Обработка металлов давлением

Введение

Введение

Развитие народного хозяйства страны в значительной мере опреде­ляется ростом объема производства металлов, расширением сортамен­та изделий из металлов и сплавов и повышением их качественных по­казателей, что в значительной мере зависит от условий пластической обработки. Знание закономерностей обработки металлов давлением помогает выбирать наиболее оптимальные режимы технологических процессов, требуемое основное и вспомогательное оборудование и тех­нически грамотно его эксплуатировать.

Металлы наряду со способностью деформироваться обладают также высокими прочностью и вязкостью, хорошими тепло- и электропро­водностью. При сплавлении металлов в зависимости от свойств со­ставляющих компонентов создаются материалы с высокой жаростой­костью и кислотоупорностью, магнитными и другими полезными свой­ствами.

Использование металлов человеком началось в глубокой древности (более пяти тысячелетий до н. э.). Вначале находили применение цвет­ные металлы (медь, сплавы меди, золото, серебро, олово, свинец и др.), позднее начали применять черные — железо и сплавы на его основе.

Длительное время производство металлов носило примитивный характер и по объему было весьма незначительным. Однако в конце XIX в. мировая выплавка стали резко возросла с 0,5 млн. т в 1870 г. до 28 млн. т в 1900 г. Еще в большем объеме растет металлургическая промышленность в XX столетии. Наряду с увеличением выплавки стали появилась необходимость организовать в больших масштабах получение меди, цинка, вольфрама, молибдена, алюминия, магния, титана, бериллия, лития и других металлов.

Металлургическое производство подразделяется на две основные стадии. В первой получают металл заданного химического состава из исходных материалов. Во второй стадии металлу в пластическом со­стоянии придают ту или иную необходимую форму при практически неизменном химическом составе обрабатываемого материала.

Способность металлов принимать значительную пластическую деформацию в горячем и холодном состоянии широко используется в технике. При этом изменение формы тела осуществляется преимущественно с помощью давящего на металл инструмента. Поэтому полученное изделие таким способом называют обработкой металлов давлением или пластической обработкой.

Обработка металлов давлением представляет собой важный тех­нологический процесс металлургического производства. 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.

Прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка представля­ют собой различные виды обработки металлов давлением в пластиче­ском состоянии.

Среди различных методов пластической обработки прокатка зани­мает особое положение, поскольку данным способом производят изде­лия, пригодные для непосредственного (в состоянии поставки) исполь­зования в строительстве и машиностроении (шпунт, рельсы, профили сельскохозяйственного машиностроения и пр.). Прокаткой получают также разнообразные виды заготовок, ко­торые являются исходным материалом для других способов обработки. Так, горяче­катаная и холоднокатаная листовая сталь, полосы и ленты в больших количествах идут для листовой штамповки. При ковке в штампах в качестве исходного продукта используют преимущественно катаную за­готовку. Исходным материалом при воло­чении является катанка, получаемая на проволочных станах. Огромное значение прокатного производства в народном хо­зяйстве подтверждается ежегодным увели­чением выпуска проката. Через валки прокатных станов проходит 75¸80% всего выплавляемого металла.

Развитие прокатного производства ос­новывается на применении принципа непрерывности самого процесса и всех технологических операций (про­катка, термическая обработка, отделка и пр.). В данном случае большую роль играет внедрение достижений вычислительной техни­ки и автоматизации на этой основе технологических процессов.

Наряду с непрерывным ростом прокатного производства расши­ряется сортамент, увеличивается выпуск эффективных металлоизде­лий, таких, как холоднокатаный лист, гнутые профили, прокат с уп­рочняющей термической обработкой, высокопрочные трубы, в том чис­ле с защитными покрытиями, расширяется выпуск медной катанки, алюминиевой ленты, фольги и др. Широкое развитие получает комп­лекс мероприятии по улучшению потребительских свойств проката: прочности, пластичности, жаростойкости и хладостойкости, надеж­ности и долговечности и других путем легирования, термической обра­ботки, лужения, цинкования, нанесения неорганических и органиче­ских покрытий и пр.

