Технологические процессы изготовления заготовок методами пластической деформации

Для получения деталей применяют различные заготовки. Металлические заготовки изготавливают литьем, прокаткой, ковкой, штамповкой и другими способами.

Методами пластической деформации получают заготовки и» стали, цветных металлов и их сплавов, а также пластмасс, резины, многих керамических материалов и др. Широкое рас­пространение методов пластической деформации обусловлива­ется их высокой производительностью и высоким качеством изготавливаемых изделий. Важной задачей технологии явля­ется получение заготовок, максимально приближавшихся по форме и размерам к готовым деталям. Заготовки, получаемые методами пластической деформации, имеют минимальные припуски на механическую обработку, а иногда и не требуют ее вовсе. Структура металлической заготовки и ее механичес­кие свойства после пластической деформации улучшаются.

Обработка металлов давлением основана на пластической деформации. Этим методом изготавливают заготовки и изде­лия массой от нескольких граммов до сотен тонн из металлов и сплавов. Обработка металлов давлением включает: прокат­ку, ковку, штамповку, прессование и волочение. Это один из прогрессивных и распространенных методов получения заго­товок деталей машин.

Обработка металлов давлением основана на свойстве плас­тичности обрабатываемого материала. Пластичность - это способность материала изменять свою форму необратимо и не разрушаясь под действием внешних сил. При обработке давле­нием изменяется форма заготовки без изменения ее массы.

Об­работке давлением можно подвергать только те материалы, которые обладают пластичностью в холодном иди нагретом со­стоянии. Например, чугун обрабатывать давлением нельзя. Пластичность сплавов зависит от их состава, температуры де­формирования (чем выше температура, тем больше пластич­ность; однако температура деформирования не должна пре­вышать значения 0,4 Т_пл), степени деформирования (с повыше­нием степени деформирования пластичность уменьшается).

Пластическая деформация твердых тел происходит в ре­зультате смещения атомов по кристаллографическим плоскос­тям, в которых расположено наибольшее количество атомов. В результате искажения кристаллической решетки — наклепа при деформации в холодном состоянии свойства кристалла изменяются: увеличивается твердость, прочность, хрупкость; уменьшается пластичность, вязкость, коррозийная стойкость, электропроводность. Для восстановления пластических свойств, устранения наклепа производят раскристаллизационный отжиг, после которого материал приобретает прежние свой­ства. При этом материал из неустойчивого состояния наклепа постепенно переходит в устойчивое, равновесное состояние.

Прокатка является наиболее распространенным методом обработки давлением. Прокатке подвергают около 90% всей вы­плавляемой стали и большую часть цветных металлов и сплавов. Суть прокатки состоит в пластическом деформировании заготов­ки между вращающимися валками прокатного стана.

Прокатанный металл используют непосредственно в кон­струкциях машин, механизмов оборудования, из него изго­тавливают металлические конструкции мостов, ферм, станины, клепаные и сварные изделия, железобетонные кон­струкции и др; он же служит заготовкой для механических цехов, а также для последующей ковки и штамповки.

Геометрическая форма поперечного сечения прокатного изделия называется его профилем, совокупность профилей разных размеров — сортаментом. Сортамент прокатанной продукции отличается огромным разнообразием и делится на пять групп:

I. Сортовой прокат, который подразделяется на две под­группы:

а) профили простой геометрической формы (прямо­угольник, квадрат, круг и др.)

б) профили сложной фасонной геометрической формы (швеллер, рельс, двутавро­вая балка и др.).

2. Листовой прокат, который также подразделяется на две
подгруппы:

а) тонколистовой (для стали толщиной 0,2—4 мм; для цветных металлов — 0,05 — 2 мм);

6) толстолистовой(4—60 мм для стали и до 25 мм для цветных металлов). Листовой прокат толщиной менее 0,2 мм называется фольгой.

3. Трубный прокат разделяется на:

а) бесшовные трубы (для стали диаметром 30—650 мм)

6) сварные (для стали диаметром 10—1420 мм). .

4. Периодический прокат. Профили этой группы проката представляют собой заготовку, геометрическая форма и пло­щадь поперечного сечения которой периодически изменяется по ее длине. Периодический прокат применяется как заготов­ка для последующей штамповки.

5. Специальный прокат. Сюда относятся колеса, кольца, бандажи, шарики для шарикоподшипников и другая продук­ция законченной формы.

К основным технико-экономическим показателям прокат­ного производства относятся: расход металла на 1 т готовой продукции; часовая производительность прокатного стана; скорость прокатки; общая мощность главных приводов (кВт); выпуск продукции на единицу мощности главных при­водов; выход годного проката (%); расход топлива на 1 т годного проката (тыс.кал.), энергии (кВт-ч); качество вы­пускаемой продукции; себестоимость продукции по видам сортамента; производительность труда.

