Промышленные способы обработки металлов давлением методом пластической деформации
Понятие об упругой и пластической деформации металлов, сущность холодной и горячей обработки металлов давлением. Характеристика процессов прокатки, волочения, прессования, ковки, штамповки. Формообразующие операции: осадка, протяжка, прошивка, гибка.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.01.2013 |
| Размер файла | 335,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Электростальский политехнический институт (филиал) Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Реферат
по дисциплине «Обработка металлов давлением»
на тему «Промышленные способы ОМД механизмов пластической деформации»
выполнил: студент 4-го курса группы ЗЭМ 08
Акмурзин А.Д.
Проверила: ст. пр. Чеканова С. Б.
Электросталь 2011
Оглавление
Введение
1. Понятие об упругой и пластической деформации металлов
2. Способы обработки металлов давлением
2.1 Прокатка
2.2 Волочение
2.3 Прессование
2.4 Ковка
2.5 Штамповка
Заключение
Список литературы
Введение
Для получения деталей применяют различные заготовки. Металлические заготовки изготавливают литьем, прокаткой, ковкой, штамповкой и другими способами.
Методами пластической деформации получают заготовки из 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.
В первой главе контрольной работы в виде реферата изложены основные определения встречающиеся в обработке металлов. Понятие об упругой и пластической деформации металлов, сущность холодной и горячей обработки металлов давлением.
Краткая характеристика деформации.
Во второй главе раскрываем тему промышленные способы обработки металлов давлением механизмов пластической деформации: прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка.
1. Понятие об упругой и пластической деформации металлов
Деформация - изменение формы и размеров твердого тела под воздействием приложенных к нему нагрузок. Различают деформацию упругую (обратимую) и пластическую (необратимую).
Упругой деформацией называют такую, которая исчезает после снятия нагрузок, т.е. тело восстанавливает свою первоначальную форму. Пластическая деформация остается после снятия внешней нагрузке, (тело не восстанавливает первоначальную форму и размеры).
Пластическая деформация сопровождается смещением одной части кристалла относительно другой на расстояние, значительно превышающие расстояния между атомами в кристаллической решетке металлов и сплавов.
Способность металлов и сплавов к пластической деформации имеет важное практическое значение, т.к. все процессы обработки металлов давлением основаны на пластическом деформировании заготовок.
Величина пластической деформации не безгранична, при определенных ее значениях может начинаться разрушение металла.
При пластической деформации изменяется не только форма, но и свойства деформируемого металла. В реальном поликристаллическом металле происходит изменение форм зерен (кристаллитов) дробление отдельных зерен, а также ориентация их определенных кристаллографических осей в направлении течения металла.
Преимущественная ориентация зерен называется текстурой. Текстура металлов обусловливает анизотропию Анизотропимя (от др.-греч. аниз -- неравный и тропос -- направление) -- неодинаковость свойств среды (например, физических: упругости, электропроводности, теплопроводности, показателя преломления, скорости звука или света и др.) по различным направлениям внутри этой среды; в противоположность изотропии. их механических, магнитных и электрических свойств. В общем случае анизотропия свойств металла отрицательно сказывается при дальнейшей его обработки и эксплуатации изделий. В некоторых случаях специально стремятся создать максимально текстурованный в определенных направлениях для повышения механической прочности или магнитно-электрических свойств.
Сущность холодной и горячей обработки металлов давлением.
Обработка металлов давлением разделяется на холодную и горячую.
Горячая обработка металлов под давлением замечательна тем, что базовые характеристики металла практически не изменяются. Занимаются этим сталелитейные предприятия высоких температур. Детали получаются равномерными, но при поперечном сечении идеала не получается. Данный способ образует так называемые «волокна металла», полосчатость, зато прочностные характеристики детали вдоль волокон отличаются замечательными показателями.
Холодная обработка металлов давлением придает металлу дополнительную прочность, ведь изменения касаются не только поверхности -- структура металла меняется на химическом и физическом глубинном уровне. Металл становится плотнее, и на выходе детали получаются относительно легкими, но прочными, твердыми и качественными. Таким образом, оба вида обработки металла под давлением применяются достаточно широко, просто для каждого вида деталей применяется тот вид воздействия, который обеспечивает оптимальный результат.
Перед горячей обработкой давлением металлы и стали нагревают до определенной температуры (начало горячей обработки давлением) для повышения их пластичности и уменьшения сопротивления деформации. Однако в процессе обработки температура металла понижается. Минимальная температура, при которой можно производить обработку, называется температурой окончания обработки давлением. Область температуры между началом и окончанием, в которой металл или сплав обладает наилучшей пластичностью, наименьшей склонностью к росту зерна и минимальным сопротивлением деформированию, называют температурным интервалов горячей обработки давлением.
