Обработка металлов давлением
Сущность и значение процессов обработки металлов давлением
Способность металлов принимать пластическую деформацию в горячем и холодном состоянии широко используется в технике. При этом изменение формы осуществляется преимущественно с помощью давящего на металл инструмента, поэтому получение изделий таким способом называется обработкой металла давлением, или пластической обработкой.
Обработка металла давлением представляет собой важный технологический процесс. При этом обеспечивается не только придание слитку или заготовке необходимой формы и размеров, но совместно с другими видами обработки существенно улучшаются механические и другие свойства металлов.
Обработка металлов давлением основана на использовании пластичности металлов, способности твердого тела под действием внешних сил необратимо изменять форму без разрушения.
Процессы обработки давлением отличаются высокой производительностью. Так, при прокатке скорость выпуска готовой продукции составляет до 20-30 м/с, при горячей объемной штамповке за одну минуту на штамповочном молоте или прессе изготавливают 2—3 поковки, при холодной листовой штамповке на одном прессе-автомате в одну минуту изготовляют до 1500 мелких деталей.
Основные виды обработки металлов давлением
Процессы обработки металлов давлением включают прокатку, волочение, прессование, объемную ковку и листовую штамповку.
Прокатка — процесс, при котором заготовка под действием сил трения втягивается в зазор между вращающимися валками и пластически деформируется ими (рис. 14).
Волочение — процесс протягивания катанного или прессованного прутка (или трубы) через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемом волочильной матрицей.
Прессование — процесс выдавливания металла из замкнутой полости контейнера через матрицу, площадь отверстия которой меньше площади поперечного сечения исходной заготовки.
Ковка — процесс горячей обработки металлов давлением при помощи бойков или универсального подкладного инструмента. При ковке металл заготовки пластически деформируется, постепенно приобретая заданную форму, размеры и свойства.
Объемная штамповка — придание заготовке заданной формы и размеров путем принудительного заполнения материалом рабочей полости штампа. В отличие от ковки пластическое течение при штамповке ограничивается стенками матрицы.
Различают горячую и холодную объемную листовую штамповку.
Вовлечение
Обработка металла волочением, т. е. протягивание прутка через отверстие, выходные размеры которого меньше, чем исходное сечение прутка, находит широкое применение в металлургической, кабельной и машиностроительной промышленности. Волочением получают проволоку с минимальным диаметром 0,002 мм, прутки диаметром до 100 мм, причем не только круглого сечения, трубы, главным образом небольшого диаметра с тонкой стенкой.
В результате волочения поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина увеличивается.
Волочением обрабатывают стали разнообразного химического состава, а также практически все цветные металлы и их сплавы.
Волочение выгодно отличается от механической обработки металла резанием, так как при этом отсутствуют отходы металла в виде стружки, а сам процесс производительнее и менее трудоемок.
Технологический процесс волочения состоит из трех основных стадий: подготовка металла (очистка от окалины, нанесение смазки, заделка концов), волочение по определенному режиму и отделка (удаление дефектов, правка, резка на мерные длины, маркировка, консервационная смазка и пр.).
Ковка и штамповка металла
Ковкой и штамповкой изготовляют металлические изделия — поковки, из которых затем получают детали, идущие на сборку машин, приборов, агрегатов и т. д. В ряде случаев штамповкой получают непосредственно готовые детали.
Поковки отличаются от детали припуском — определенным слоем металла поковки, снимаемом при последующей механической обработке,
Ковку и штамповку применяют почти во всех отраслях промышленности и особенно в машиностроении. Процессы штамповки имеют также важное значение при производстве неметаллических изделий.
Литейное производство
Литейным производством называется процесс изготовления металлических заготовок (отливок) путем заливки жидкого металла в специально приготовленную форму. Форма заполняется металлом через систему каналов, называемую литниковой системой. При этом наружные очертания отливки определяются полостью формы, а внутренние образуются соответствующими фасонными вставками, называемыми стержнями.
После затвердения отливки ее извлекают из формы, освобождают от литниковой системы, очищают и отправляют на механическую обработку. В ряде случаев отливки предварительно проходят термическую обработку.
Отливки могут быть или вполне готовыми деталями, или заготовками для окончательной обработки в механических цехах. В последнем случае на отливках помимо припуска на усадку предусматривается также припуск на обработку.
Основные способы получения отливок
Для получения отливок изготовляют разовые, полупостоянные и постоянные формы. Разовые формы изготовляют из формовочных (песчанно-глинистых) смесей. При выемке отливки формы разрушают.
Разовые песчаные формы имеют наибольшее применение, но с развитием прогрессивных методов литья их удельный вес уменьшается. Полупостоянные формы изготовляют из огнеупорных материалов (шамота, графита, асбеста и др.), поэтому одну форму используют несколько десятков раз. Постоянные формы изготовляют из металла; их используют до 1000 раз и более.
Каждая форма состоит из нескольких частей. Число частей формы зависит от конструкции отливки и принятой технологии изготовления формы.