Увеличение производства изделий, получаемых волочением, дости­гается усовершенствованием отдельных операций изготовления и всего технологического процесса, применением скоростного автоматизиро­ванного оборудования, выбором соответствующего волочильного ин­струмента и методов подвода и качества смазки.

Огромное развитие получают процессы прессования, позволяющие изготовлять профили практически с неограниченными возможностями по форме их сечения, особенно при обработке труднодеформируемых металлов и сплавов.

Область применения ковки и штамповки в современном массовом и крупносерийном производстве непрерывно расширяется и имеет тенденцию к внедрению специальных инструментов и штампов, меха­низации кузнечных и транспортных операций, специализации кузнеч­ных цехов на выпуск однотипных изделий, что дает возможность осу­ществлять автоматизацию процессов, создавать поточные и автомати­ческие линии производства поковок в сочетании с автоматизацией внут­рицехового транспорта. В кузнечном и штамповочном производстве продолжают совершенствоваться способы нагрева металла путем при­менения электронагрева — индукционного и контактного.

Значительно возрастает производство изделий листовой штампов­кой, особенно в сочетании со сваркой, клепкой, закаткой, что при со­кращении трудоемкости сборочных работ снижает массу машин без уменьшения их прочности. Получают дальнейшее развитие холодная высадка, холодная объемная штамповка, калибровка, выдавливание и др.

Высокая производительность процессов обработки металлов давле­нием, сравнительно низкая их энергоемкость, а также незначительные потери металла при производстве изделий выгодно отличают их по сравнению, например, с обработкой металла резанием, когда требуе­мую форму изделия получают удалением значительной части заготов­ки в стружку. Существенным достоинством пластической обработки является значительное улучшение свойств металла в процессе дефор­мирования.

Динамичный и пропорциональный рост черной и цветной металлур­гии, производство изделий из металлов и сплавов пластической обра­боткой основываются на дальнейшем развитии теории обработки ме­таллов давлением, являющейся научной базой разработки технологи­ческих операций получения изделий из металлов и сплавов. Теория пластической обработки металлов позволяет оценить экономическую целесообразность принятого способа деформации, выявить влияние условий обработки на свойства получаемых изделий, определить си­ловые и энергетические параметры процесса и указать пути их рацио­нального изменения, дает возможность управлять процессом обработ­ки с точки зрения улучшения способности металлов пластически де­формироваться. Знание закономерностей обработки металлов давле­нием помогает выбирать наиболее оптимальные режимы технологиче­ских процессов, требуемое основное и вспомогательное оборудование и технически грамотно его эксплуатировать.

Термомеханическая обработка металла

Термомеханическая обработка металла

Успехи машиностроения, строительства и других отраслей промыш­ленности в значительной мере определяются достижениями в области металлургического производства. Повышение прочности в сочетании с достаточной пластичностью металлов и сплавов позволяют умень­шить массу, а следовательно, и стоимость сооружений и машин при их эксплуатации и во многих случаях при изготовлении. Поэтому непрерывно стремятся улучшить механические характеристики ме­талла как в состоянии поставки, так и при последующей обработке.

Известно, что пластическое деформирование и термическая обра­ботка меняют свойства металлов. Объединение этих операций, макси­мальное их сближение и создание единого процесса термомеханиче­ской обработки обеспечивают заметное повышение механических характеристик, что позволяет экономить до 15...40% металла и более или увеличить долговечность изделий.

Длительное время пластическую обработку рассматривали в ос­новном как операцию формирования, хотя известно, что 10...20% энергии, затрачиваемой на деформацию, идет на увеличение внутрен­ней энергии дефектов кристаллической решетки. Перед окончательной термической обработкой от этой накопленной энергии освобождались и только после этого выполняли термические операции, приводившие металл к метастабильному состоянию с высокой прочностью и вяз­костью. Между тем совмещение пластической деформации и фазовых (структурных) превращений или их сочетание в определенной после­довательности вызывает повышение плотности дислокации, изменяет наличие вакансий и дефектов упаковки и может быть использовано для создания оптимальной структуры металла и формирования важ­нейших свойств — прочности и вязкости. Это совмещение пластиче­ской деформации и термического воздействия, целью которого являет­ся формирование требуемой структуры обрабатываемого тела, называ­ют термомеханической обработкой (ТМО).

