Прокатка, прессование, волочение
Прокатка
Прокатка производится для получения нужного профиля изделия. Это наиболее прогрессивный способ изготовления заготовок деталей машин и механизмов.
Прокаткой из стали, меди и других металлов и сплавов получают листы, трубы, сортовые и фасонные профили, полосы и т.д. За исключением особых случаев, прокатанные изделия имеют одинаковое сечение по всей длине. Прокатка осуществляется путем пропуска нагретого (стали 1200…1350°) или холодного металла между вращающимися валками на специальных машинах – прокатных станках.
В процессе прокатки уменьшается поперечное сечение и возрастает длина. При этом степень вытяжки определяется
(m » 1,1¸1,6 за проход).
Для прокатки обязательно наличие контактного трения между валками и деформированным металлом.
а – продольная; б – поперечная; в – поперечновинтовая: 1 – валки;
2 – заготовка; 3 – оправка
Рисунок 2.7 – Схемы основных видов прокатки
R × sina < T × cosa – условие захвата, Т = R × f, где f – коэффициент трения.
Р – сила подачи;
R – выталкивающие (реакции);
Т – втягивающие (трения) силы.
Угол захвата может быть разным в зависимости от H, h и Dв.
f > tga – условия втягивания металла в зев валков: aопт ~ 15…24° при гладких валках.
Инструмент и оборудование.
Инструментом прокатки являются валки. Они могут быть гладкими (бочкообразные), ступенчатыми и ручьевыми – для получения сортового профиля. Комплект прокатных валков со станинами носит название рабочей клети. Клети могут быть расположены последовательно и линейно – у них скорость постоянная.
Блуминг: прокатывают слитки до 5–15 т, двухвалковый реверсивный стан, Dв до 1500 мм (квадратные заготовки от 150´150 до 450´450 мм блюмы).
Слябинг: прокатывают 7–25 т листовые заготовки (получают сляб размерами по толщине 125 до 300 мм, шириной 400 до 1000 мм и длиной до 5000 мм). Далее станы: заготовительные (более мелкий профиль); сортопрокатные; проволочные; листопрокатные (слябы); трубопрокатные (бесшовные; шовные; выполненные печной сваркой и электродуговой сваркой); спец.профили и периодической прокатки.
Прессование.
Прессование производят в основном в горячем состоянии. Прессование бывает прямое и обратное (рисунок 2.8). При прямом – металл выдавливают через отверстие матрицы и направление Vu совпадает с направлением Р (Vn).
Скорость истечения прессованного профиля (Vu) при этом будет во столько раз больше скорости движения пуансона (Vn) гидравлического пресса во сколько раз площадь сечения контейнера (Fк) больше поперечного сечения матрицы (Fм):
.
Прессование труб составляет по диаметру 20 мм до 400 мм и Sст = 1,5…12 мм.
Скорость прессования стальных труб достигает до 5 м/сек и более; при максимальных температурах с применением графитовой смазки или при прессовании жаропрочных и нержавеющих труб смазкой служит стекло.
а – прямое прессование; б – обратное прессование: 1 – заготовка; 2 – держатель матрицы; 3 – изделие; 4 – матрица; 5 – пуансон; 6 – направляющая втулка;
7 – прессшайба; 8 – контейнер
Рисунок 2.8 – Схема процесса прессования
Волочение.
Обработка давлением в холодном состоянии путем протягивания заготовки через отверстие особого инструмента (рисунок 2.9).
Для изготовления проволоки диаметром от 4 до 0,01 мм, а также калиброванных прутков и тонких труб d до 200 мм. После волочения из0делие приобретает гладкую поверхность и точные размеры. Происходит наклеп Н протягиваемого металла, т.е. упрочнение и повышение твердости, а следовательно потеря пластичности. Для снятия Н применяется отжиг. Глазок – очко. Волочильная доска. Вставной глазок – фильера или матрица; усилия в зависимости от профиля на станах изменяется от 0,2 до 150 т. Волочильные станы делятся на станы с горизонтальным тянущим устройством и станы барабанного типа. Длина готового профиля при волочении на станах с горизонтальным, тянущим устройством находится в пределах 6…10 м. На станах барабанного типа получают проволоки различного диаметра (a £ 6 мм).
1 – заготовка; 2 – волока
Рисунок 2.9 – Схема процесса волочения
Ковка.
Обработка металла, находящегося в пластическом состоянии статическим или динамическим давлением. Изделие после ковки называется поковкой.
Ковка осуществляется свободная и в штампах.
Основными операциями являются:
а) вытяжка – операция, при которой заготовка удлиняется за счет уменьшения ее поперечного сечения;
б) осадка – уменьшение высоты заготовки;
в) высадка – уменьшение высоты на какой–либо части заготовки;
г) отрубка – разрезка заготовки на части или отделение от поковки излишнего металла;
д) прошивка – производство отверстия.
