Достоинства обработки металлов давлением
Обработка металлов давлением основана на способности металлов (ряда неметаллических материалов) в определенных условиях получать пластические (остаточные) деформации в результате воздействия на деформируемое тело (заготовку) внешних сил.
Таким образом, при обработке металлов давлением заготовка превращается в изделие за счет пластического деформирования твердой заготовки или ее отдельных частей. Это составляет ее коренное отличие от литейных процессов, в которых изделие получается при затвердевании жидкого, расплавленного металла и от обработки резанием, при котором форма изделия получается путем удаления (срезания) части заготовки в стружку.
Достоинства обработки металлов давлением:
возможность значительного уменьшения отхода металла по сравнению с обработкой резанием;
повышение производительности труда, т.к. в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки;
пластическая деформация позволяет получать изделия с наилучшими заданными свойствами (прочностью, жесткостью, сопротивлением износу и т.д.).
Исходными материалами для обработки металлов давлением служат слитки и заготовки различных размеров и массы.
Для производства проката на металлургических заводах чаще всего применяют стальные слитки массой 5-8 т. Слитки цветных металлов и сплавов обычно имеют массу от 50 до 1000 кг.
4.1 Виды обработки металлов давлением
К обработке металлов давлением относят прокатку (рис. 4.1, а), прессование (рис. 4.1, б), волочение (рис. 4.1, в), ковку (рис. 4.1, г), горячую и холодную штамповку (рис. 4.1, д, е), специальные виды обработки. Первые три способа обычно применяют на металлургических заводах; ковку и штамповку обычно применяют на металлообрабатывающих заводах машиностроения.
Рис.4.1 Схемы основных видов обработки металлов давлением
4.2 Прокатка
Прокатка - один из видов обработки металлов давлением, при котором металл пластически деформируется вращающимися валками. Основные виды прокатки: продольная (рис 4.2, а), поперечная (рис 4.2, б), винтовая (рис 4.1, в).
Рис.4.2 Виды прокатки
Отношение полученной длины l к первоначальной называется коэффициентом вытчяжки μ:
Эта величина является одной из основных количественных характеристик деформации при прокатке и составляет обычно 1,1-1,6 за проход.
Инструмент для прокатки.
Инструментом прокатки являются валки.Прокатные валки выполняют основную операцию прокатки - деформацию (обжатие) металла и придание ему требуемых размеров и формы поперечного сечения.
Прокатные валки подразделяются на две группы: листовые и сортовые.Валки листовых станов служат для прокатки листов, полос и ленты. Рабочая часть этих валков (бочка) имеет цилиндрическую форму. Валки сортовых станов служат для прокатки заготовок и сортового профильного металла. На поверхности бочки этих валков есть углубления, соответствующие профилю прокатываемого металла. Эти углубления называютручьями.
Оборудование прокатного производства.
Машины и механизмы главной линии прокатного стана состоят из рабочей клети, передаточных механизмов и главного электродвигателя.
Рабочая клеть- основное устройство прокатного стана, т.к. в ней осуществляется собственно прокатка (пластическая деформация металла). Она представляет собой комплект прокатных валков со станинами.
Прокатные станы классифицируют по трем основным признакам:
по числу и расположению валков в рабочих клетях;
по числу и расположению рабочих клетей;
по их назначению.
В зависимости от конструкции и расположения валков рабочие клети прокатных станов можно разделить на несколько групп: двухвалковые, трехвалковые, многовалковые, универсальные и клети специальной конструкции.
По расположению рабочих клетей станы могут быть одноклетьевыми и многоклетьевыми с линейным или последовательным расположением клетей.
Прокатные станы по назначению подразделяют на станы для производства полупродукта и станы выпуска готового проката. К первым относятся обжимные станы (блюминги и слябинги) для прокатки слитков полупродукта крупного сечения для последующей прокатки на сортовой или листовой металл и заготовочные для получения полупродукта более мелкого сечения из блюмов или слитков небольшой массы. Ко вторым относятся станы для выпуска готового проката, Они характеризуются видом выпускаемой продукции: рельсобалочные, сортовые, листопрокатные, трубопрокатные и станы для специальных видов проката.