Эти технико-эконо­мические показатели характеризуют наличие и использова­ние орудий труда — главной по своему значению и удельному весу части основных фондов предприятия. Расход металла на I т продукции рассчитывается по формуле:

где а, б и с — потери металла при прокатке соответственно на угар, обрезы и брак, t; G — вес готового проката, т; Кр — расходный коэффициент, характеризующий количество метал­ла, израсходованного на 1 т годного проката.

Скорость прокатки можно определить по формуле: , где Д — диаметр валков, мм; n — число оборотов валков в минуту.

Часовая производительность прокатного стана Р: ,где 3600 — число секунд в 1 ч; Т — период прокатки, с; В g — масса слитков, т.

В структуре себестоимости продукции прокатного произ­водства около 90% составляют затраты на металл. Из этого можно сделать вывод, что наиболее эффективными фактора­ми снижения себестоимости продукции в прокатном произ­водстве являются: снижение потерь металла по переделам; производство проката с минусовыми отклонениями; сниже­ние брака; вторичное использование отходов.

К широко распространенным, методам обработки металлов давлением относятся ковка и объемная штамповка. Это — способы изготовления изделий, называемых поковками. Ковка — единственно возможный способ изготовления круп­ных изделий весом более 250 т типа валов гидрогенераторов, турбинных дисков, коленчатых валов судовых двигателей, валков прокатных станов и /т.п.

Ковку называют "свобод­ной", потому что металл, пластически деформируясь под действием бойков молота или пресса, перемешается свободно в том направлении, где испытывает наименьшее сопротивле­ние.

Специальные формы при ковке не применяют. Заготов­ка, которой является слиток, профильный или периоди­ческий прокат, помещается на плиту (наковальню.). Чередо­вание в определенной последовательности основных и вспомогательных операций составляет процесс свободной ковки. К операциям свободной ковки относятся: осадка, прошивка, протяжка, гибка, рубка, скручивание и др.

При получении изделий методом объемной штамповки применяют специальную оснастку — штампы. Штампы — это металлическая пресс-форма, имеющая полость, размеры и конфигурация которой соответствуют размерам и конфигура­ции будущей детали. Объемная штамповка имеет ряд преиму­ществ по сравнению с ковкой.

Объемной штамповкой можно получать поковки сложной конфигурации, более высокой точности размеров и качества поверхности. Припуск на меха­ническую обработку значительно {в 3-4 раза) ниже, чем при ковке, а следовательно, меньше потери металла в струж­ку и меньше объем последующей обработки. Кроме того, штамповка во много раз производительнее ковки. Поэтому объемную штамповку экономически целесообразнее применять в серийном и массовом производстве.

Максимальный вес поковок, получаемых объемной штамповкой, составляет 3 т. Объемной штамповкой производят заготовки ответствен­ных деталей автомобилей, тракторов, самолетов, станков и т.п. Кроме объемной штамповки, существует листовая. Исходной заготовкой при листовой штамповке служит листовой прокат. Для изготовления деталей из тонколистового проката применяют холодную штамповку, при толстолистовой исходной заготовке (более 10 мм толщиной)— горячую.

Листовой штамповкой получают широкую номенклатуру деталей типа шайб, колец, чашек, скоб, втулок, элементов крепления, облицовки автомобиля и т.д. из малоуглероди­стой, нержавеющей и других сталей; а также из сплавов на основе меди, алюминия, магния и др. К операциям листовой штамповки относятся: отрезка, вырубка по контуру, пробив­ка отверстий, гибка, вытяжка, обжим, отбортовка и др.

Достоинствами листовой штамповки являются: высокая производительность (30 000—40 000 деталей в смену с одного штампа), высокие точность размеров и качество поверх­ности получаемых деталей, широкие возможности автоматизации, технологического процесса.

К обработке металлов давлением относится также процесс волочения. Волочением называют процесс пластического де­формирования заготовки путем ее протягивания через от­верстие волоки или волочильной доски волочильного стана. В результате обрабатываемая заготовка приобретает сечение, размеры и форма которого соответствует размерам и форме этого отверстия. Исходной заготовкой для волочения служит катаный и прессованный металл. Волочение — это холодный вид обработки, давлением, в процессе которого заготовка уп­рочняется. Для снятия наклепа проводят рекристаллизацией отжиг. Волочением получают проволоку диаметром от 4 до 0,001 мм, прутки различного профиля.