При этом температура нагрева металла выбирается такой, чтобы не возник, пережег либо перегрев. Пережег, характеризуется окислением металла на границе зерен, в результате чего он становится хрупким и при ударе разрушается. Перегрев сопровождается резким ростом размеров зерен, вследствие чего ухудшаются механические свойства.
Каждый металл и сплав имеет свой строго определенный температурный интервал горячей обработки давлением. Например, алюминиевый сплав АК4 - 470-350С; сплав; титановый сплав Вт8 -1100-900С; сталь 45 - 1200-750С.
Заготовка должна быть равномерно нагрета по всему объему до требуемой температуры. Нагрев осуществляется в различных печах и нагревательных устройствах. Выбор способа нагрева заготовок определяется технико-экономических соображениями.
Обработка металлов давлением -- это процесс, который обеспечивает необходимое изменение формы заготовки, не затрагивая ее целостности. Пластическая деформация металлов - это смещение и изменение фрагментов и частей металлической заготовки.
Наиболее распространенные типы пластической деформации металлов -- прокатка, ковка, волочение, штамповка и прессование, и результатом применения данных типов обработки является значительное повышение качества поверхности заготовок.
2. Способы обработки металлов давлением
Обработка металлов давлением дает возможность получить изделие, которое получает окончательную форму после дополнительной обработки, или готовое изделие, не нуждающееся в дальнейшем изменении размеров. Обработка давлением обеспечивает массовое производство деталей одинакового размера с минимальными затратами времени и труда. Этот вид обработки имеет ряд существенных преимуществ перед другими способами в отношении производительности и экономии металла, 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.
При современных методах холодной штамповки, чеканки, калибровки, а также холодной высадке можно получить заготовки, почти не требующие обработки резаньем.
К основным способам обработки металлов давлением относятся процессы прокатки, волочения, прессования (выдавливания), свободной ковки, горячей и холодной объемной штамповки, а также листовой или холодной штамповки.
2.1 Прокатка
металл пластический деформация давление прокатка
Сущность процесса прокатки заключается в деформировании (обжатии) металла между вращающимися валками, зазор между которыми меньше толщины обжимаемой заготовки.
Рис. 1. Прокатка
В результате обжатия поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличивается. Деформацию заготовки обычно определяют относительным обжатием, %:
, (1)
где - высота заготовки.
Практика производится гладкими цилиндрическими волоками и волоками, имеющими на своей поверхности особые проточки, называемые ручьями. При плотном соприкосновении волоков их ручьи образуют закрытые контуры, называемые калибрами. Комплект практичных волоков со станиной называют рабочей клетью.
Практика гладкими волоками дает листы и ленты, а ручьевыми волоками - различные прокатные профили.
Обычно относительное обжатие заготовки за один проход не превышает даже для горячего металла 70 - 30 %, поэтому окончательный профиль продукта получается многократным процессом повторения обработки заготовки при постепенном уменьшении зазора между волоками. При каждом пропуске заготовки площадь её поперечного сечения уменьшается, а форма и размеры постепенно приближаются к требуемым.
При горячей прокатке стали гладкими волоками угол захвата равен 15-24°, при холодной - 3-8°, сортового металла 25-27°.
Технологический процесс современного прокатного производства, не зависимо от вида получаемой продукции, состоит из нескольких этапов: подготовки исходного материала, нагрев его (в случае горячей прокатки), прокатки и отделки. Кроме того, на всех стадиях прокатки осуществляется контроль за ходом процесса и состоянием оборудования.
Прокатное производство - получение путём прокатки из стали и других металлов различных изделий и полуфабрикатов, а также дополнительная обработка их с целью повышения качества (термическая обработка, травление, нанесение покрытий). Прокатное производство обычно организуется на металлургических заводах (реже на машиностроительных), как правило, особенно в чёрной металлургии, является завершающим звеном цикла производства.
К основным видам проката относятся: полупродукт, или заготовка, листовой и сортовой прокат, катаные трубы, заготовки деталей машин (особые виды проката) колёса, кольца, оси, свёрла, шары, профили переменного сечения и другое. Геометрическая форма поперечного сечения прокатного изделия называется его профилем, совокупность профилей разных размеров сортаментом. Основное количество проката изготовляется из низкоуглеродистой стали, некоторая часть из легированной стали и стали с повышенным (больше 0,4%) содержанием углерода. Прокат цветных металлов производится главным образом в виде листов, ленты и проволоки; трубы и сортовые профили из цветных металлов изготовляются преимущественно прессованием.
