Обработка металлов давлением

Размещено на http://allbest.ru

1. Сущность обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением -- технологический процесс получения заготовок или деталей в результате силового воздействия инструмента на обрабатываемый материал.

Обработка металлов давлением основана на их способности в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на деформируемое тело (заготовку) внешних сил.

Если при упругих деформациях деформируемое тело полностью восстанавливает исходные форму и размеры после снятия внешних сил, то при пластических деформациях изменение формы и размеров, вызванное действием внешних сил, сохраняется и после прекращения действия этих сил. Упругая деформация характеризуется смещением атомов относительно друг друга на величину, меньшую межатомных расстояний, и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исходное положение. При пластических деформациях атомы смещаются относительно друг друга на величины, большие межатомных расстояний, и после снятия внешних сил не возвращаются в свое исходное положение, а занимают новые положения равновесия.

Холодная штамповка как технология известна достаточно давно. Ещё в конце первого тысячелетия древнерусские мастера стали применять метод холодной штамповки для производства металлической посуды. Саму холодную штамповку отличает достаточно высокое качество получаемых изделий, высокая скорость их изготовления, а также низкая цена на само изделие -- разумеется, как уже было отмечено, при массовом их производстве. Холодная штамповка заключается в механическом воздействии штампа в процессе прессования листов металла, итогом которого получаются готовые изделия. Таким образом, сам штамп выступает в роли технологической насадки для прессовального механизма, его можно использовать только для одной операции. Кроме того, операции холодной штамповки легко поддаются автоматизации, в том числе могут проводиться с помощью промышленных роботов, что способно сделать производство методом холодной штамповки ещё более выгодным.

Холодная штамповка технологически подразделяется на два основных вида. Первый -- это операции разделительные. Наименование операции зависит от контура разделения. Если разделение происходит по незамкнутому контуру, это операции резки, если по замкнутому контуру: операции пробивки (различные отверстия) и вырубки (различные плоские детали, например, круглой формы в плане). Второй тип операций -- операции формоизменения: гибка, вытяжка, формовка, а если исходная заготовка труба -- раздача и обжим. Иногда операции двух типов объединяют -- например, производят одновременно вытяжку и рубку или гибку и обрезку. В таком случае применяются так называемые комбинированные штампы. Для операций холодной штамповки необходимо использовать металлы и сплавы, которые обладают гибкостью, пластичностью, а также дешевизной.



2. Виды обработки металлов давлением

Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяют на два вида:

для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления из них деталей -- только обработкой резанием или с использованием предварительного пластического формоизменения, основными разновидностями таких процессов являются прокатка, прессование и волочение;

для получения деталей или заготовок (полуфабрикатов), имеющих приближённо 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.

штамповка металл прокатка



3. Классификация способов обработки металлов давлением

3.1 Прокатка

Прокатка -- процесс пластического деформирования тел между вращающимися приводными валками.

3.1.1 Классификация процессов прокатки

Процессы прокатки классифицируют по следующим признакам:

ь по температуре проведения процесса прокатку делят на горячую (температура металла при реализации процесса выше температуры рекристаллизации) и холодную (температура металла ниже температуры рекристаллизации).

Также имеет место так называемая теплая прокатка - обработка в области промежуточных температур;

ь по взаимному расположению осей валков и полосы различают продольную (ось прокатываемой полосы перпендикулярная осям валков), поперечную (ось прокатываемой полосы параллельна осям валков) и поперечно-винтовую или "косую" прокатку (оси валков находятся под некоторым углом друг к другу и к оси прокатываемой полосы;

ь по характеру воздействия валков на полосу и условиям деформации прокатка бывает симметричной и несимметричной.

Симметричной прокаткой называют процесс при котором воздействие каждого из валков на прокатываемую полосу является идентичным. Если это условие нарушается процесс следует отнести к несимметричному;

ь по наличию или отсутствию внешних сил, приложенных к концам полосы, выделяют свободную и несвободную прокатку.

Прокатка называется свободной если на полосу действуют только силы, приложенные со стороны валков.

Несвободная прокатка осуществляется с натяжением или подпором концов полосы.

3.1.2 Виды прокатки

Продольная прокатка: Способ продольной прокатки является наиболее распространенным. При продольной прокатке полоса подводится к валками, вращающимся в разные стороны, и втягивается в зазор между ними за счет сил трения на контактной поверхности.

