивления деформированию в тех случаях,
когда это допускается требованиями к
поверхности, механическим свойствам
и точности размеров поперечного сечения.
Из приведенных
схем волочения следует, что все они обладают
тремя следующими, отличающими их от прочих
видов обработки металлов давлением признаками:
а) линейные размеры поперечных сечений
протягиваемого металла могут уменьшаться
до заданных величин во всех направлениях
одновременно;
б) возможность получить не изменяющийся
по длине полосы как сплошной, так и полый
профили почти любой формы и таких чиненных
размеров его поперечного сечения, какие
позволяет техника изготовления волочильных
каналов,
в) величина деформации за один пропуск
ограничивается максимально допустимым
напряжением растяжения, возникающим
в поперечном сечении протягиваемого
металла у выхода из очага деформации.
Естественно, что это не ограничивает
величины суммарной деформации между
отжигами, которой может быть подвергнут
металл, обрабатываемый волочением Путем
ряда последовательных протяжек можно
получить суммарную деформацию любой
величины, в зависимости от пластических
свойств протягиваемого металла
Волочение применяется
1. Для производства
профилей большой длины, но сравнительно
малых и очень малых сечений
различных форм с отношением
ширины к толщине поперечного сечения,
не превышающим примерно 12. Такое изделие
называется проволокой.
Вследствие большой длины проволоку
либо свертывают в мотки, либо наматывают
на катушки Волочением можно получить
проволоку диаметром до 6—8 мм. Для дальнейшего
уточнения приходится применять процессы,
не требующие волок, например процесс
равномерного растяжения, рассмотренный
в конце настоящей главы, процесс электролитического
растворения периферийных слоев.
2 Для производства
профилей средних и больших
сечений разных форм с отношением ширины
к толщине поперечного сечения, не превышающим
примерно 20, а также и в том случае,
когда требуется получить сечение с минимально
возможными отклонениями от заданных
размеров или чистую и гладкую поверхность
Такие профили обычно протягивают до небольшой
длины (5—6 м) и не смешивают
3 Для производства
полых профилей (труб) разных
форм и сечений и, особенно, тонкостенных
Волочением получают трубки диаметром
до 0,5 мм, а иногда и тоньше.
Процесс волочения
принято характеризовать следующими основными
показателями:
а) вытяжка;
б) коэффициент
уменьшения сечения;
в) относительное
обжатие,
г) относительное
удлинение;
д) съем и
е) коэффициент
съема.
Прессование металла
Прессование
металла — это вытеснение с помощью пуансона
металла исходной заготовки (чаще всего
цилиндрической формы), помещенной в контейнер,
через отверстие матрицы.
Этот способ пластической обработки
находит широкое применение при деформировании,
как в горячем, так и в холодном состоянии
металлов, имеющих не только высокую податливость,
но и обладающих значительной природной
жесткостью, а также в одинаковой мере
применим для обработки металлических
порошков и неметаллических материалов
(пластмасс и др.).
Прессованием
изготовляют прутки диаметром до 250 мм,
трубы диаметром 20...400 мм при толщине стенки
1,5...12 мм, полые профили с несколькими каналами
сложного сечения, с наружными и внутренними
ребрами, разнообразные профили с постоянным
и изменяющимся (плавно или ступенчато)
сечением по длине. Профили для изготовления
деталей машин, несущих конструкций и
других изделий, получаемые прессованием,
часто оказываются более экономичными,
чем изготовляемые прокаткой, штамповкой
или отливкой с последующей механической
обработкой. Кроме того, прессованием
получают изделия весьма сложной конфигурации,
что исключается при других способах пластической
обработки.
К основным
преимуществам прессования металла относятся:
возможность успешной пластической обработки
с высокими вытяжками, в том числе малопластичных
металлов и сплавов; возможность получения
практически любого поперечного сечения
изделия, что при обработке металла другими
способами не всегда удается; получение
широкого сортамента изделий на одном
и том же прессовом оборудовании с заменой
только матрицы; производство изделий
с высокими качеством поверхности и точностью
размеров поперечного сечения, что во
многих случаях превышает принятую точность
при пластической обработке металла другими
способами (например, при прокатке). К недостаткам
получения изделий прессованием следует
отнести: повышенный расход металла на
единицу, изделия из-за существенных потерь
в виде пресс-остатка; появление в некоторых
случаях заметной неравномерности механических
и других свойств по длине и поперечному
сечению изделия; сравнительно высокую
стоимость прессового инструмента.
