Третьяков_Курс лекций по дисциплине Технология конструкционных материалов (514588), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Поэтому обработкой давлением получают изделия с оптимальными эксплуатационными свойствамипри минимальной массе.Пластическое деформирование в процессе обработки металловдавлением осуществляют при различных схемах напряженного идеформированного состояния. При этом исходными заготовкамимогут быть слитки, сортовой и периодический профили, листы илитрубы. В зависимости от вида заготовки, схемы деформирования иполучаемой продукции процессы обработки давлением приняторазделять на шесть видов: прокатка, прессование, волочение, ковка, объемная и листовая штамповка.Основные схемы пластического деформирования объемной илистовой заготовок приведены на рис. 17.1.
К ним относят:− сжатие между плоскостям и инструмента (а);174− ротационное обжатие заго товки вращающимся инструментом (б);− затекание заготовки в поло сть инструмента (в);− выдавливание заготовки и з полости инструмента (г);− волочение (д);− гибка заготовки (е);− отделение части заготовки (ж);− изменение формы заготовк и в результате растяжения отдельных ее участков и уменьшения толщины (з);− превращение плоской лист овой заготовки в полые пространственные изделия при уменьшении ее поперечных размеров (и).абвгдежзиРис.
17.1. Основные схемы деформирования заготовок обработкой давлениемПо виду получаемой продукции процессы обработки давлением группируют следующим образом:− профили (изготавливают п рокаткой, прессованием и волочением);175− поковки (получают ковкой и объемной штамповкой);− плоские и пространственн ые изделия, у которых толщинасущественно меньше двух других размеров, изготавливают листовой штамповкой.17.2. Пластичность и сопротивление деформированиюСпособность заготовки принимать необходимую форму подвлиянием внешней нагрузки без разрушения и при наименьшем сопротивлении нагрузке оценивается деформируемостью. Это технологическое свойство определяют сопротивлением деформированиюи пластичностью, которые, в свою очередь, зависят от строенияатома, атомно-кристаллического строения, химического состава,макро- и микроструктуры, а также от условий деформирования.Сопротивление деформированию оценивают удельной силой(напряжением), вызывающей пластическую деформацию заготовки при данных условиях нагружения и температурноскоростных режимах деформирования.
При линейном растяжении или сжатии сопротивление деформированию эквивалентнопределу текучести.Наиболее широкое применение в обработке давлением получили металлические заготовки из стали, алюминиевых, магниевых,медных и титановых сплавов. Рассмотрим влияние условий деформирования на процесс формоизменения заготовок при обработке давлением.Влияние температуры на сопротивление деформированию ипластичность. Общим положением для всех металлов и сплавовявляется то, что наиболее высокой деформируемостью они обладают при температуре рекристаллизации, т. е. в условиях горячейдеформации.
Температуры, при которых наблюдается уменьшениепластичности, являются зонами фазовых превращений, неполнойгорячей деформации или старения.Возрастание пластичности заготовок при нагреве до температуры горячей деформации является следствием увеличения подвижности атомов и пластичности межкристаллических прослоек.Температура плавления неметаллических включений ниже, чемтемпература плавления зерен основного металла.
Поэтому с нагревом до температуры горячей деформации сопротивление деформированию прослоек уменьшается более интенсивно, чем зерен, идоля межкристаллической деформации в общей деформации заготовки увеличивается.176Для заготовок малых размеров трудно выдержать заданныйтемпературный режим деформирования, поэтому горячую обработку давлением обычно применяют для крупных и средних заготовок (листовых заготовок с толщиной более 10 мм и заготовок изсортовых профилей массой более 0,1 кг).