Полоса обжимается по высоте и принимает форму зазора (калибра) между валками.

При этом способе прокатки полоса перемещается только вперед, то есть совершает только поступательное движение.

В зависимости от калибровки валков форма поперечного и продольного сечения проката может быть разной. Таким способом получают листы, плиты, ленту, фольгу, сортовой прокат, периодические профили, гнутые профили и др.

Поперечная прокатка: При поперечной прокатке обрабатываемое тело (цилиндрической формы) помещается в зазор между двумя валками вращающимися в одну сторону и получает вращательное движение за счет сил трения на контактной поверхности.

Деформация тела происходит при встречном сближении валков. В продольном направлении обрабатываемое тело не перемещается (если нет специальных тянущих устройств). Поперечная прокатка используется для изготовления валов, осей, втулок и других тел вращения.

Поперечно-винтовая прокатка: Поперечно-винтовая прокатка занимает промежуточное положение между продольной и поперечной. Этот способ широко используется для получения полых трубных заготовок (гильз).

Обрабатываемое тело (цилиндрической формы) проходя между валками, вращается и одновременно совершает поступательное движение, то есть каждая точка тела (за исключением расположенных на его оси) движется по винтовой траектории.

3.3 Прессование

Прессование заключается в продавливании заготовки, находящейся в замкнутой форме, через отверстие матрицы, причём форма и размеры поперечного сечения выдавленной части заготовки соответствуют форме и размерам отверстия матрицы.

Как правило, для прессования применяют прессы высокого давления. Прессование используют в различных отраслях промышленности, а также в сельском хозяйстве.

Прессование следует отличать от ковки и штамповки.

В зависимости от схемы приложения усилий различают следующие виды прессования:

прямое прессование (направление движения металла совпадает с направлением движения пресс-шайбы);

обратное прессование (материал перемещается навстречу движению матрицы, выполняющей также функции пресс-шайбы).

3.4 Волочение

Волочение заключается в протягивании заготовки через сужающуюся полость матрицы; площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и получает форму поперечного сечения отверстия матрицы.

3.4.1 Виды волочения

По типу волочения:

сухое (волочение через ванночку с мыльным порошком)

мокрое (через мыльную эмульсию)

По чистоте обработки:

черновое (заготовительное)

чистовое (заключительная операция, для придания готовому изделию требуемых формы, размеров и качества);

По кратности переходов:

однократное

многократное (с несколькими последовательными переходами волочения одной заготовки);

По параллельности обработки:

однониточное

многониточное (с количеством одновременно протягиваемых заготовок 2, 4, 8);

По подвижности волоки:

через неподвижную волоку

через вращающуюся относительно продольной оси волоку;

По нагреву заготовки:

холодное волочение

горячее волочение

3.5 Ковка

Ковкой изменяют форму и размеры заготовки путём последовательного воздействия универсальным инструментом (резцами) на отдельные участки нагретой заготовки.

Различают:

ковка на молотах (пневматических, паровых и гидравлических)

ручная ковка

штамповка

Изделия и полуфабрикаты, получаемые ковкой, называют «поковка».

При ковке в штампах металл ограничен со всех сторон стенками штампа. При деформации он приобретает форму этой полости .

При свободной ковке (ручной и машинной) металл не ограничен совсем или же ограничен с одной стороны. При ручной ковке непосредственно на металл или на инструмент воздействуют кувалдой или молотом.

Свободную ковку применяют также для улучшения качества и структуры металла.

При проковке металл упрочняется, завариваются так называемые несплошности и размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретает волокнистое строение.

Машинную ковку выполняют на специальном оборудовании -- молотах с массой падающих частей от 40 до 5000 кг или гидравлических прессах, развивающих усилия 2-200 МН (200-20000 тс), а также на ковочных машинах.

Изготовляют поковки массой 100 т и более.

Для манипулирования тяжёлыми заготовками при ковке используют подъёмные краны грузоподъёмностью до 350 т, кантователи и специальные манипуляторы.

Ковка является одним из экономичных способов получения заготовок деталей. В массовом и крупносерийном производствах преимущественное применение имеет ковка в штампах, а в мелкосерийном и единичном -- свободная ковка.