Горячая объемная штамповка (ковка в штампах) производится молотами и ковочными машинами. Металл течет и заполняет ручей штампа.
Машинной ковкой можно получать поковки весом от нескольких граммов до 200 г и в редких случаях более 200 т. Это наиболее качественные заготовки для тяжелого машиностроения.
Основным документом для изготовления поковок является технологическая карта, которая начинается с подбора заготовки. Чертеж поковки составляют с учетом припусков, допусков и напусков на технологическую обработку по ГОСТ 1062 и ГОСТ 7829.
Вес (масса) заготовки Qзаг > Qпок:
Qзаг = Qпок + Qотх + Qуг + Qобс,
где Qпок – масса поковки; Qотх – принимается 25…30 % массы слитка; Qуг – припуск на угар (окисление), принимается 2…3 % Qзаг; Qобс – принимается при простой поковке 5…8 % и для сложных достигается до 30 %.
Штамповка.
Штамповкой называют технологические процессы обработки давлением, при осуществлении которых формообразование изделия происходит в условиях ограниченного течения, определяемого формой и размерами полостей (ручьев) рабочих инструментов – штампов.
Схема напряженного состояния заготовки в процессе ее пластического деформирования зависит от типа заготовки. При штамповке изделий из слитков, сортового проката и прессованных прутков схема напряженного состояния, как правило, объемная (всестороннее неравномерное сжатие), поэтому штамповку называют объемной (рисунок 2.10 а, б). При штамповке деталей из листовых заготовок схему напряженного состояния можно с достаточной степенью точности считать плоской, а штамповку называют листовой (рисунок 2.10 в).
а, б – объемная штамповка: 1 – поковка; 2 – облой; б – листовая штамповка
Рисунок 2.10 – Принцип устройства штампов при штамповке металла
Изделия, изготовленные объемной штамповкой, называют соответственно штампованными поковками, а изделия, изготовленные листовой штамповкой, деталями, поскольку последние практически идут в сборочные цехи без какой-либо обработки резанием.
Применение объемной штамповки оправдано при серийном и массовом производствах. При использовании этого способа значительно повышается производительность труда, снижаются отходы металла, обеспечиваются высокие точность формы изделия и качество поверхности. Объемной штамповкой можно получать очень сложные по форме изделия, которые невозможно получить приемами свободной ковки.
В зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых и закрытых штампах.
Штамповка в открытых штампах. Открытый штамп (рисунок 2.10 а) отличается простотой устройства и универсальностью применения, но горячая штамповка в нем связана с образованием заусенца (облоя), который обеспечивает заполнение сложного рельефа полости штампа. Для размещения заусенца в штампе предусматривается специальная канавка. После штамповки заусенец обрезают в штампе на обрезном прессе. Отход металла при этом составляет 5-20%, иногда достигает 50-80%. Штамповкой в открытых штампах можно получать поковки практически всех типов.
Штамповка в закрытых штампах (рисунок 2.10 б) характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа при этом постоянный и небольшой, так что образование облоя в нем не предусмотрено. При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки. Существенное преимущество штамповки в закрытых штампах – уменьшение расхода металла, поскольку нет отхода в облой. Поковки, полученные в закрытых штампах, имеют более благоприятную структуру, так как волокна обтекают контур поковки, а не перерезаются в месте выхода металла в облой. При штамповке в закрытых штампах металл деформируется в условиях всестороннего неравномерного сжатия при больших сжимающих напряжениях, чем в открытых штампах. Это позволяет получать большие степени деформации и штамповать малопластичные сплавы.
Объемную штамповку осуществляют при разных температурах исходной заготовки и, в соответствии с температурой, делят на холодную и горячую. Наиболее широкое распространение получила горячая объемная штамповка, которую ведут в интервале температур, обеспечивающих снятие упрочнения.
Горячая объемная штамповка осуществляется с нагревом до температуры 200-1300°С в зависимости от состава сплава и условий обработки. Нагрев заготовки позволяет примерно в 10-15 раз снизить сопротивление деформированию, а также повысить пластичность металла. Исходным материалом для горячей объемной штамповки являются сортовой прокат, прессованные прутки, литая заготовка, в крупносерийном производстве – периодический прокат, что обеспечивает сокращение подготовительных операций. Масса получаемых изделий от нескольких грамм до 68 тонн, точность размеров поковок зависит от их массы и конфигурации и может быть повышена последующей холодной калибровкой. Процесс горячей объемной штамповки аналогичен по физической сущности свободной ковке, но осуществляется в штампах.
Горячей объемной штамповкой получают поковки, однородные по структуре, сравнительно высокой точности, сложной конфигурации, чего невозможно добиться при свободной ковке. Однако средний коэффициент использования металла при горячей объемной штамповке 0,5 – 0,6 (т.е. до 40 – 50% металла идет в отход), при холодной штамповке этот коэффициент значительно выше.