Продукция прокатного производства.
Сортамент прокатываемых профилей разделяют на четыре основные группы: сортовой прокат, листовой, трубы и специальные виды проката.
Профили сортового прокатаподразделяют на две группы: простой геометрической формы (квадрат, круг, прямоугольник, шестигранник) и сложной фасонной формы (швеллеры, двутавровые балки, рельсы, уголки и т.д.).
Листовой прокат разделяют на толстолистовой (толщина 4-160 мм) и тонколистовой (0,2-4 мм). Листы толщиной менее 0,2 мм называют фольгой. Броневые плиты имеют толщину до 550 мм.
Трубы стальные разделяют в основном на бесшовные диаметром 30-650 мм и сварные диаметром 10-1420 мм. Кроме того стальные трубы различают по назначению.
Общие сведения об обработке металлов давлением
1. Обработка давлением основана на способности металлов необратимо изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Она обеспечивает получение заготовок для производства деталей, а в некоторых случаях и самих деталей требуемых форм и размеров с необходимыми механическими и физическими свойствами.
Обработка давлением – прогрессивный, экономичный и высокопроизводительный способ металлообработки, развивающийся в направлении максимального приближения форм и размеров заготовки к форме и размерам детали, что обеспечивает лучшее использование металла, сокращение трудоёмкости последующей обработки резанием и уменьшением себестоимости продукции.
При производстве металлических изделий широко применяют обработку металлов давлением как в горячем состоянии, так и в холодном. Основными способами обработки металлов давлением являются прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка.
Прокатка – один из важных способов обработки давлением, которым обрабатывается более 75% выплавляемой стали.
Прокатка осуществляется захватом заготовки 2 (рис. 22, а) и деформации ее между вращающимися в разные стороны валками 1 прокатного стана; при этом толщина заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличиваются. Валки имеют гладкую поверхность для прокатки листов или вырезанные ручьи, составляющие калибры, для получения круглой или квадратной полосы, рельсов и т. д.
Волочение – процесс, при котором заготовка 2 (рис. 22, б) протягивается на волочильном стане через отверстие инструмента 1, называемого волокой; при этом поперечное сечение заготовки уменьшается; а длина ее увеличивается.
Рис. 22 Схемы основных способов обработки металлов давлением:
а – прокатка; б – волочение; в – прессование; г – ковка; д – объемная штамповка; е – листовая штамповка
Прессование представляет собой выдавливание заготовки 4 (рис. 22, в), помещенной в специальный цилиндр – контейнер 3,через отверстие матрицы 5, удерживаемой матрицедержателем 6;выдавливание производят при помощи пресс – шайбы 2 и пуансона 1. В зависимости от формы и размеров отверстия матрицы получают разнообразные изделия.
Ковка металла заключается в обжатии заготовки 2 (рис. 22, г) между верхним 1 и нижним 3 бойками молота с применением разнообразного инструмента. Свободной ковкой получают поковки различных размеров простой или сложной формы на молотах или прессах.
Штамповка – процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которых определяют форму и размеры получаемой поковки. Различают объемную и листовую штамповку.
При объемной штамповке (рис. 22, д) на горячештамповочных молотах и прессах заготовка 2 деформируется в штампе 1. Листовая штамповка (рис. 22, е) осуществляется на холодноштамповочных прессах. При помощи пуансона 1, прижима 2, матрицы 3 листовая заготовка 4 превращается в изделие.
2. Различают горячую и холодную обработки металлов давлением.