При ТМО оба процесса — пластическая деформация и термиче­ская обработка — могут совмещаться в одной технологической опера­ции, но могут проводиться с разрывом по времени. Однако фазовые превращения при этом должны выполняться в условиях повышенной плотности дефектов решетки, возникающих благодаря пластической деформации металла. В условиях ТМО сочетание пластической и термической обработок для разных материалов определяется исход­ным структурным состоянием, чувствительностью к этим воздействиям и последствиям воздействия.

ТМО стали выполняется главным образом по трем схемам: высоко­температурная (ВТМО), низкотемпературная (НТМО) и предваритель­ная термомеханическая обработка (ПТМО).

ВТМО — термообработка с деформационного нагрева с последующим низким отпуском. Контролируемая прокатка, являясь разновидностью ВТМО, представляет собой эффективный спо­соб повышения прочности, пластичности и вязкости низколегирован­ных сталей. Основная идея этого вида обработки заключается в под­боре режимов прокатки и охлаждения после прокатки, что обеспечивает получение мелкого и од­нородного зерна в готовом прокате. Наиболее успешно это дости­гается понижением температуры прокатки в последних трех — пяти проходах до 780...850°С при увеличении степени деформации до 15...20% и выше за проход.

НТМО заключается в нагреве стали до 1000...1100°С, быстром охлаждении до температуры метастабильного состояния аустенита (400...600°С) и высокой степени (до 90% и выше) деформации при этой температуре. После этого выполняется закалка на мартенсит и отпуск при 100…400°С. Этот способ применим к легированным ста­лям.

ПТМО характерна простотой выполнения технологического процесса: холодная пластическая деформация (повышает плотность дислокаций), дорекристаллизационный нагрев (обеспечивает полигонизацию структуры феррита), закалка со скоростного нагрева, отпуск, При этом перерыв между холодной деформацией и нагревом под за­калку не регламентируется, что значительно упрощает технологиче­ский процесс ПТМО.

Операция ускоренного охлаждения после прокатки или другого вида пластической деформации также представляет собой термомеха­ническую обработку. Поэтому эта операция приобретает в ряде слу­чаев важное значение как с точки зрения улучшения структуры ме­талла, а следовательно, и механических свойств, так и влияния на понижение окалинообразования и обезуглероживания.

Прокатка металлов

Прокатка металлов

Прокатка металлов является таким видом пластической обработки, когда исходная заготовка обжимается вращающимися валками про­катного стана в целях уменьшения поперечного сечения заготовки и при­дания ей заданной формы. Существует три основных способа прокатки:

• про­дольная,
• поперечная,
• поперечно-винтовая (или косая).

При продольной прокатке деформирование заготовки осу­ществляется между вращающимися в разные стороны валками. Оси прокат­ных валков и обрабатываемой заготовки параллельны (или пере­секаются под небольшим углом). Оба валка вращаются в одном на­правлении, а заготовка круглого се­чения — в противоположном. В процессе поперечной прокатки обрабатываемая заготовка удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие за­готовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспе­чиваются соответствующей профилировкой валков и изменением рас­стояния между ними. Данным способом производят изделия, пред­ставляющие собой тела вращения (шары, оси, шестерни и пр.).

Поперечно-винтовая или косая прокатка выполняется во вращаю­щихся в одном направлении валках, установленных в прокатной клети под некоторым углом друг к другу. Станы косой прокатки ис­пользуют при производстве труб, главным образом для прошивки слитка или заготовки в гильзу. В момент соприкосновения металла с вращающимися валками, имеющими наклон к оси обрабатываемой за­готовки, возникают силы, направленные вдоль оси заготовки, и силы, направленные по касательной к ее поперечному сечению. Совместное действие этих сил обеспечивает вращение, втягивание обрабатываемой заготовки в суживающуюся щель и деформирование.

Металлургическая промышленность России выпускает разнообраз­ные виды проката, отличающиеся по форме поперечного сечения и размерам. Все эти изделия перечень которых называется сортаментом, как правило, стандартизованы.