2.2 Волочение
При волочении заготовку протягивают через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемое волокой. При этом сечение отверстия меньше исходного сечения заготовки.
Рис. 2. Волочение
В результате волочения поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина увеличивается.
Процесс волочения осуществляется в холодном состоянии и используется для получения тонкой проволоки (от 0.002 до 5 мм), калиброванных продуктов различного профиля и тонкостенных труб. При это получают изделие точных размеров, заданной геометрической формы, с чистой и гладкой поверхностью.
Заготовками могут служить прокат (катаная проволока, прутки, трубы), а так же прессованные профили (прутки, трубы). Окончательные размеры изделий обеспечиваются протягиванием (волочением заготовки) через несколько последовательно расположенных волок, так как степень обжатия материала за один проход сравнительно не велика. Волока (фильер, глазок) изготавливаются из инструментальной стали (У7, У12, Х12М), металлокерамических сплавов (ВК3, ВК6) или технического алмаза.
Технологический процесс волочения состоит из 3 основных стадий:
1. Подготовка металла (очистка от окалины, смазывания, заделка концов).
2. Волочение по определенному режиму.
3. Отделки (удаление дефектов, правка, разрезание на мерные длины, маркировка, консервационное смазывание и пр.).
Волочение - это холодный вид обработки давлением, в процессе которого заготовка упрочняется. Волочение получило широкое применение в производстве пруткового металла, проволоки, труб и других изделий постоянного сечения и большой длины
2.3 Прессование
Прессование - это процесс выдавливания металла, заключенного в замкнутой плоскости контейнера, через отверстие матрицы, сечение которого меньше площади сечения контейнера, а форма соответствует форме готового изделия.
Рис. 4. Схема прессования полого профиля. 1 - пуансон; 2 - металл заготовки; 3 - матрица; 4 - игла; 5 - пресс- шайба
Процесс прессования осуществляется при температурах горячей обработки металлов давлением, т.е. при их высокой пластичности.
Прессованию подвергают алюминий, медь и сплавы на их основе, цинк, олово, свинец. Прессованием получают разнообразные профили (см. рис.) из специальных сталей, титановых сплавов и других малопластичных металлов; профили сложной формы, которые не могут быть получены другим способом; обычные профили небольших размеров (например, трубы из цветных металлов).
К достоинствам процесса прессования следует отнести возможность получения изделий сложных профилей, в том числе и пустотелых, не только из высокопластичных, но и малопластичных металлов и сплавов; универсальность применяемого оборудования, позволяющего легко переходить на производство профилей различных конфигураций; достаточно высокую точность размеров и малую шероховатость поверхности получаемых изделий.
В качестве силового агрегата для прессования наибольшее распространение получили гидравлические прессы с усилием прессования 1000 - 5000 т. Они не боятся перегрузки, позволяют регулировать в широких пределах скорость перемещения силового плунжера, легко автоматизируются, в том числе с помощью систем программного.
При прессовании металл подвергается всестороннему неравномерному сжатию и поэтому имеет весьма высокую пластичность.
Прутки диаметром 3-250мм; трубы диаметром 20-400мм со стенкой 1,5-12, профили сплошные, полые, с постоянными и переменными.
Исходной заготовкой для прессования служит слиток, или прокат круглого сечения. Прессование производится на горизонтальных либо вертикальных гидравлических прессах. Процесс прессования высокопроизводителен и обеспечивает высокую точность профиля получаемых изделий. Простая замена инструмента - матрицы - позволяет легко переходить к изготовлению изделия другого вида. Особые требования при прессовании предъявляются к инструменту (матрицам, прессшайбам, пуансонам) работающему в условиях высоких температур и больших нагрузок. Обычно этот инструмент изготавливают из высоколегированных сталей и сплавов, содержащих вольфрам, ванадий, молибден, хром, и другие элементы. Метод прессования в силу сложности оборудования и высокой стоимости инструмента применяются главным образом в условиях массового производства сложных профилей. К недостаткам прессования следует отнести большие отходы металла, т.к. весь металл не может быть выдавлен из контейнера.
2.4 Ковка
Ковка - вид горячей обработки металлов давлением, при котором металл деформируется с помощью универсального инструмента. Нагретую заготовку укладывают на плоский боек и верхним бойком последовательно деформируют отдельные ее участки. Металл свободно течет в стороны, не ограниченные рабочими поверхностями инструмента, в качестве которого применяют плоские или фигурные (вырезные бойки, а также различный подкладочный инструмент).
Ковкой получают заготовки для последующей механической обработки. Их называют поковками. В единичном и мелко серийном производствах ковка экономически более целесообразна, чем штамповка, т.к. при ковке используется универсальный инструмент.