Изделия малых размерови тонколистовые заготовки обычно обрабатывают в условиях холодной или неполной горячей деформации.Влияние скорости деформации на деформируемость заготовок. В первом приближении можно сказать, что при увеличениискорости деформации (степени деформации в единицу времени)сопротивление деформированию возрастает, пластичность падает.С увеличением скорости деформации особенно резко снижаетсяпластичность некоторых магниевых сплавов, высоколегированныхсталей и медных сплавов.Чем выше скорость деформации и меньше скорость рекристаллизации при горячей деформации, тем больше сопротивление деформированию и меньше пластичность.
Сталь при низких температурах нагрева и магниевые сплавы в температурном интервалековки имеют очень низкую скорость рекристаллизации.Изучение поведения металла при скоростях деформации, соответствующих, например, процессам штамповки взрывом, показало, что углеродистые и легированные конструкционные стали, атакже цветные сплавы обладают очень высокой пластичностью.При высоких скоростях нагружения в результате тепловыделенияв металле могут возникать явления местного пережога, если нагревать заготовку до обычно принятых температур обработки.Влияние схемы напряженного состояния.
Максимальная пластичность заготовок достигается при уменьшении растягивающихнапряжений и увеличении сжимающих. В условиях трехстороннего неравномерного сжатия (например, при прессовании) дажехрупкие материалы могут претерпевать значительные пластические деформации. Однако при реализации такой схемы возрастаетсопротивление деформированию заготовки, в результате чего резко увеличиваются действующие на деформирующий инструментдавления, которые уменьшают его стойкость и требуют применения более мощного оборудования.17.3.
Общая характеристикакузнечно-штампового производстваОсновные технологические операции в кузнечно-штамповочном производстве подразделяют на заготовительные; собственно ковочные и штамповочные; завершающие и отделочные.177К заготовительным относится подготовка слитков, сортовогопроката к ковке или объемной штамповке (разделка на штучныезаготовки и нагрев).Ковочными и штамповочными являются все операции, ведущие к существенному изменению формы обрабатываемого слиткаили первичной заготовки из профиля.
Все операции ковки и объемной штамповки выполняют на молотах, прессах и на специализированном оборудовании (например, на ковочных вальцах, ротационно-обжимных и горизонтально-ковочных машинах).К завершающим относятся операции обрезки заусенца, образующегося у поковок при открытой штамповке, прошивка и пробивка отверстий в поковках и термическая обработка. Отделочными операциями являются правка и калибровка поковок, очисткаих от окалины.В качестве исходных заготовок для кузнечно-штамповочногопроизводства используют слитки, прокат различного сечения,прессованные прутки и литые заготовки.Стальные слитки массой от 1,2 до 50 т применяют для ковки.Из высоколегированных сталей применяют более мелкие заготовки, но не менее 200 кг. Для ковки используют также сортовойпрофиль простой геометрической формы после разделки его назаготовки требуемых размеров.
Для объемной штамповки используют все виды проката нормальной и повышенной точности.Штамповку литых заготовок (автофоржпроцесс) осуществляюттолько в тех случаях, когда требуется повысить герметичность изделий, например, элементов топливной системы автомобиля.При горячей деформации сопротивление деформированию заготовки ниже, чем при холодной штамповке, а пластичность выше.Поэтому холодную деформацию применяют, как правило, дляизготовления поковок деталей массой менее 10 кг.
В качестве исходной заготовки при холодной объемной штамповке применяютметаллы, обладающие при нормальных условиях пределом прочности σ < 600 МПа и относительным удлинением не менее 12 %.Для заполнения полости штампа необходимо давление, значительно превышающее давление при свободном пластическом течении металла. Потому изделия массой от 0,4 до 250 т изготавливают только ковкой. Изделия меньшей массы получают различными способами объемной штамповки.Для получения заготовок обработкой давлением применяютстали практически всех марок, алюминиевые и медные сплавы.При деформировании магниевых сплавов необходимо более точно,178по сравнению с другими сплавами, выдерживать основные режимы деформации.