Хотя сортамент прокатных изделий весьма обширен, все же пред­ставляется возможным весь прокат разбить на следующие основные четыре группы: сортовой, листовой, трубы, специальные виды проката (бандажи, колеса, периодические профили и пр.). Наиболее разнооб­разной является группа сортового проката, который подразделяется на простые и фасонные профили. Прокат в виде круга, квадрата, полос плоского сечения относится к простым профилям. Прокат сложного поперечного сечения относится к фасонным профилям. В зависимости от назначения фасонные профили подразделяются на профили общего или массового потребления (угловой профиль, швеллеры, двутавровые балки, шестигранные профили и др.) и профили специального назна­чения (рельсы железнодорожные широкой и узкой колеи, рельсы трам­вайные, профили сельскохозяйственного машиностроения, электропромышленности, нефтяной промышленности и др.). В прокатных цехах производят более 1600 размеров простых профилей, более 1100 фасонных профилей общего потребления и при­мерно 1350 размеров профилей специального назначения.

Весь сортовой прокат подразделяется на четыре группы: сталь крупносортная, сред несортная, мелкосортная и катанка диаметром от 5,5 до 9 мм.

В зависимости от способа производства и толщины листовой прокат подразделяется на три основных группы: горячекатаные толстые листы толщиной 4 мм и более, горячекатаные тонкие листы толщиной менее 4 мм и холоднокатаные листы всех размеров. Листовой прокат из стали и цветных металлов используется в самых разнообразных от­раслях промышленности. Поэтому листовую сталь часто подразделяют по назначению, так, например, свариваемая корпусная сталь судо­строения (ГОСТ 5521—76), горячекатаная толстолистовая конструк­ционная качественная углеродистая сталь толщиной от 4 до 14 мм и низколегированная сталь для котлостроения и сосудов, работающих под давлением (ГОСТ 5520—69), рулонная холоднокатаная сталь тол­щиной 0,02—4 мм и др.

В соответствии с ГОСТом трубы, изготовляемые на прокатных ста­нах, подразделяются на две группы: бесшовные и сварные (со швом). Помимо круглых труб производят также профильные трубы и с пере­менными размерами сечения по длине. Объем производства труб уве­личивается с каждым годом. Наиболее заметно растет производство сварных и холоднокатаных труб.

Развитие машиностроения, создание новых отраслей промышлен­ности повышают требования к качеству металла, вызывают необходи­мость расширения сортамента и увеличения производства дефицитных видов проката. Вместе с тем растет потребность расширения производства экономичных профилей. К таким видам проката можно отнести тонкостенные и широкополочные балки, тонкостенные уг­ловые профили, швеллеры, гнутые профили и пр. Для серийного машиностроения имеет большое значение выпуск периодических профилей, использование которых обеспечивает заметную экономию металла (до 20...30%), повышает производительность штамповки.

Длительнее время получение готового проката выполнялось по тех­нологической схеме «слиток — готовый прокат». В этих условиях по­лучали слиток небольшой массы и выбирался он с таким расчетом, чтобы непосредственно из него можно было получить необходимое изделие за один нагрев. Однако по мере развития машиностроения и металлургии, главным образом высокопроизводительных способов получения стали, возникла необходимость разливать сталь в слитки значительной массы—6...10 т и более. Получение готового проката из такого слитка за один нагрев не всегда представляется возможным. По этой причине начали строить обжимные станы, задача которых со­стояла в обработке слитка в заготовку. Данное обстоятельство приве­ло к новой технологической схеме: слиток — полупродукт (заготов­ка) — готовый прокат.

Прокатное производство металлургического завода в соответствии с этой технологической схемой включает систему станов, обеспечиваю­щих получение полупродукта в виде слябов, блюмов и других загото­вок, и систему станов, которые выпускают готовый прокат в виде сор­товой стали, горяче и холоднокатаных листов, лент, труб и пр.. Поэтому прокатные цехи, как правило, имеют в своем соста­ве: обжимные (блюминги, слябинги) и заготовочные станы, являющие­ся основными агрегатами, связывающими сталеплавильные цехи и прокатные станы, выпускающие готовый прокат; сортовые станы (рельсобалочные, крупно-, средне-, мелкосортные и проволочные); листо­прокатные станы; трубные станы и др.