К основным формообразующим операциям относятся: осадка, высадка, протяжка, прошивка, отрубка, гибка.
Осадка - операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения.
Рис. 5. Осадка
Высадка - металл осаживается лишь на части длины заготовки.
Рис. 6. Высадка
Протяжка - операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения.
Рис. 7. Протяжка
Прошивка - операция получения полостей в заготовке за счет вытеснения металла.
Рис. 8. Прошивка
Отрубка - операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформируемого инструмента.
Гибка - операция придания заготовке прогнутой формы по заданному контуру.
2.5 Штамповка
Штамповка - процесс обработки металлов давлением, при котором формообразование детали осуществляется в специализированном инструменте штампе. По виду заготовки различают объёмную штамповку и листовую штамповку, по температуре процесса холодную штамповку и горячую. По сравнению с ковкой штамповка обеспечивает большую производительность благодаря тому, что пластически деформируется одновременно вся заготовка или значительная её часть.
Объёмная штамповка (или штамповка сортового металла) по сравнению с ковкой позволяет получать поковки более сложной конфигурации, требующие значительно меньшей обработки резанием для окончательного оформления детали. При объёмной штамповке течение металла ограничивается стенками полости штампа, что вызывает увеличение сопротивления деформированию тем в большей степени, чем сложнее конфигурация поковки. Нагрев заготовки позволяет примерно в 10--15 раз снизить сопротивление деформированию, а также повысить пластичность металла. Холодная штамповка сортового металла применяется для изготовления небольших деталей массой менее 1 кг, горячая для деталей массой 1,5; более тяжелые поковки изготовляются ковкой. Границы между этими процессами изменяются по мере совершенствования кузнечно-прессового оборудования и увеличения развиваемого ими усилия деформирования. Поскольку стоимость штампов наряду со стоимостью металла заготовки является основной составляющей себестоимости поковки, применение объёмной штамповки экономически выгодно при серийном производстве.
Объёмная штамповка сопровождается потерями металла с удаляемым заусенцем. Меньшие отходы даёт штамповка в закрытых штампах, однако удельные нагрузки в них больше, чем в открытых, что приводит к уменьшению стойкости штампов. Снижение отходов при штамповке в открытых штампах достигается предварительной обработкой заготовки в заготовительных ручьях, ковочных вальцах, использованием заготовок, приближающихся по форме к поковке, а также выбором рациональной формы канавки для заусенца.
При горячей штамповке поверхность заготовки окисляется, образуя слой окалины, что также ведёт к потерям металла; потери металла с окалиной сокращаются при безокислительном нагреве в пламенных печах (с защитной атмосферой) или скоростном нагреве в индукционных нагревательных установках. Применение высокоскоростной штамповки (скорость подвижных частей молота 10-25 м/сек) позволяет уменьшить охлаждение заготовки в процессе деформирования и получать детали с тонкими ребрами. Для уменьшения охлаждения заготовки применяют также изотермическую штамповку (главным образом цветных металлов), при которой штамп нагревают до температур, близких к ковочным. Начинает применяться совмещение литья с горячей штамповкой, при котором отливается заготовка, близкая по форме к поковке; после застывания металла и охлаждения до ковочных температур заготовку штампуют в открытых или закрытых штампах. Штамповка улучшает механические свойства литой заготовки; образующиеся отходы сразу поступают на переплавку.
При листовой штамповке заготовкой служит лист, полоса или лента. Применяется листовая штамповка для изготовления плоских и пространственных (в т. ч. сложных) деталей, у которых толщина значительно меньше др. размеров обычно менее 10 мм. Заготовки большей толщины обычно штампуют с нагревом до ковочной температуры (горячая листовая штамповка). При листовой штамповке (особенно холодной) отделочная обработка деталей резанием, как правило, не требуется. Листовая штамповка рациональна в производствах с различной серийностью.
В мелкосерийном производстве применяются особые способы штамповки: штамповка эластичными средами (жидкостью, резиной, полиуретаном и т.п.), импульсная штамповка, использующая энергию ударной волны в жидкости (взрывная и электрогидравлическая штамповка) или действие мощных быстроменяющихся магнитных полей (электромагнитная штамповка). С целью увеличения допустимого формоизменения заготовки иногда применяется штамповка с дифференцированным нагревом. В этом случае деформируемая часть заготовки нагревается за счёт контакта с нагретым инструментом или при прохождении через неё электрического тока. Рациональное распределение температур в заготовке и соответственно механических свойств металла значительно повышает допустимое формоизменение заготовки.
