Методы прессования. Исходной заготовкой для прессования является слиток или круглый прокат. Различают прямое и обратное прессование
При прямом прессовании (рис. 37, б) направление выхода металла через отверстие матрицы 5 совпадает с направлением движения пуансона 1, давление которого на заготовку 3 передается через пресс-шайбу 2. Часть заготовки, которая остается в контейнере 4, называют пресс-остатком. Масса его составляет обычно 8…12 % от массы слитка.
При прессовании труб заготовка сначала прошивается иглой 6 (рис. 37, в), проходящей через полый пуансон 1. При дальнейшем перемещении пуансона и пресс-шайбы 2 металл выдавливается в виде трубы 3 через кольцевой зазор между стенками отверстия в матрице 5 и иглой.
При обратном прессовании (рис. 37, г) матрица 5 устанавливается в конце полого пуансона 1 и металл вытекает в направлении, обратном перемещению пуансона. Этот метод характеризуется меньшими отходами (масса пресс-остатка составляет 6…10 % от массы заготовки) и меньшим усилием прессования, но из-за сложности оборудования он находит ограниченное применение.
Оборудованием для прессования служат горизонтальные и вертикальные гидравлические прессы давлением жидкости до 40 МПа.
Волочение
Рис. 38. Схема
волочения
|
Волочением обрабатывают различные марки стали, цветные металлы и их сплавы. Волочением получают проволоку диаметром 0,002…10 мм и фасонные профили, рис. 39, а (призматические и фасонные направляющие; сегментные, призматические и фасонные шпонки; шлицевые валики; опорные призмы, ножи и т.д.). Волочением калибруют стальные трубы диаметрами от капиллярных до 200 мм, с толщиной стенки 0,1…10 мм, стальные прутки диаметрами 3…150 мм (рис. 39).
Исходными заготовками для волочения служат прокатанные или прессованные прутки и трубы из стали, цветных металлов и их сплавов.
Волочение осуществляют в условиях холодной деформации, металл упрочняется. Для восстановления пластичности упрочненный волочением металл подвергают промежуточному отжигу.
| а |
| б |
| в |
| Рис. 39. Примеры профилей (а), получаемых волочением, схемы волочения прутков (б) и труб (в) |
| Р |
Инструмент и оборудование для волочения. Инструментом для волочения служит волочильная матрица 1 (волока) (см. рис. 38). Волоки могут быть цельными, составными и роликовыми. Цельная волока имеет отверстие (очко), состоящее из четырех зон: смазочной воронки I, рабочего конуса II, калибрующего пояска III и выходного конуса IV. Угол рабочего конуса зависит от деформируемого материала и составляет 6…12°. Ширина калибрующего пояска обычно 2…10 мм. Рабочая часть матрицы изготавливается из инструментальных сталей, твердых сплавов и технических алмазов.
При протягивании прутка через отверстие с силой Р возникают силы реакции N, которые обжимают заготовку.
Степень обжатия 
, где F1 и F2 - площади поперечного сечения соответственно до и после волочения, допускаемая за один проход, составляет для сталей 10…19 %, для цветных металлов - до 36 %. Чтобы не было обрывов, напряжение при волочении не должно превышать 0,6 предела прочности материала заготовки. Для получения профилей необходимых размеров производят волочение за несколько проходов.
Волочение производят на барабанных и цепных волочильных станах. Барабанные станы (рис. 40) служат для волочения проволоки, труб небольшого диаметра, наматываемых в бунты. Исходную заготовку в виде бунта укладывают на барабан 1. Предварительно заостренный конец проволоки пропускают через отверстие волоки 2 и закрепляют на барабане 3, который приводится во вращение от электродвигателя через редуктор и зубчатую передачу 4. Кроме станов для однократного волочения существуют станы для многократного волочения, имеют до 20 барабанов с установленными перед каждым из них волоками. На цепных станах (рис. 41) тянущее устройство совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение. Такие станы применяют для волочения прутков и труб, которые нельзя наматывать в бунты.
| Рис. 40. Схема барабанного волочильного стана |
| Рис. 41. Схема цепного волочильного стана |
| 1 2 3 |
| 4 |
| 3 4 5 6 7 |
| 2 |
| 1 10 9 8 |
Конец заготовки 2 (см. рис. 41) пропускается через отверстие в матрице 3 и захватывается клещами 4, которые закреплены на каретке 6, перемещающейся по станине 1 с помощью пластинчатой цепи 9 и крюка 7. Когда изделие выходит из матрицы, натяжение между крюком и цепью уменьшается и противовес 5 поднимает крюк и отсоединяет его от цепи. Перед волочением с заготовки удаляют окалину химическими, механическими или электрохимическими способами, а также с помощью ультразвука или вакуума. Затем на заготовку наносят смазку или после травления
и промывки заготовки на нее наносят подсмазочный слой (например, омеднением).
Изменение размеров заготовки при волочении идет последовательно. Степень обжатия для каждого прохода берется одинаковой, и по ней определяют их количество и диаметры калибрующих поясков отверстий волок. Волочение производят без промежуточного отжига перед каждым проходом после волочения.
Для удаления образующейся при отжиге проволоки окалины ее травят в растворе серной кислоты, затем промывают и сушат горячим воздухом.
Волочение труб производят двумя способами: 1) для уменьшения только диаметра трубы - без оправки (см. рис. 39, б); 2) для одновременного уменьшения диаметра и стенки трубы, также для получения фасонных труб - с применением оправки (см. рис. 39, в).
Для уменьшения усилия волочения, износа инструмента и улучшения поверхности изделий применяют смазки: твердые, пластичные и жидкие. Некоторые изделия, от которых требуется высокая точность и качество поверхности, подвергают калиброванию при малой степени обжатия.
Ковка
Ковка - процесс деформирования нагретой заготовки 2 между верхним 1 и нижним 3 бойками молота или пресса (рис. 42, а). Кованые заготовки для последующей обработки называют поковками. Ковкой получают поковки массой от 0,1 кг до 300 т. Мелкие и средние поковки куют из сортового проката и блюмов.
Виды операций ковки и инструмент.
Протяжка (вытяжка) - увеличение длины заготовки и уменьшение ее поперечного сечения (рис. 42, б). Протяжку можно выполнять плоскими и фигурными бойками. Ковка в фигурных бойках (рис. 42, в) позволяет избежать ковочных трещин при ковке низкопластичных сталей и сплавов и получить более точные поковки.
Степень деформации характеризуется отношением поперечного сечения исходной заготовки к конечному поперечному сечению, называемому уковкой. Чем больше уковка, тем лучше структура металла и выше его механические свойства. Разновидности протяжки: разгонка (расширение части заготовки); протяжка полого цилиндра на оправке, применяемая при ковке барабанов, труб, цилиндров; раскатка (раздача) колец на цилиндрической оправке для увеличения диаметра (рис. 42, г).
| в |
| г |
| е ж з и к л |
| а |
| 1 |
| 2 |
| 3 |
| 1 |
| б |
| д |
| 4 |
| 1 |
| 2 3 |
| d |
| d1 |
| Рис. 42. Основные технологические операции ковки |
Осадка - увеличение поперечного сечения d1 до диаметра d исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты h1 до h (см. рис. 42, а). Высота исходной цилиндрической заготовки не должна превышать трех диаметров, торцы ее должны быть ровными и параллельными. Местное утолщение заготовки называется высадкой (рис. 42, д).
Прошивка - получение в заготовке сквозного отверстия или углубления. Для выполнения этой операции применяют сплошные и пустотелые (для диаметров 400…900 мм) прошивни 1 (рис. 42, е). Прошивку сквозных отверстий в тонких поковках 3 производят с подкладными кольцами (рис. 42, ж). В более высоких поковках сначала прошивают отверстие
с одной стороны (примерно на 3/4 глубины), а затем этим же прошивнем заканчивают прошивку с другой стороны (рис. 42, з).
Гибка применяется для изготовления крюков, коленвалов, скоб и т.п. При выборе исходной заготовки надо учитывать искажение формы
и уменьшение площади поперечного сечения (утяжку) в зоне изгиба.
При гибке могут использоваться подкладки и специальные приспособления (рис. 45, и).
Закручивание - поворот одной части заготовки относительно другой на заданный угол - применяется при изготовлении коленвалов, сверл и т.п. При закручивании используют ключи, воротки, лебедки (рис. 42, к).
Рубка применяется для разделения заготовки на части, отделения излишка металла и с целью образования в поковке уступов, заплечиков (надрубка). Инструментом для рубки служат прямые и фигурные топоры и зубила 4 (рис. 42, л).
Оборудованием для ковки служат ковочные молоты и гидравлические прессы. Молоты создают динамическое (ударное) воздействие инструмента (верхнего бойка), а гидравлические прессы оказывают статическое действие на заготовку.
Одним из основных типов молотов для ковки являются паровоздушные (рис. 43), которые приводятся в действие паром или сжатым воздухом.
| Рис. 46. Схема паровоздушного молота арочного типа |
| 12 |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 |
| 11 |
| 10 |
| 9 |
| Выпуск пара |
| Впуск пара |
Ковочные паровоздушные молоты имеют массу падающих частей 1000…8000 кг. На этих молотах изготовляют поковки средней массы (20…350 кг) преимущественно из прокатных заготовок.
Гидравлические прессы изготовляют с максимальным усилием 5…150 МН. Необходимое для деформирования поковки усилие создается с помощью жидкости (водной эмульсии или минерального масла), поступающей под давлением 20…30 МПа.
Гидравлические прессы используются для получения крупных поковок, а также при ковке малопластичных высоколегированных сталей и сплавов цветных металлов.