При ковке используют набор кузнечного инструмента, с помощью которого заготовкам придают требуемую форму и размеры.

Основные операции ковки:

· осадка

· высадка

· протяжка

· обкатка

· раскатка

· прошивка и др.

3.6 Штамповка

Штамповкой изменяют форму и размеры заготовки с помощью специализированного инструмента -- штампа (для каждой детали изготовляют свой штамп), который состоит из матрицы, пуансона и дополнительных частей. Различают объёмную и листовую штамповку. При объёмной штамповке в качестве заготовки используют сортовой металл, разрезаемый на заготовки. На заготовку в процессе объемной штамповки воздействуют специализированным инструментом -- пуансоном, при этом металл заполняет полость матрицы, приобретая её форму и размеры.

По типу применяемой оснастки штамповку листовых материалов можно разделить на виды:

· штамповка в инструментальных штампах,

· штамповка эластичными средами,

· импульсная штамповка:

· магнитно-импульсная,

· гидро-импульсная,

· штамповка взрывом,

· валковая штамповка.

· Способы штамповки

Холодная листовая штамповка: Сущность способа заключается в процессе, где в качестве заготовки используют полученные прокатный лист, полосу или ленту, свёрнутую в рулон. Листовой штамповкой изготовляют самые разнообразные плоские и пространственные детали массой от долей грамма и размерами, исчисляемыми долями миллиметра (например, секундная стрелка ручных часов), и детали массой в десятки килограммов и размерами, составляющими несколько метров.

Для деталей, получаемых листовой штамповкой, характерно то, что толщина их стенок незначительно отличается от толщины исходной заготовки.

При изготовлении листовой штамповкой пространственных деталей заготовка обычно испытывает значительные пластические деформации. Это обстоятельство вынуждает предъявлять к материалу заготовки достаточно высокие требования по пластичности.

При листовой штамповке чаще всего используют низкоуглеродистую сталь, пластичные легированные стали, медь, латунь, содержащую более 60 % Cu, алюминий и его сплавы, магниевые сплавы, титан и др. Листовой штамповкой получают плоские и пространственные детали из листовых неметаллических материалов, таких, как кожа, целлулоид, органическое стекло, фетр, текстолит, гетинакс и др.

Листовую штамповку широко применяют в различных отраслях промышленности, особенно в таких, как авто-, тракторо-, самолето-, ракето- и приборостроение, электротехническая промышленность и др.

К преимуществам листовой штамповки относятся:

возможность получения деталей минимальной массы при заданной их прочности и жёсткости;

достаточно высокие точность размеров и качество поверхности, позволяющие до минимума сократить отделочные операции обработки резанием;

сравнительная простота механизации и автоматизации процессов штамповки, обеспечивающая высокую производительность (30--40 тыс. деталей в смену с одной машины);

хорошая приспособляемость к масштабам производства, при которой листовая штамповка может быть экономически целесообразной и в массовом, и в мелкосерийном производстве.

Горячая объемная штамповка: Горячая объёмная штамповка (ГОШ) -- это вид обработки металлов давлением, при которой формообразование поковки из нагретой до ковочной температуры заготовки осуществляют с помощью специального инструмента -- штампа.

Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки.

В качестве заготовок для горячей штамповки применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные (мерные) заготовки, хотя иногда штампуют из прутка с последующим отделением поковки непосредственно на штамповочной машине.

Применение объёмной штамповки оправдано при серийном и массовом производстве. При использовании этого способа значительно повышается производительность труда, снижаются отходы металла, обеспечиваются высокие точность формы изделия и качество поверхности. Штамповкой можно получать очень сложные по форме изделия, которые невозможно получить приёмами свободной ковки.

Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла - облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл заполнить всю полость.

В конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять высокие требования к точности заготовок по массе. Недостаток такого способа штамповки - необходимость удаления облоя при последующей механической обработке. Штамповкой в открытых штампах можно получить поковки всех типов.

Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остаётся закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа постоянный и небольшой, образование в нём облоя не предусмотрено. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которой штампуют.

Например, нижняя половина штампа может иметь полость, а верхняя - выступ (на прессах), или верхняя - полость, а нижняя - выступ (на молотах). Закрытый штамп может иметь две взаимно перпендикулярные плоскости разъема. При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объёмов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше требуемого. Отрезка заготовок должна обеспечивать высокую точность.