Горячая обработка металлов давлением характеризуется явлениями возврата и рекристаллизации, отсутствием упрочнения (наклёпа); механические и физико-химические свойства металла изменяются сравнительно мало. Пластическая деформация не создаёт полосчатости (неравномерности) микроструктуры, но приводит к образованию полосчатости макроструктуры у литых заготовок (слитков) или к изменению направления волокон макроструктуры (прядей неметаллических включений) при обработке металлов давлением заготовок, полученных прокаткой, прессованием и волочением. Полосчатость макроструктуры создаёт анизотропию механических свойств, при которой свойства материала вдоль волокон обычно лучше его свойств в поперечном направлении.
При холодной обработке металлов давлением процесс пластической деформации сопровождается упрочнением, которое изменяет механические и физико-химические характеристики металла, создаёт полосчатость микроструктуры и также изменяет направление волокон макроструктуры. При холодной обработке металлов давлением возникает текстура, создающая анизотропию не только механических, но и физико-химических свойств металла. Используя влияние обработки металлов давлением на свойства металла, можно изготавливать детали с наилучшими свойствами при минимальной массе.
Для получения заготовок обработкой давлением используют различные деформируемые материалы: углеродистые, легированные и высоколегированные стали, жаропрочные сплавы, сплавы на основе алюминия, меди, магния, титана, никеля и др.
Исходными заготовками для обработки металлов давлением являются плоские и круглые слитки разных размеров и массы из стали и цветных сплавов.
До обработки давлением слитки подвергают механической обработке, которая заключается в отрезке прибыльной и донной частей и очистке поверхности от литейных пороков.
Размеры и масса слитков зависят от их назначения. Цилиндрические слитки предназначаются для изготовления прутков, профилей и труб. Их получают главным образом методом непрерывного литья. Плоские слитки применяют для изготовления различных поковок, листов, лент, полос и т. п.
3. Существенные преимущества обработки металлов давлением по сравнению с литейным производством и обработкой резанием – возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышения производительности труда, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т. д.) при наименьшей их массе.
Эти и другие преимущества обработки металлов давлением (отмеченные ниже) способствуют неуклонному росту ее удельного веса в металлообработке. Совершенствование технологических процессов обработки металлов давлением, а также применяемого оборудования позволяет расширять номенклатуру деталей, изготовляемых обработкой давлением, увеличивать диапазон деталей по массе и размерам, а также повышать точность размеров полуфабрикатов, получаемых обработкой металлов давлением.
Обработка металлов давлением
Под обработкой давлением понимают методы получения изделий путем пластической деформации металлов и сплавов.
Величина пластической деформации не безгранична, при определенных ее значениях может начаться разрушение металла. Однако, создавая наиболее благоприятные условия деформирования, в настоящее время достигают значительного пластического формоизменения даже у материалов, имеющих в обычных условиях невысокую пластичность.
Существенные преимущества обработки металлов давлением по сравнению с обработкой резанием – возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышения производительности труда, поскольку в результате однократного приложения деформирующей силы можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т. д.) при наименьшей их массе. Эти и другие преимущества обработки металлов давлением способствуют неуклонному росту ее удельного веса в металлообработке.
Классификация процессов обработки металлов давлением
По назначению процессы обработки металлов давлением группируют следующим образом:
для получения изделий постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов); основными разновидностями таких процессов являются прокатка, прессование и волочение;
для получения деталей или заготовок (полуфабрикатов), имеющих приближенно формы и размеры готовых деталей и требующих обработки резанием лишь для придания им окончательных размеров и получения поверхности заданного качества; основными разновидностями таких процессов являются ковка и штамповка.
Основными схемами деформирования объемной заготовки можно считать сжатие между плоскостями инструмента, ротационное обжатие вращающимися валками, затекание металла в полость инструмента, выдавливание металла из полости инструмента и волочение, при котором в качестве заготовки может быть использован только пруток.
Процессы деформирования листовой заготовки – операции листовой штамповки, объединяются в две группы:
разделительные операции (отрезка, вырубка, пробивка, надрезка) и формоизменяющие (гибка, вытяжка, формовка и др.).