Наряду с такой широко распространенной технологической схемой наблюдается переход к схеме «литая заготовка — готовый прокат». Этому способствует успешное освоение разливки стали в заготовки квадратного и прямоугольного сечений, что имело распространение лишь в цветной металлургии. Непрерывное литье стальных заготовок длительное время не применялось из-за значительных трудностей вы­полнения технологического процесса самой разливки. Однако этот процесс обеспечивает получение химически более однородной плотной заготовки, что резко повышает выход годного. Например, на слябах спокойной углеродистой стали выход годного выше на 20%, чем при разливке в изложницы. Вместе с тем исключается необходимость иметь отделение подготовки изложниц и поддонов, а также стрипперное от­деление. Применение непрерывной разливки стали снижает себестоимость металлургического передела, так как при этом устраняется не­обходимость в дорогостоящем оборудовании обжимных цехов, исклю­чаются расходы на содержание обслуживающего и административного персонала. Установлено, что себестоимость проката в этих условиях снижается на 8...10% при улучшении во многих случаях механиче­ских свойств и других характеристик стали..

Непрерывным литьем стали изготовляют слябы сечением до 300х2030, 300х2320 мм, квадратные заготовки сечением до 320х320 мм, а также круглые полые труб­ные заготовки. Технологическая схема по­лучения того или иного вида готового проката предусматри­вает включение всех необходи­мых последовательных операций обработки, начиная с подготов­ки слитка или заготовки для нагрева и кончая завершающей отделкой и определением каче­ства готового проката. Вместе с тем следует иметь в виду, что технология изготовления даже одного и того же вида изделия может в какой-то мере отличать­ся, если производство его осуще­ствляется на другом прокатном стане, хотя основные операции изготовления имеют много об­щего.

К основным технологиче­ским операциям любой техно­логической схемы производства проката следует отнести: под­готовку исходных материалов; нагрев перед прокаткой (кроме хо­лодной прокатки, когда, однако, часто требуется другая операция — соответствующая термическая обработка); горячую и холодную про­катку; калибровку и производство гнутых профилей; отделку с опе­рациями резки, правки, термической обработки, удаления поверхно­стных дефектов, травления и пр.

Волочение металла

Волочение металла

Волочение металла — это протягивание изделия кругло­го или фасонного профиля через отверстие волочильного очка (во­локу), площадь выходного сечения которого меньше площади сечения исходного изделия. Волочение выполняется тяговым усилием, прило­женным к переднему концу обрабатываемой заготовки. Данным спосо­бом получают проволоку всех видов, прутки с высокой точностью по­перечных размеров и трубы разнообразных сечений.

Обработка металла волочением 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 и с тонкой стенкой. Волочением обрабатывают стали разнообразного химического состава, прецизионные сплавы, а также практически все цветные металлы (золото, серебро, медь, алюминий, и др.) и их сплавы. Изделия, полученные волочением, обладают высоким качеством поверхности и высокой точностью разме­ров поперечного сечения. Если изделию требуется придать в основном эти характеристики, то такой вид обработки называют калибровкой.

Волочение чаще всего выполняют при комнатной температуре, когда пластическую деформацию большинства металлов сопровож­дает наклеп. Это свойство в совокупности с термической обработкой, используют для повышения некоторых механических характеристик металла. Так, например, арматурная проволока диаметром 3...12 мм из углеродистой конструкционной, стали (0,70...0,90%С) при произ­водстве ее волочением обеспечивает предел прочности 1400... 1900 МПа и предел текучести 1200... 1500 МПа.

Волочение выгодно отличается от механической обработки металла резанием (строганием), фрезерованием, обточкой и пр., так как при этом отсутствуют отходы металла в виде стружки, а сам процесс за­метно производительнее и менее трудоемок.

Волочением можно изготовлять полые и сплошные изделия часто сложного поперечного сечения, производство которых другими спосо­бами не всегда представляется возможным (например, тонкие изделия, прутки значительной длины).