Для штамповки используются разнообразные машины: молоты, кривошипные прессы, горизонтально-ковочные машины, гидравлические прессы, кузнечно-штамповочные автоматы и др. В крупносерийном производстве для штамповки применяют автоматы и автоматизированные линии, а также всевозможные загрузочные и манипулирующие устройства (включая промышленных роботов), позволяющие существенно повысить производительность труда.
Заключение
Формообразование обработкой давлением основано на способности заготовок из металлов и других материалов изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Обработка давлением - один из прогрессивных, экономичных и высокопроизводительных способов производства заготовок в машиностроении и приборостроении. Почти 90 % всей выплавляемой стали и 60 % цветных металлов и сплавов подвергают тем или иным способом обработки давлением - прокатке, прессованию, волочению, ковке, штамповке.
Я, как студент факультета экономики и менеджмента, в заключении всегда должен дать оценку выгоде и оптимальности использования данного вида металлообработки.
Обработка металлических изделий давлением сводит потери металла к минимуму, процесс упрощается благодаря высокому уровню механизации и автоматизации. Этот в своем роде уникальный метод работы с разными видами металлов позволяет получить в результате как изделия с постоянным сечением, так и с периодически изменяющимся сечением. Обработка металлов давлением используется также, если требуется получить уникальные штучные детали, при этом обладающие всеми характеристиками соответствия готовым изделиям, получаемым в промышленном объеме.
Список литературы
1. Кокорин В.Н., Таловеров В.Н., Тихонов А.И., Федорова Л.В. «Специальные способы обработки металлов давлением»; Учебное пособие.-Ульяновск: УлГТУ, 2006.-36 с.
2. Муравьев Е.М., «Слесарное дело» учебное пособие .-Обработка металлов.,www. Bibliotekar.ru (интернет-источник)
3. Суворов И.К. «Обработка металлов давлением»: Учебник для вузов., 3-е изд. перераб.и доп. -М.:Высшая школа,1980. 364с
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Сущность процессов упругой (обратимой) и пластической (необратимой) деформаций металла. Характеристика процессов холодной и горячей деформации. Технологические процессы обработки металла давлением: прессование, ковка, штамповка, волочение, прокат.
реферат [122,4 K], добавлен 18.10.2013Разновидности методов получения деталей. Прокатка как один из способов обработки металлов и металлических сплавов методами пластической деформации. Определение, описание процесса волочения, прессования, ковки, штамповки. Достоинства, недостатки методов.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 11.11.2009Основные понятия литейного производства. Особенности плавки сплавов черных и цветных металлов. Формовочные материалы, смеси и краски. Технология изготовления отливок. Виды и направления обработки металлов давлением. Механизмы пластической деформации.
презентация [4,7 M], добавлен 25.09.2013Импульсные методы обработки металлов давлением. Сведения о взрывчатых веществах: оборудование для штамповки взрывом. Процесс гидровзрывной штамповки. Электрогидравлические установки для штамповки деталей. Сущность магнитно-импульсной обработки металлов.
реферат [811,8 K], добавлен 10.05.2009Деформация – изменение формы и размеров твердого тела под воздействием приложенных к нему нагрузок. Упругой деформацией называют такую, при которой тело восстанавливает свою первоначальную форму, а при пластической деформации тело не восстанавливается.
реферат [404,2 K], добавлен 18.01.2009Классификация и применение процессов объемного деформирования материалов. Металлургические и машиностроительные процессы обработки металлов давлением. Методы нагрева металла при выполнении операций ОМД. Технология холодной штамповки металлов и сплавов.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 20.08.2015Компьютерные программа, применяемые для разработки конструкторской документации и моделирования процессов обработки металлов давлением. Общая характеристика, особенности технологии и принципы моделирования процессов горячей объемной штамповки металлов.
курсовая работа [984,9 K], добавлен 02.06.2015Общее понятие пластической деформации, явления, сопровождающие пластическую деформацию. Сущность и специфика дислокации. Блокировка дислокаций по Судзуки. Условия пластической деформации при низких температурах. Механизмы деформационного упрочнения.
курс лекций [2,0 M], добавлен 25.04.2012Механизм и роль контактного трения при обработке металлов давлением. Виды трения в условиях пластической деформации. Технологические особенности и проблемы процесса волочения в гидродинамическом режиме трения. Пути его дальнейшего совершенствования.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 03.06.2012Физико-механические основы обработки давлением. Факторы, влияющие на пластичность металла. Влияние обработки давлением на его структуру и свойства. Изготовление машиностроительных профилей: прокатка, волочение, прессование, штамповка, ковка, гибка.
контрольная работа [38,0 K], добавлен 03.07.2015