Сжатие между плоскостями инструмента – осадка, характеризуется свободным пластическим течением металла между поверхностями инструмента (рис. 22, а). Отношение высоты заготовки к ее меньшему поперечному размеру не может быть больше 2,5-3, из-за опасности потери устойчивости и изгиба.
Схема свободного течения металла при сжатии между плоскостями инструмента лежит в основе операций ковки: осадки, протяжки, раскатки и др., а также имеет место во многих способах объемной штамповки.
Ротационное обжатие вращающимися валками (рис. 22,6) обусловливается силами трения между вращающимся инструментом и заготовкой, благодаря которым последняя перемещается в зазоре между валками, одновременно деформируясь. Эта схема лежит в основе прокатки.
Рис. 22 Основные схемы деформирования в обработке металлов давлением
Затекание металла в полость инструмента (рис. 22, в) – схема деформирования, являющаяся сутью объемной штамповки. Металл заготовки заполняет полость, называемую ручьем, специального инструмента – штампа, приобретая его форму и размеры. Течение металла ограничивается поверхностями полостей.
Выдавливание металла (рис. 22, г) через отверстие заданного сечения в матрице 1 происходит вследствие его сжатия в замкнутой полости, образуемой контейнером 3, матрицей 7 и пуансоном 4. при Схема выдавливания характерна для таких видов обработки металлов давлением, как прессование, горячая и холодная штамповка.
Волочение (рис. 22, д) заключается в протягивании заготовки 2 через сужающееся отверстие в инструменте, называемом волокой 7; площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и получает форму поперечного сечения отверстия волоки, а следовательно, длина (из условия постоянства объема при пластической деформации) увеличивается.
В зависимости от температуры пластического деформирования различают холодную и горячую обработку давлением.
Основная цель нагрева – повышение пластических свойств для улучшения заполнения рабочего пространства штампа, а также уменьшения износа инструмента.
Максимальную температуру нагрева, т. е. температуру начала горячей обработки давлением, следует назначать такой, чтобы не было пережога (появления хрупкой пленки между зернами металла вследствие окисления их границ) и перегрева. В процессе обработки нагретый металл обычно остывает, соприкасаясь с более холодным инструментом и окружающей средой.
Заканчивать горячую обработку давлением следует также при вполне определенной температуре, ниже которой пластичность вследствие упрочнения падает и в изделии возможно образование трещин. Но при высоких температурах заканчивать деформирование нецелесообразно, особенно для сплавов, не имеющих фазовых превращений. В этом случае после деформирования зерна успевают вырасти и получается крупнозернистая структура, характеризующаяся низкими механическими свойствами.
Каждый металл и сплав имеет свой строго определенный температурный интервал горячей обработки давлением.
С увеличением времени нагрева увеличивается окисление поверхности металла, так как при высоких температурах металл активнее химически взаимодействует с кислородом воздуха. В результате на поверхности, например, стальной заготовки образуется окалина - слой, состоящий из оксидов железа. Кроме потерь металла с окалиной, последняя, вдавливаясь в поверхность заготовки при деформировании, вызывает необходимость увеличения припусков на механическую обработку. Окалина увеличивает износ деформирующего инструмента, так как ее твердость значительно больше твердости горячего металла.
При высоких температурах на поверхности стальной заготовки интенсивно окисляется не только железо, но и углерод; происходит так называемое обезуглероживание. Толщина обезуглероженного слоя иногда достигает 1,5-2 мм.
Для уменьшения окисления заготовки нагревают в нейтральной или восстановительной атмосфере. Для увеличения производительности применяют индукционный нагрев. При этом способе в специально изготовленный индуктор (из медной трубки) подается ток высокой частоты. Между витками индуктора создается магнитное поле, и на поверхность заготовки наводятся токи Фуко, которые вызывают разогрев поверхности. Количество тепла, выделяемое заготовке: Q=0,24J 2 Rt. Чем больше сила тока, тем выше скорость разогрева.