Существует два метода получения
изделий прессованием, на рис. 4.1, а
показана схема выдавливания по прямому
методу, а на рис. 4.1, б - схема обратного
метода.
Прямой метод более удобен в
отношении обслуживания пресса; поверхность
прутка, получаемого прямым методом, вследствие
того что отверстие, через которое формируется
пруток, неподвижно, несколько глаже, чем
в случае обратного метода.
|
|
Рис. 3.1. Схема выдавливания (прессования)
металла: а – прямой метод; б – обратный
метод; 1 – обрабатываемый металл; 2 – контейнер;
3 – матрицы с отверстием для выхода прутка;
4 – пруток; 5 – шток. |
Рис. 3.2. Схема получения выдавливанием
трубчатого профиля
|
К преимуществам обратного метода
относится главным образом экономия силы,
потребной для выдавливания (приблизительно
на 40%), так как при обратном методе в движение
приводится меньшее количество частиц
металла заготовки.
На рис. 3.2 показана
схема получения трубчатого профиля; обозначения
здесь те же, что и на рис. 3.1. Трубчатая
форма прутка достигается наличием укрепленной
на штоке иглы 6.
Основным признаком
разновидностей процесса прессования
является наличие или отсутствие поступательного
перемещения металла относительно стенок
приемника (контейнера), за исключением
небольших участков вблизи матрицы, называемых мертвыми
зонами, где перемещение металла отсутствует.
Наряду с наиболее распространенным методом
прессования, с прямым истечением, которое
используется для получения сплошных
и полых изделий, широкое применение получил
обратный (обращенный) метод, а также другие
схемы истечения металла. Каждый из этих методов
имеет определенные преимущества. Так,
например, при боковом истечении металла
помимо удобств приема пресс-изделия обеспечивается
минимальная разница механических свойств
изделия в поперечном и продольном направлениях.
Процесс прессования
выполняется в условиях неравномерного
всестороннего сжатия металла, что положительно
сказывается на увеличении его пластичности.
Поэтому прессованием можно обрабатывать
металлы и сплавы с низкой природной пластичностью.
Однако трехосное сжатие вызывает необходимость
значительных усилий при обработке. Поэтому
прессование требует повышенного расхода
энергии на единицу объема деформируемого
тела.
Как отмечалось,
при прессовании в местах перехода контейнера
в матрицу появляются так называемые мертвые
углы, т. е. такие зоны, которые испытывают
лишь упругую деформацию. Течение металла
в мертвых зонах отсутствует, пока размер
пресс-остатка не будет достаточно мал.
Эти мертвые зоны при прессовании прутков
большой длины в известной мере играют
положительную роль, так как оказывают
фильтрующее воздействие: в мертвых углах
задерживаются различные загрязнения,
что предохраняет от вдавливания посторонних
включений в поверхностные слои изделия.
При неправильно выбранном размере пресс-остатка
загрязнения мертвых углов могут попасть
в изделие и вызвать заметное понижение
его качеств. Все это необходимо учитывать
при разработке технологического процесса
прессования. Практикой установлено, что
при нормальных условиях прессования
минимальная высота пресс-остатка составляет
0,10... 0,30 диаметра исходной заготовки.
Силовые условия
прессования определяются свойствами
деформируемого металла, температурным
режимом, размерами заготовки, скоростью
и степенью деформации, значением контактного
трения, геометрией инструмента и др. К
сожалению, еще не разработана методика,
позволяющая связать все эти факторы в
математическую зависимость для определения
усилий прессования. Поэтому приходится
пользоваться методами расчета, лишь приближенно
отражающими условия деформации.