Холодная объемная штамповка: При холодной объёмной штамповке (ХОШ) температура исходной заготовки ниже ковочной. Это обуславливает высокие значения сопротивления металла штамповочному давлению и существенно меньшую текучесть, что ограничивает возможность получения изделий сложной формы.

Однако по сравнению с ГОШ металл не подвергается термическим модификациям, нет усадки при охлаждении и нет риска образования горячих трещин. Точность выполнения поверхностей при ХОШ сопоставима с таковой при обработке металлов резанием, однако после ХОШ на поверхности металла, отсутствуют концентраторы напряжений (риски и царапины).

Поэтому методами ХОШ изготавливают высокоточные и (или) высоконагруженные детали, например: шаровые опоры подвески автомобилей, коленчатые валы ДВС, детали втулкинесущих винтов вертолётов.

Валковая штамповка: Валковая штамповка -- формоизменяющая операция обработки металлов давлением, получения осесимметричных деталей из цилиндрической заготовки путём одновременного действия на неё радиальных и осевых нагрузок. Осевая нагрузка заготовки создаётся за счёт перемещения пуансона, а радиальная -- за счёт обкатки её боковой поверхности в роликах или валках.

Таким образом, валковая штамповка является способом комплексного локального деформирования, в котором в одном технологическом процессе происходит совмещение одной из основных кузнечных операций -- прошивки или осадки с поперечной прокаткой или обкаткой.

Валковая штамповка позволяет изготавливать круглые в плане сплошные и полые детали, тонкостенные и толстостенные изделия малых размеров, применяемые в приборостроении, а также крупногабаритные детали с высокой точностью и качеством при технологических усилиях на порядок меньших, чем при традиционных методах объёмной штамповки.

Комплексное нагружение очага пластической деформации локальным периодическим воздействием с одновременным воздействием через постоянно фиксируемую зону позволяет получить новый технологический эффект, недостижимый другими методами деформирования.

Валковая штамповка способствует улучшению физико-механических свойств обрабатываемого металла, обеспечивает требуемое расположение его волокон, что повышает эксплуатационные свойства получаемых деталей.

Относительно низкая стоимость оснастки, незначительное время подготовки производства, возможность быстрой переналадки на другой типоразмер детали, использование оборудования небольшой мощности позволяют применять валковую штамповку как в крупносерийном, так и в средне- и мелкосерийном производствах.

Магнитно-импульсивная штамповка: При магнитно-импульсной штамповке электрическая энергия непосредственно преобразуется в механическую энергию, приводящую к деформации заготовки. Для штамповки заготовку помещают в сильное импульсное магнитное поле, создаваемое соленоидом с подключённой батареей конденсаторов.

Под действием этого магнитного поля в заготовке возникают вихревые токи; взаимодействие индуцированного ими магнитного поля с магнитным полем соленоида и приводит к деформации. Процесс проходит за несколько десятков микросекунд.

Листовая штамповка: Листовой штамповкой получают плоские и пространственные полые детали из заготовок, у которых толщина значительно меньше размеров в плане (лист, лента, полоса). Обычно заготовка деформируется с помощью пуансона и матрицы.

Комбинации: Существуют также процессы, которые являются комбинациями из нескольких методов. Например, метод прокатка-волочение, прокатка-прессование и т.п.



Список используемой литературы

1. Лермантов В. В.,. Штампование // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). -- СПб., 1890--1907.

2. Голенков В. А., Дмитриев А. М., Кухарь В. Д., Радченко С. Ю., Яковлев С. П., Яковлев С. С. Специальные технологические процессы и оборудование обработки давлением. М.: Машиностроение, 2004. -- 464 с.: ил.

3. Ковка и штамповка: Справочник в 4 т.; Под ред. Е. И. Семенова и др. -- М.: Машиностроение, 1987. -- Т.2: Горячая объемная штамповка; Под ред. Г. А. Навроцкого. -- 384 с.

4. Брюханов А. Н., Ребельский А. В. Горячая штамповка. Конструирование и расчет штампов. М. Металлургиздат 1952 г. 665 с. с илл.

Размещено на Allbest.ru