Обработку заготовок из деформируемых магниевых сплавов проводят при температурах 300…400 ºС. При горячейдеформации заготовок из титановых сплавов особое значениеимеют условия их защиты от взаимодействия с воздухом при нагреве ввиду высокой химической активности титана при повышенных температурах.Оценку целесообразности применения ковки или одного из способов объемной штамповки необходимо проводить с учетом конструктивно-технологических признаков детали, технико-экономических показателей способов получения поковок, имеющегося напредприятии оборудования и требований к заготовкам, обеспечивающих их технологичность при механической обработке.На начальном этапе решения этой задачи целесообразно учитывать наиболее важные критерии, влияющие на выбор оптимального варианта получения поковки.
Среди этих критериев выделимследующие:− размер партии изготавлива емых деталей;− форма и размер поковки;− технологические свойства материала исходной заготовки;− точность геометрических ф орм, размеров поковки и качество поверхностного слоя.17.4. Конструирование кованых заготовокОсновными этапами конструирования заготовок, получаемыхковкой, являются:− составление чертежа поко вки с назначением напусков, припусков, допусков и определение массы заготовки;− определение массы и разм еров исходной заготовки с учетомвсех отходов, выбор кузнечного слитка или сортового профиля;− назначение основных кузн ечных операций и их последовательности, а также основного и вспомогательного инструмента;− составление эскизов поков ки с указанием основных размеров по переходам;− установление режимов наг рева заготовки, расчет деформирующей силы и выбор кузнечного оборудования.Технологические требования к деталям, получаемым из кованыхзаготовок, сводятся главным образом к тому, что поковки должныбыть наиболее простыми, очерченными цилиндрическими поверхностями и плоскостями (рис.
17.2, а–г). В поковках следует избегать179конических (рис. 17.2, д) и клиновых (рис. 17.2, е) форм. Необходимоучитывать трудности выполнения ковкой участков пересечений цилиндрических поверхностей между собой (рис. 17.2, ж).адбевгжзРис.17.2.
Технологичные (а–г) и нетехнологичные (д–з) формы поковокВ поковках следует избегать ребристых сечений, бобышек, выступов и т. п. (рис. 17.2, з), учитывая, что эти элементы в большинстве случаев изготовить ковкой невозможно. В местах сложной180конфигурации приходится прибегать к напускам в целях упрощения конфигурации поковки, что вызывает увеличение объема механической обработки резанием при изготовлении детали.17.5. Технологические особенности изготовлениязаготовок ковкойПри ковке используют универсальный инструмент и оборудование возвратно-поступательного периодического действия. Процесс ковки состоит из ряда последовательно чередующихся технологических операций.
Для изготовления поковок сложной геометрической формы требуется увеличить число технологических операций, среди которых одноименные могут повторяться два и болеераз. Ковку выполняют на ковочных молотах и гидравлическихпрессах (табл. 17.1). Фасонные заготовки массой свыше 100 кг ипростые крупногабаритные поковки (m > 750 кг) предпочтительноизготавливать на гидравлических прессах.≥6Степеньсложности≤ 400ШероховатостьRa, мкмМеханический прессКоэффициентиспользованияматериалаГидравличе≤Ковка ский пресс,≥ 20250 000молотМаксимальныйгабаритныйразмер, ммТолщинастенки, ммМинимальныйразмер партииN, штСпособ изготовления и оборудованиеМасса,кгТаблица 17.1Технологические возможности способов изготовленияпоковок из стали и цветных сплавов≥ 100000,35*80–10С1–СЗ0,5*25–10С1–С4≤ 0,825–0,8С1–С4≥1≥ 500≤ 500ГОШ Горизонтальноковочнаямашина≤ 200≥4≥ 500≤ ∅ 0250Механический пресс,ХОШгидравлический пресс≤ 40≥2≥ 200≤ 250ГОШ – горячая объемная штамповка; ХОШ – холодная объемная штамповка;* – cреднее значение.181В единичном и мелкосерийном производстве рационально изготовление ковкой мелких (массой 0,2...20 кг) и средних (массой20...350 кг) поковок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