Глава 5. Ковка и штамповка
металла
Ковка
и штамповка металла включает такие процессы получения изделий,
как ковка, объемная горячая штамповка
и штамповка листового и пруткового материала
в холодном состоянии.
При ковке деформирование
заготовки осуществляется с помощью универсального
подкладного инструмента или бойков.
Бойки чаще всего бывают плоскими, однако
применяют вырезные и закругленные бойки.
Нижний боек обычно неподвижен, верхний
совершает возвратно-поступательное движение.
В результате многократного и непрерывного
воздействия инструмента заготовка постепенно
приобретает необходимую форму и размеры.
Штамповка -
процесс обработки металлов давлением,
при котором формообразование детали
осуществляется в специализированном
инструменте — штампе. По виду заготовки
различают объёмную штамповку и листовую
штамповку, по температуре процесса — холодную штамповку и горячую. По
сравнению с ковкой штамповка обеспечивает
большую производительность благодаря
тому, что пластически деформируется одновременно
вся заготовка или значительная её часть.
Объёмная штамповка
(или штамповка сортового металла) по сравнению
с ковкой позволяет получать поковки более
сложной конфигурации, требующие значительно
меньшей обработки резанием для окончательного
оформления детали. При объёмной штамповке
течение металла ограничивается стенками
полости штампа, что вызывает увеличение
сопротивления деформированию тем в большей
степени, чем сложнее конфигурация поковки.
Нагрев заготовки позволяет примерно
в 10—15 раз снизить сопротивление деформированию,
а также повысить пластичность металла.
Холодная штамповка сортового металла
применяется для изготовления небольших
деталей — массой менее 1 кг, горячая —
для деталей массой 1,5¾2 т; более тяжелые поковки изготовляются
ковкой. Границы между этими процессами
изменяются по мере совершенствования
кузнечно-прессового оборудования и увеличения
развиваемого ими усилия деформирования.
Поскольку стоимость штампов наряду со
стоимостью металла заготовки является
основной составляющей себестоимости
поковки, применение объёмной штамповки
экономически выгодно при серийном производстве.
Объёмная штамповка
сопровождается потерями металла с удаляемым
заусенцем. Меньшие отходы даёт штамповка
в закрытых штампах, однако удельные нагрузки
в них больше, чем в открытых, что приводит
к уменьшению стойкости штампов. Снижение
отходов при штамповке в открытых штампах
достигается предварительной обработкой
заготовки в заготовительных ручьях, ковочных
вальцах, использованием заготовок, приближающихся
по форме к поковке, а также выбором рациональной
формы канавки для заусенца.
При горячей
штамповке поверхность заготовки окисляется,
образуя слой окалины, что также ведёт
к потерям металла; потери металла с окалиной
сокращаются при безокислительном нагреве
в пламенных печах (с защитной атмосферой)
или скоростном нагреве в индукционных
нагревательных установках. Применение
высокоскоростной штамповки (скорость
подвижных частей молота 10—25 м/сек) позволяет
уменьшить охлаждение заготовки в процессе
деформирования и получать детали с тонкими
ребрами. Для уменьшения охлаждения заготовки
применяют также изотермическую штамповку
(главным образом цветных металлов), при
которой штамп нагревают до температур,
близких к ковочным. Начинает применяться
совмещение литья с горячей штамповкой,
при котором отливается заготовка, близкая
по форме к поковке; после застывания металла
и охлаждения до ковочных температур заготовку
штампуют в открытых или закрытых штампах.
Штамповка улучшает механические свойства
литой заготовки; образующиеся отходы
сразу поступают на переплавку.
При листовой
штамповке заготовкой служит лист, полоса
или лента. Применяется листовая штамповка
для изготовления плоских и пространственных
(в т. ч. сложных) деталей, у которых толщина
значительно меньше др. размеров — обычно
менее 10 мм. Заготовки большей толщины
обычно штампуют с нагревом до ковочной
температуры (горячая листовая штамповка).
При листовой штамповке (особенно холодной)
отделочная обработка деталей резанием,
как правило, не требуется. Листовая штамповка
рациональна в производствах с различной
серийностью.