В литейном производстве широко применяют специальные способы литья: в металлические формы (кокили), центробежное литье, литье под давлением, литье по выплавляемым моделям и др. Такими способами можно получить отливки высокой точности, с минимальными припусками по размерам, с высокой чистотой поверхности. Это сокращает или совсем исключает механическую обработку на металлорежущих станках, дает экономию металла, особенно важную при использовании дорогостоящих и дефицитных сплавов, снижает трудоемкость и стоимость детали.
Технологический процесс получения отливок в разовых песчано-глинистых формах
Технологический процесс производства отливок в земляных формах включает следующие операции: изготовление модельно-стержневой оснастки; приготовление формовочных и стержневых смесей.
В зависимости от вида энергии различают три класса сварки: термическая, термомеханическая и механическая.
К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемой плавлением: дуговая, газовая, электрошлаковая, электронно-лучевая, плазменно-лучевая, термитная и др.
К термомеханическому классу относятся виды сварки, при которых используется тепловая энергия и давление: контактная, диффузионная, газопрессовая, дугопрессовая и др.
К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления: холодная, взрывом, ультразвуковая, трением и др.
В зависимости от технических признаков (способа защиты металла в зоне сварки, непрерывности процесса и степени механизации) сварку различают:
- По способу защиты металла: сварку в воздухе, вакууме, защитных газах, под флюсом, по флюсу, в пене и с комбинированной защитой. В качестве защиты могут применяться активные газы, а также смесь инертных и активных газов. Защита расплавленного металла газом может быть струйной или в контролируемой атмосфере.
- По непрерывности процесса: непрерывные и прерывистые виды сварки.
-По степени механизации: ручные, механизированные, автоматизированные и автоматические.
Процессы сварки плавлением
Среди процессов сварки плавлением широкое применение получила электродуговая сварка, при которой источником тепла является электрическая дуга, которая образуется между двумя электродами в той или иной среде.
Температура электрической дуги зависит от материала электродов. В центре дуги по ее оси температура достигает 6000-7000 "С. При электродуговой сварке на нагревание и расплавление металла используется 60—70% тепла. Остальное количество тепла (30-40%) рассеивается в окружающем пространстве.
Наиболее распространенными способами электродуговой сварки являются ручная дуговая сварка, автоматическая сварка под слоем флюса, электрошлаковая сварка, сварка в защитных газах и др.
Ручная дуговая сварка. Наибольший объем среди других видов сварки занимает ручная дуговая сварка. Сварку выполняют электродами, которые вручную подают в зону горения дуги и перемещают вдоль свариваемого изделия (рис. 18). Дуга горит между стержнем электрода 1 и основным металлом 2. Под действием тепла дуги электрод и основной металл плавятся, образуя металлическую сварочную ванну 3.
Так как сварные конструкции обычно изготавливаются из стали, то наибольшее распространение получили стальные электроды диаметром 1—10 мм и длиной до 450 мм. Поверхность таких электродов обычно покрыта слоем специальной обмазки. По мере плавления электрода, обмазка плавится, образуя защитную среду для капель расплавленного металла за счет дымообразующих веществ, а редкоземельные металлы, содержащиеся в обмазке способствуют поддержанию дугового разряда, за счет уменьшения работы выхода электронов. По мере перемещения электрода расплавленный основной металл и электродный кристаллизуется, а обмазка превращается в шлак, располагающийся на поверхности шва. Шлак защищает расплавленный металл от окисления, насыщения азотом.
Процессы сварки давлением
Сварка давлением — процесс соединения деталей нагревом их в месте контакта до пластического или жидкого состояния с применением одновременного или последующего сильного сжатия, обеспечивающего взаимодействие атомов металла.
Контактная сварка является одним из высокопроизводительных способов сварки; она легко поддается механизации и автоматизации, вследствие чего ее широко применяют в машиностроении и строительстве.
Контактную сварку по форме свариваемого соединения, определяющего тип сварочной машины, разделяют на точечную, роликовую и стыковую. Нагрев металла при всех видах контактной сварки происходит за счет выделения тепла при прохождении электрического тока по свариваемым деталям.
Для получения сварной точки (рис. 21) .детали 1 и 2 помещают между сжимающимися электродами 3 и 4 или роликами 5.
Сварочный ток доводит металл между электродами до плавления, а прилегающую к ядру зону — до пластического состояния. После кристаллизации расплавленного ядра давление снимается.
Газовая сварка металлов
Газовая сварка находит широкое применение при сварке деталей малой толщины, чугуна, цветных металлов и сплавов.
При газовой сварке металл нагревают высокотемпературным газовым пламенем, которое получается при сгорании горючего газа в атмосфере кислорода.
В качестве горючих газов можно использовать природные газы, водород, пары бензина и керосина, нефтяные газы, ацетилен и др.
Для сварочных работ получил наибольшее применение ацетилен, С2Н2, так как он обладает наивысшей теплотворной способностью по сравнению с другими газами и дает самую высокую температуру при сгорании, равную примерно 3200 °С.