Обработки материалов давлением
Обработкой давлением называются процессы получения заготовок или деталей машин силовым воздействием инструмента на исходную заготовку из исходного материала.
Пластическое деформирование при обработке давлением, состоящее в преобразовании заготовки простой формы в деталь более сложной формы того же объема, относится к малоотходной технологии. Обработкой давлением получают не только заданную форму и размеры, но и обеспечивают требуемое качество металла, надежность работы изделия.
Существенные преимущества обработки металлов давлением по сравнению с обработкой резанием - возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышения производительности труда, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т. д.) при наименьшей их массе. Эти преимущества обработки металлов давлением способствуют неуклонному росту ее удельного веса в металлообработке.
Классификация технологических процессов
обработки металлов давлением
Процессы обработки металлов давлением по назначению делят на два вида:
1. Для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов). Такие заготовки используются в строительных конструкциях или в качестве заготовок для обработки резанием или давлением. Основные разновидности таких процессов – прокатка, прессование и волочение.
2. Для получения деталей или заготовок (полуфабрикатов), имеющих приближенно формы и размеры готовых деталей. Основные разновидности таких процессов – ковка и штамповка.
Пластическое деформирование в обработке металлов давлением осуществляется при различных схемах напряженного и деформированного состояний, при этом исходная заготовка может быть объемным телом, прутком, листом.
По назначению процессы обработки металлов давлением группируют следующим образом:
– для получения изделий постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления деталей – прокатка, волочение, прессование;
– для получения деталей или заготовок, имеющих формы и размеры, приближенные к размерам и формам готовых деталей, требующих механической обработки для придания им окончательных размеров и заданного качества поверхности – ковка, штамповка.
Основными схемами деформирования объемной заготовки являются:
– сжатие между плоскостями инструмента – ковка;
– ротационное обжатие вращающимися валками – прокатка;
– затекание металла в полость инструмента – штамповка;
– выдавливание металла из полости инструмента – прессование;
– вытягивание металла из полости инструмента – волочение.
Характер пластической деформации зависит от соотношения процессов упрочнения и разупрочнения. Губкиным С.И. предложено различать следующие виды деформации и, соответственно, виды обработки давлением.
Горячая деформация – деформация, после которой металл не получает упрочнения. Рекристаллизация успевает пройти полностью, новые равноосные зерна полностью заменяют деформированные зерна, искажения кристаллической решетки отсутствуют. Деформация имеет место при температурах выше температуры начала рекристаллизации.
Неполная горячая деформация характеризуется незавершенностью процесса рекристаллизации, которая не успевает закончиться, так как скорость ее недостаточна по сравнению со скоростью деформации. Часть зерен остается деформированными и металл упрочняется. Возникают значительные остаточные напряжения, которые могут привести к разрушению. Такая деформация наиболее вероятна при температуре, незначительно превышающей температуру начала рекристаллизации. Ее следует избегать при обработке давлением.
При неполной холодной деформации рекристаллизация не происходит, но протекают процессы возврата. Температура деформации несколько выше температуры возврата, а скорость деформации меньше скорости возврата. Остаточные напряжения в значительной мере снимаются, интенсивность упрочнения снижается.
При холодной деформации разупрочняющие процессы не происходят. Температура холодной деформации ниже температуры начала возврата.
Холодная и горячая деформации не связаны с деформацией с нагревом или без нагрева, а зависят только от протекания процессов упрочнения и разупрочнения. Поэтому, например, деформация свинца, олова, кадмия и некоторых других металлов при комнатной температуре является с этой точки зрения горячей деформацией.
3.1.2. Достоинства обработки металлов давлением
Обработка металлов давлением- широко распространенный технологический процесс. В определенных условиях он успешно конкурирует с другими методами получения деталей и в том числе с основным в настоящее время для машиностроения - обработкой резанием.