При волочении ряда профилей (квадратный, треугольный, шести­угольный и др.) используют составные волоки, которые отличаются высокой универсальностью, так как в одной и той же волоке, меняя профиль отверстия соответствующей перестановкой отдельных плас­тин, можно получать различные размеры профиля. Кроме составных волок при произ­водстве прутков и главным образом труб применяют шариковые и роликовые волоки. При получении профилей сложной формы при­меняют дисковые волоки, в которых рабочие поверхности волочиль­ного канала образуются поверхностями свободно вращающихся дис­ков (неприводных валков-роликов).

В качестве исходного материала для волочения применяют ката­ную и прессованную заготовки. При производстве алюминиевой, медной и другой проволоки в качестве исходной заготовки используют катанку, получаемую непосредственно из плавильной печи через кристаллизатор и непрерывный прокатный стан. Независимо от спо­соба получения исходная заготовка перед волочением проходит тщательную предварительную подготовку, которая заключается в про­ведении того или иного вида термической обработки, удалении ока­лины и подготовке поверхности для закрепления и удержания на ней смазки в процессе волочения. Эти предварительные операции обеспе­чивают нормальное выполнение пластической деформации в волочиль­ном отверстии, способствуют получению высокого качества поверхности изделия, уменьшают усилие и энергию на волочение и снижают износ волочильного инструмента.

Термическая обработка металла перед волочением снимает наклеп, придает металлу необходимые пластические свойства, обеспечивает получение наиболее оптимальной структуры. Поэтому термическую обработку выбирают такой, чтобы в сочетании с пластической дефор­мацией она обеспечивала максимальные механические и другие ха­рактеристики обрабатываемого изделия. В зависимости от химиче­ского состава металла и назначения продукта волочения применяют отжиг, нормализацию, закалку, патентирование. Патентирование применяют для углеродистых сталей. Процесс патентирования состоит в нагреве металла выше критической точки и охлаждении его в среде с температу­рой 450…500°С. В качестве такой закалочной среды используют рас­плавленный свинец или соли.

В процессе получения готового изделия волочением термическую обработку для снятия наклепа и улучшения структуры металла можно выполнять несколько раз в зависимости от размеров исходного и конечного продуктов обработки и окончательных его качественных показателей. Го­товый продукт тоже можно подвергать окончательной термической обработке в целях придания металлу требуемых механических свойств и структуры.

При производстве проволоки и прутков волочением большое вни­мание уделяют подготовке поверхности продукта обработки перед волочением. Удаление окалины в калибровочных и волочильных це­хах производят механическим, химическим и электрохимическим способами, а также комбинациями этих способов. При механической очистке поверхности от окалины проволоку или пруток подвергают периодическим перегибам в разных плоскостях между роликами, после чего металл поступает на завершающую очистку стальными щетками. Такой способ экономически целесообразен, пригоден для очистки поверхности главным образом из углеродистой стали, ока­лина которой при перегибах сравнительно легко разрушается и опа­дает. Из механических способов, обеспечивающих достаточно успеш­ную очистку поверхности металла, находит применение дробеструй­ная обработка. Под действием ударов дроби из отбеленного чугуна. стального литья или высокопрочной мелко нарезанной стальной про­волоки окалина на поверхности обрабатываемого изделия разрых­ляется и удаляется. Этот способ очистки поверхности металла от ока­лины во многих случаях не требует дополнительного травления и наиболее часто применяется в калибровочных цехах.

Химические способы удаления окалины получили широкое рас­пространение благодаря своей надежности, хотя они менее эконо­мичны по сравнению с механическими способами. Травление углеро­дистых и ряда легированных сталей производят в серной или соляной кислотах. Высоколегированные стали (кислотоупорные, нержавеющие и др.) травят в смесях кислот (серная и соляная, серная и азотная и др.). Медь и ее сплавы травят в 5...10%-ной серной кислоте при темпера­туре 30...60°С. Травление металла в кислотах для очистки от окалины обычно производят с добавлением в ванну присадок (ингибиторов травления), которые значительно уменьшают скорость растворения основного металла, но не влияют на скорость растворения окалины, что предот­вращает перетравливание. Кроме того, присадки снижают диффузию водорода (Н₂) в металл, уменьшают загазованность травильных от­делений, улучшают условия труда.

Непосредственно после травления металл тщательно промывают для удаления остатков раствора кислоты, солей железа, шлама, тра­вильной присадки, грязи. Промывку производят немедленно после травления, так как задержка ведет к высыханию травильной жид­кости и выделению труднорастворимых солей железа. Обычно про­мывку ведут сначала в горячей воде, что обеспечивает интенсивное растворение солей, а затем для лучшего удаления шлама — в струе холодной воды из шланга под давлением около 0,7 МПа.

После удаления окалины наносят подсмазочный слой, который должен хорошо удерживать смазку при волочении и способствовать предохранению налипания металла на рабочую поверхность волоки.

После травления, промывки, нанесения подсмазочного слоя металл сушат в специальных камерах при циркуляции воздуха температурой 300...350°С. Сушка удаляет влагу, а также устраняет возможную тра­вильную (водородную) хрупкость, которая может возникнуть от того, что часть водорода, образующегося при травлении, диффунди­рует в металл и вызывает ухудшение его пластических свойств.

Все операции по подготовке поверхности металла к волочению вы­полняют в специальном изолированном помещении. Для травления и обработки поверхности проволоки и прутков существуют травильные машины периодического и непрерывного действия. Обработка в машинах непрерывного действия обес­печивает быстрое и равномерное травление изделий любых сечений. Этот способ является наиболее прогрессивным, так как в непрерыв­ном процессе можно сочетать термическую обработку, удаление ока­лины и нанесение подсмазочного слоя. Такая поточная обработка обеспечивает полную автоматизацию процесса, повышает качество металла, снижает трудоемкость операций.

После процесса волочения прутки помимо термической обработки во многих случаях правят, шлифуют, полируют и в зависимости от назначения наносят на них защитные покрытия, например, цинкованием, лужением, хромированием, кадмированием, алитированием, лакировкой и др. Правку обычно выполняют на роликоправильных машинах, которые устанавливают или в потоке производства, или отдельно. Шлифовка поверхности калиброванных прутков на глубину до 0,15...0,30 мм используется для удаления поверхностных дефек­тов, снятия обезуглероженного слоя, придания точных размеров по­перечному сечению прутка и др.

Для регламентации технологических операций составляются тех­нологические карты, в которых расписан весь технологический про­цесс по подготовке металла к волочению, маршрут волочения, способы начальной, промежуточной и окончательной термических обработок, операций отделки и пр. Так как маршрут волочения представляет собой последовательность изменения размеров поперечного сечения исходного материала на волочильном стане, а на одной установке обычно получают изделия с различными размерами поперечного се­чения, то для каждого из них должен быть свой маршрут волочения.

Определяя маршрут обработки металла на станах многократного волочения, необходимо учитывать кинематику стана, т. е. вытяжки должны согласовываться с частотой вращения и размерами диаметра каждого барабана. Маршрут, принятый без учета кинематики стана, особенно для станов, работающих со скольжением не только затруд­няет процесс волочения, но и делает его невыполнимым. Лишь на станах с автоматической регулировкой скоростей можно допускать некоторое несоответствие принятых вытяжек и заданных скоростей.

Прессование металла

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 З...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.

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.

Ковка и штамповка металла

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.

При объемной штамповке придание заготовке заданной формы и размеров осуществляется путем заполнения металлом рабочей плоско­сти штампа.

Листовая штамповка является таким видом пластической обработ­ки металла, когда для получения деталей типа колпачков, втулок и других в качестве исходного материала используют лист или ленту. При этом обработка выполняется без значительного изменения толщины заготовки.

Данными способами получают весьма разнообразные по форме и размерам изделия из металла, пластмасс и других материалов с раз­личными степенью точности размеров, механическими и другими ха­рактеристиками и качеством поверхности. Поэтому ковочно-штамповочное производство находит широкое применение в машиностроении и приборостроении, в производстве предметов народного потребления и других отраслях народного хозяйства. Получение изделий ковкой и штамповкой позволяет максимально приблизить исходную форму заготовки к форме и размерам готовой детали и тем самым уменьшить или полностью исключить дорогостоящие операции с потерей металла в стружку.

Литература

Литература

1. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов.- 4-е изд.-М.: «Машиностроение»,1977
2. Суворов И.К. Обработка металлов давлением: Учебник для вузов.-3-е изд.-М.: Высш. школа,1980