Фирменный Автосервис

 

 

Обработка давлением

Обработка давлением основана на способности металла в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на деформируемое тело внешних сил.
Обработка давлением относится к малоотходным процессам, обеспечивающим максимальное приближение формы и размеров заготовки к форме и размерам готовой детали с минимальными отходами металла.обработка давлением
Особенно это относится к методам холодного пластического деформирования. Например, объемной холодной штамповкой можно получить окончательные размеры и формы довольно сложных деталей (шестерни, шатуны, клапаны, распределительные валы и др.), поэтому последующая механическая обработка сводится к минимуму или исключается вовсе. Этот способ формообразования устраняет потери металла на угар и отходы в окалину, имеющие место при нагреве металла, обеспечивает получение более точных размеров заготовки и качества поверхности изделия. Если при изготовлении фасонных деталей обработка резанием заменяется холодной штамповкой, то материалоемкость этих деталей снижается на 50... 70 %. В результате холодного деформирования в металле ликвидируются некоторые внутренние дефекты, обеспечивается однородность его структуры, происходит упрочнение поверхностного слоя, благодаря чему вместо высоколегированных сталей в ряде случаев можно использовать дешевые углеродистые.
Процессы горячей обработки давлением осуществляются при высоких температурах (750... 1 300 °С).
При ковке и штамповке прутковых заготовок и болванок осуществляется придание заготовке заданной формы и размеров, а также получение оптимальной микроструктуры металла при минимальных остаточных напряжениях. Тепловое воздействие на металл приводит к почти полной потере им упругих свойств, к уменьшению (в десятки раз) его сопротивления деформации и к повышению (на десятки процентов) пластичности.
В то же время тепловым воздействием вызывается окалинообразование, обработка давлениемповреждение поверхности металла, обезуглероживание и некоторые виды перегрева, приводящие к неисправимым дефектам (пережогу и образованию трещин).обработка давлением
К способам обработки давлением относятся: прокатка, волочение, ковка, штамповка, прессование и гибка.
При прокатке металл обжимают между двумя вращающимися валками прокатного стана (имеющего несколько пар таких валков), в результате чего толщина заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличиваются (рис. 3.3, а). Прокаткой изготовляют профили различного сечения (круглой и квадратной формы, двутавры, балки, швеллеры, листы и др.).
В автотракторостроении прокат, как правило, используют для получения заготовок отделением (отрезкой).
Для получения заготовок, имеющих форму тел вращения типа колец, бандажей и др. эффективно использование раскатки. Особенность раскатки заключается в деформации металла между вращающимися валками-роликами, причем обрабатываемая заготовка тоже получает вращательное движение в той же плоскости, что и ролики. Существуют две разновидности процесса раскатки: открытая (рис. 3.4, а) и закрытая (рис. 3.4, б). Этот процесс аналогичен прокатке, в которой оба конца заготовок соединены между собой. По мере опускания обжимного ролика 1 обрабатываемое кольцо непрерывно утончается при одновременном увеличении его диаметра. Ролики 4 сигнализируют об окончании процесса раскатки в тот момент, когда окружность прокатываемого кольца одновременно касается всех четырех роликов. Так же осуществляется закрытая раскатка (см. рис. 3.4, б). Раскатка не является самостоятельным процессом обработки металлов давлением, так как исходную заготовку получают высадкой, штамповкой, ковкой или литьем. Достоинства раскатки заключаются в возможности уменьшения припусков и напусков и в некоторых случаях получения тонкостенных деталей. Раскатка может осуществляться в холодном и горячем состоянии. Нагрев исходных заготовок под раскатку проводится до 1 200 °С. Достигаемая точность размеров доходит до 12-го квалитета.
обработка давлениемВолочением называют процесс протягивания прутка или проволоки через отверстие в волоке (матрице), размеры поперечного сечения которого меньше размеров исходной заготовки (см. рис. 3.3,6). Волочение проводят на волочильных станках и используют для получения тонкой проволоки, калибрования прутков и труб круглого и фасонного сечения из стали и цветных металлов.
Ковка металла заключается в обжатии заготовки между верхним и нижним бойками (или бойком и наковальней) с применением различного кузнечного инструмента (см. рис. 3.3, г). Различают свободную ковку, ковку на подложных штампах и ротационную. Ковкой получают заготовки различных размеров, простой и сложной формы (валы, шатуны, шестерни и т.д.).
В простейшем представлении ковка является процессом металлообработки давлением с использованием универсальных инструментов и оборудования возвратно-поступательного периодического действия. Она состоит из ряда последовательно чередующихся самостоятельных операций, которые позволяют получать поковки различных форм.
Достоинство ковки состоит в возможности обрабатывать давлением крупные слитки стали с одновременным улучшением структуры и механических свойств обрабатываемого металла.
Обычно ковку применяют при производстве заготовок небольшой серийности (в мелкосерийном производстве).
В качестве универсальных машин-орудий для ковки применяют прессы и молоты. На прессах обрабатывают крупные слитки, на молотах — мелкие и катаные профили.
Процесс ковки состоит из нескольких этапов: нагревания металла, совершения кузнечных операций, термической обработки поковки и контрольной операции.
Операции ковки разделяются на предварительные, основные, вспомогательные и отделочные.
К предварительным относятся:
биллетировка — сбивка ребер и устранение конусности слитка;
отрубка, разрубка — разделение слитка, исходной заготовки или поковки на части топором.
К основным операциям относятся следующие:
осадка, высадка — увеличение поперечных размеров и уменьшение высоты заготовки или ее части, а также образование выступов вдоль оси заготовки;
прошивка, пробивка — образование полости в заготовке или поковке;
протяжка — увеличение длины заготовки или ее части за счет уменьшения ее сечения;
раскатка — увеличение внешнего и внутреннего диаметров кольцевой заготовки обжатиями между верхним бойком и оправкой, установленной на козлах;
передача — смещение одной части заготовки относительно другой при сохранении параллельности осей или плоскостей частей заготовки;
радиальное обжатие — уменьшение площади поперечного сечения заготовки, периодически перемещающимися в радиальном направлении бойками при относительном вращении заготовки или инструмента;
разгонка — увеличение ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины;
гибка — образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы;
раздача отверстий — увеличение периметра поперечного сечения полой заготовки.
К вспомогательным относятся следующие операции:
надрубка — внедрение деформирующего инструмента (топора) на неполную толщину заготовки для образования уступов, выступов, выемок;
сбивка углов — предотвращение вредного влияния неравномерного охлаждения (острые углы охлаждаются быстрее) на распределение внутренних напряжений;
скручивание — поворот части заготовки или поковки вокруг продольной оси;
кузнечная сварка — соединение частей заготовок. Отделочные операции включают в себя:
обрезку — устранение заусенцев;
правку — устранение непредусмотренной кривизны поковки;
приглаживание — устранение неровностей поверхностей у плоской или круглой поковки путем пластического деформирования;
клеймение — нанесение знаков марки стали, шифра, номера плавки и т.д.
Для получения заготовок в автотракторостроении находят применение ротационная и радиальная ковка. Эти методы заключаются в обжатии исходных заготовок для получения цилиндрических, конических и ступенчатых переходов. Ротационному обжатию подвергают прутковые и трубчатые заготовки. Деформация может быть сосредоточена на конце прутка либо осуществляться на некотором расстоянии от него в одном или в нескольких местах. Ротационной ковкой можно полностью или частично заковать концы трубчатых заготовок, а также соединить стержни с трубами. Применяют холодную и горячую ротационную ковку.
В качестве технологического оборудования используют ротационно-обжимные машины для небольших поковок и радиально-обжимные — для изготовления поковок относительно крупных сечений.
Ротационно-обжимные машины простейшей конструкции имеют два бойка, движущихся навстречу друг другу. Обжатие происходит, как показано на рис. 3.5, а, за счет встречи бойков 1 с роликами 2, расположенными по внутреннему периметру вращающейся обоймы 4.
Радиально-обжимные машины имеют кривошипно-эксцентриковое устройство привода бойков, которое схематически показано на рис. 3.5, б. На таком оборудовании изготовляют ступенчатые валы, шпиндели и полые поковки со сложным внутренним контуром.
Штамповкой называют процесс деформации металла в штампах. Различают объемную и листовую штамповку.
При объемной штамповке предварительно нагретую заготовку деформируют в замкнутой полости штампа, форма и размеры которой определяют форму и размеры получаемой поковки. Объемная штамповка проводится в открытых и закрытых штампах.
В отличие от упрощенных подкладных штампов, часто применяемых при ковке, при объемной штамповке используют закрепляемые штампы, имеющие более совершенную конструкцию.
Серийное производство поковок способами объемной штамповки осуществляют на молотах, прессах и горизонтально-ковочных машинах.
Процесс объемной штамповки заключается в принудительном перераспределении металла заготовки по форме полости штампа. Полость штампа называется ручьем. Фасонирование поковки происходит в подготовительных ручьях, а оформление поковки — в окончательном (чистовом) ручье.
Для загрузки исходной заготовки в ручей и извлечения из него поковки штампы снабжены одним или двумя разъемами.
Штамповка в открытых штампах (см. рис. 3.3, д) приводит к образованию заусенца. Это способствует полному затеканию металла во все углы рабочего объема штампа, поэтому заусенцу часто придают целесообразную форму.
Штамповка в открытых штампах характеризуется следующими признаками:
объем металла, находящегося в ручье в процессе штамповки, не постоянен (при штамповке предусматривается вытекание части металла в виде заусенца);
направление вытеснения металла в заусенечную щель перпендикулярно направлению движения штампа, толщина заусенца в процессе штамповки уменьшается;
по месту обрезки заусенца волокна металла у поковки оказываются перерезанными;
из заготовок с размерами низкой точности получают поковки с размерами более высокой точности за счет различного для каждой заготовки объема металла, вытесняемого в заусенец.
Штамповку в закрытых штампах иногда называют безоблой-ной штамповкой. Сущность процесса (рис. 3.6) состоит в том, что исходная заготовка 2 деформируется, находясь в полости нижней части штампа 1, в которую входит, как в направляющую, подвижная верхняя его часть 3. При этом штамп не обеспечивает свободного удаления поковки из ручья.
Для улучшения условий удаления заготовки из штампа применяют штамповочные уклоны или используют выталкиватели.
Штамповка в закрытом штампе характеризуется следующими признаками:
колебания объема заготовок должны быть незначительными;
заусенец, часто образующийся вследствие затекания металла в зазор по месту разъема штампа, незначителен, а направление вытекания совпадает с направлением движения штампа;
макроструктура поковок характеризуется тем, что волокна металла получают очертания контура поковки и не перерезаны.
Основной недостаток способа штамповки в закрытых штампах состоит в его неуниверсальности и ограниченности рациональных форм штампуемых поковок.
Все большее распространение получает штамповка в разъемной матрице. При наличии разъема матрицы штамп имеет две плоскости разъема, что дает ряд преимуществ. Главное достоинство такого штампа состоит в возможности отказаться от штамповочных уклонов, что экономит металл, и получать заготовки, которые не могут быть получены в обычной полости штампа.
Некоторые виды заготовок получают на ковочных вальцах (вальцовка), относящихся к группе ротационных штамповочных машин, которые характеризуются вращательным движением рабочего инструмента.
В кинематическом отношении ковочные вальцы имеют сходство с прокатными станами для продольной прокатки (см. рис. 3.3, а), но конструкция их более проста из-за наличия чаще всего одной клети, состоящей из двух валков.
В процессе деформации в вальцах уменьшаются поперечные сечения заготовки и одновременно увеличивается ее длина. В отличие от обычной продольной прокатки при вальцовке получают заготовки с неодинаковыми поперечными сечениями по длине, причем наиболее просто получить поковки с плавным изменением площади поперечных сечений. Вальцы чаще используют в общем агрегате с кривошипными прессами. Так получают исходные заготовки для шатунов (вальцуют стеблевую часть шатуна), поворотных кулаков и т. п. Небольшие габаритные размеры ковочных вальцов и большая скорость их вращения обеспечивают вальцовку заготовок и штамповку на прессе за один нагрев, что сокращает расход энергии и угар металла. При необходимости получения сложной фасонировки используются многоклетьевые вальцы, работающие на проход.
Таким образом, штамповка в вальцах осуществляется при расположении ручьёв на цилиндрических поверхностях вращающихся валков. Так штампуют поковки с заусенцами, т.е. как в открытом штампе. Так получают специальные штифты, заготовки для ключей и т.д.
Листовая штамповка (см. рис. 3.3, е) состоит в деформации холодной исходной заготовки в штампе, имеющем матрицу с прижимным кольцом и пуансон. Этот вид штамповки проводят на специальных штамповочных прессах. Его широко применяют для получения панелей кабин, кузовов, облицовки и т.д.
При прессовании металл выдавливают через круглое или фасонное отверстие в матрице, форма и размеры которого определяют форму и сечение выдавливаемой части изделия. Прессование также применяется для получения прутков, труб и фасонных профилей из цветных металлов и их сплавов, а также из сталей.
Прессование (штамповка выдавливанием) осуществляется на прессах, горизонтально-ковочных машинах и даже на молотах (ударное выдавливание). Сущность процесса состоит в том, что исходную заготовку сжимают в полости штампа, и так как в ней имеется выходное отверстие, то часть металла выдавливается через него за пределы основной полости (см. рис. 3.3, в). Отходов здесь не предусматривается. Исключение составляет та часть объема исходной заготовки, которая является избыточной вследствие неточности проката и разделки пруткового металла на мерные исходные заготовки. В закрытом штампе тоже могут быть полости для выдавливания отдельных элементов поковки, но они глухие, без выходного отверстия. Поковка, полученная в штампе для выдавливания, состоит из корпуса, находящегося в основной части полости к концу процесса, и стержневой части, выдавленной через отверстие в полости штампа.
Главное преимущество процесса выдавливания перед штамповкой в открытых штампах состоит в возможности получения поковок с очень точными размерами и весьма качественной поверхностью.
Выдавливанием (прессованием) можно изготовлять поковки с относительно короткими отростками, при этом соседние поперечные сечения поковок значительно отличаются друг от друга. Выдавливают поковки с одним или несколькими отростками, сплошные или полые, а также с боковыми отростками (типа крестовин).
Процесс выдавливания можно разделить на три стадии: осадка до момента соприкосновения бочкообразной заготовки с боковыми стенками основной полости; заполнение основной полости металлом; выдавливание металла в стержневую полость. Деформация при выдавливании сопровождается большим гидростатическим давлением и очень высокими удельными усилиями течения. Это в некоторой степени препятствует широкому использованию процесса.
Для получения заготовок гибкой на гибочных машинах в горячем состоянии используют горизонтальные кривошипные машины.
Гибку в штампах отличают от свободной гибки, при которой заготовку, лежащую на двух опорах или закрепленную консольно, изгибают округлым инструментом, не имеющим очертаний заготовки, как в случае гибки в штампах. При гибке в штампах процесс заканчивается правкой или даже калибровкой.
Гибкой получают разнообразные сложные поковки с углами, расположенными в различных плоскостях. Многоручьевые штампы, применяемые в этих случаях, снабжены специальными фиксирующими устройствами.
Гибку в горячем состоянии производят также на молотах, прессах и ковочных машинах.
Полученные обработкой давлением заготовки проходят отделочные операции: правку, термическую обработку, очистку от окалины и калибровку.
Применение отделочных операций приводит к улучшению поверхности и структуры поковок, а также к повышению точности Их размеров и геометрической формы.
Правкой устраняют искривление поковок, полученное при их изготовлении из-за следующих причин:
при штамповке вследствие застревания и последующего принудительного извлечения поковок из ручья;
при отрубке ножом и транспортировании поковок;
при обрезке вследствие неудовлетворительной подгонки штампов;
при термической обработке в результате коробления;
после выполнения дополнительной технологической операции, например при гибке.
Величину искривления поковок устанавливают с помощью специальных контрольных приспособлений. Искривление считается допустимым, если искажение формы не превышает допусков на размеры.
В большей степени искривлению подвержены поковки значительной длины, с тонкими ребрами, с большой разницей размеров смежных поперечных сечений. Поковки правят в горячем состоянии после обрезки заусенца или в холодном состоянии после термической обработки. Горячая правка оказывает лучшее влияние на структуру и механические свойства стали, чем холодная. Холодную правку применяют главным образом для поковок, получающих искривления при термической обработке. Для этого вида правки используют простые в эксплуатации фрикционные молоты, устанавливаемые батарейным способом в термическом отделении цеха. Форма полости ручьев правочных штампов совпадает с формой полости окончательных ручьев. Для увеличения производительности холодную правку небольших поковок проводят в многоручьевом штампе.

Повышение качества металлических материалов Механико-термическая обработка Технологические методы кузнечно-штамповочного производства Ковка и горячая объемная штамповка Штамповка в закрытых штампах Холодная штамповка Методы сварки Контактная сварка Технологические методы изготовления деталей Методы обработки отверстий мерным инструментом и Методы обработки плоскостей резцами 

 

Образовательный сайт Бармашовой Л.В.

Рассылки Subscribe.Ru
Современное образование
Подписаться письмом