Получение изделий требуемых размеров и форм при обработке давлением достигается пластическим перемещением частиц металла. В этом заключается основное отличие и преимущество обработки давлением по сравнению с обработкой резанием, при которой форма изделия получается удалением части заготовки. В этой связи существенным достоинством обработки металлов давлением является значительное уменьшение отхода металла, а также повышение производительности труда (снижение времени на обработку изделия), поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Некоторые способы обработки металлов давлением дают возможность получать детали, вообще не нуждающиеся в дальнейшей обработке. Кроме того, изменение физико-механических свойств металла заготовки, сопровождающее пластическую деформацию, а также рациональное расположение волокон его структуры дает возможность получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (высокой износостойкостью, прочностью, жесткостью, и т. д.) при наименьшей их массе.
Таким образом, высокая производительность обработки давлением, малоотходность, низкая себестоимость и высокое качество продукции обусловливают непрерывное возрастание ее роли в машиностроении. Обработке давлением подвергают около 90% всей выплавляемой стали и свыше 50% цветных металлов.
Обработкой давлением не всегда достигается требуемая структура и необходимые свойства получаемой продукции, и не всегда воспроизводятся точно заданные форма, размеры, чистота поверхности детали, поэтому после обработки давлением обычно прибегают к термической обработке и обработке резанием.
3.1.3. Влияние обработки давлением на структуру и свойства металлов и сплавов
В результате пластической деформации изменяются не только форма и размеры заготовки, но и структура и свойства исходного металла.
Рис. 3.4. Схема изменения микроструктуры металла при холодной деформации
обработке металлов давлением различают холодную и горячую деформацию.
Для холодной деформациихарактерно изменение формы зерен структуры. Они вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металла (рис. 3.4).Это сопровождается изменением механических и физико-химических свойств металла. Такое явление называют упрочнением (наклепом). Изменение механических свойств состоит в том, что возрастают характеристики твердости и прочности металла, в то время как характеристики пластичности снижаются. Изменяются также электропроводность и магнитная проницаемость сплава (физико-химические свойства).
Упрочнение возникает вследствие искажений кристаллической решетки, а также поворота плоскостей скольжения в процессе холодного деформирования.
Изменения, внесенные холодной деформацией в структуру и свойства металла, не являются необратимыми. Они могут быть устранены с помощью такой термической обработки, как отжиг. В этом случае в металле заготовки происходит внутренняя перестройка структуры, при которой за счет дополнительной тепловой энергии, увеличивающей подвижность атомов, в твердом металле без фазовых превращений из множества центров растут новые зерна, заменяющие собой вытянутые, деформированные зерна. Так как в равномерном температурном поле скорость роста зерен по всем направлениям одинакова, то новые зерна, появившиеся взамен деформированных, имеют примерно одинаковые размеры по всем направлениям.
Рис. 3.5. Схема изменения микроструктуры металла при горячей деформации
вление зарождения и роста новых равноосных зерен взамен деформированных, вытянутых, происходящее при определенных температурах, называется рекристаллизацией. Для чистых металлов рекристаллизация начинается при абсолютной температуре, равной 0,4 абсолютной температуры плавления металла. Рекристаллизация протекает с определенной скоростью, причем время, требуемое для рекристаллизации, тем меньше, чем выше температура нагрева деформированной заготовки.
Горячей деформациейназывают деформацию, характеризующуюся таким соотношением скоростей деформирования и рекристаллизации, при котором рекристаллизация успевает произойти во всем объеме заготовки и микроструктура после обработки давлением оказывается равноосной, без следов упрочнения (рис. 3.5).Таким образом, формоизменение заготовки при температуре выше температуры рекристаллизации сопровождается одновременным протеканием упрочнения и рекристаллизации.
Чтобы обеспечить условия протекания горячей деформации, с увеличением ее скорости повышают температуру нагрева заготовки (для увеличения скорости рекристаллизации).
При горячей деформации сопротивление деформированию примерно в 10 раз меньше, чем при холодной, а отсутствие упрочнения приводит к тому, что сопротивление деформированию (предел текучести) в процессе обработки давлением изменяется незначительно. Этим обстоятельством объясняется, в основном, то, что горячую обработку применяют для изготовления крупных деталей, так как при этом требуются меньшие усилия деформирования (менее мощное оборудование).
Следует учитывать, что при обработке давлением заготовок малых размеров (малой толщины) трудно выдержать необходимые температурные условия ввиду быстрого их охлаждения на воздухе и от контакта с более холодным инструментом.
При горячей деформации пластичность металла выше, чем при холодной. Поэтому горячую деформацию целесообразно применять при обработке трудно деформируемых, малопластичных металлов и сплавов, а также заготовок из литого металла (слитков). В то же время при горячей деформации происходит более интенсивное окисление заготовки (на поверхности образуется слой окалины), что ухудшает качество поверхности и точность получаемых размеров.
Холодная деформация без нагрева заготовки позволяет получать бóльшую точность размеров и лучшее качество поверхности по сравнению с обработкой давлением при высоких температурах. Следует отметить также, что обработка давлением без предварительного нагрева заготовки позволяет сократить продолжительность технологического цикла, облегчает использование средств механизации и автоматизации, повышает производительность труда и снижает стоимость обработки.
Исходной заготовкой для многих процессов обработки металлов давлением является слиток. Кристаллическое строение слитка неоднородно (кристаллы имеют различную форму и размеры). Кроме того, в нем имеется пористость, газовые пузыри и т. п. Горячая обработка слитка давлением приводит к деформации и дроблению (за счет рекристаллизации) кристаллитов и частичной заварке пор и раковин. Таким образом, при горячей обработке давлением слитка увеличивается плотность металла, а также улучшается его структура (металл получает мелкозернистое строение).
В исходном слитке примеси и неметаллические включения обычно располагаются по границам кристаллов. В результате обработки давлением, как уже указывалось ранее, неметаллические включения вытягиваются в виде волокон по направлению наиболее интенсивного течения металла. Эти волокна выявляются травлением и видны невооруженным глазом в форме так называемой волокнистой макроструктуры. Полученная в результате обработки давлением литой заготовки, волокнистая макроструктура металла не может быть разрушена ни термической обработкой, ни последующим деформированием. В зависимости от его характера обработка давлением может изменить лишь направление и форму волокон макроструктуры.
Волокнистое строение деформированного металла приводит к анизотропии его свойств (прочность и ударная вязкость металла вдоль его волокон выше, чем поперек). Поэтому течение металла при обработке давлением следует направлять так, чтобы волокна совпадали с направлением наибольших напряжений в детали при ее эксплуатации. При этом общие рекомендации следующие: необходимо, чтобы наибольшие растягивающие напряжения, возникающие в деталях в процессе работы, были направлены вдоль волокон, а если какой-либо элемент этой детали работает на срез, то желательно, чтобы п
Рис. 3.6. Макроструктура коленчатого вала и рабочие усилия, воздействующие на вал при его эксплуатации:
а – структура, полученная обработкой резанием, б – структура, полученная штамповкой
еререзывающие силы действовали поперек волокон, необходимо чтобы волокна подходили к наружным поверхностям детали по касательной и не перерезались наружными поверхностями детали. Так как направление волокон зависит от характера деформирования заготовки, то в готовой детали желательно получить такое расположение волокон, при котором она имела бы наилучшие свойства.На рис. 3.6 показана макроструктура и нагружение силами при работе коленчатого вала, изготовленного из прокатанной заготовки только обработкой резанием (рис. 3.6, а) и штамповкой с последующей обработкой резанием (рис. 3.6, б). Прочность вала, полученного штамповкой, на 10 … 15% выше, чем вала, полученного обработкой резанием.
Читайте также: