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 D_в.

f > tga – условия втягивания металла в зев валков: a_опт ~ 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, D_в 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 V_u совпадает с направлением Р (V_n).

Скорость истечения прессованного профиля (V_u) при этом будет во столько раз больше скорости движения пуансона (V_n) гидравлического пресса во сколько раз площадь сечения контейнера (F_к) больше поперечного сечения матрицы (F_м):

.

Прессование труб составляет по диаметру 20 мм до 400 мм и S_ст = 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 Q_заг > Q_пок:

Q_заг = Q_пок + Q_отх + Q_уг + Q_обс,

где Q_пок – масса поковки; Q_отх – принимается 25…30 % массы слитка; Q_уг – припуск на угар (окисление), принимается 2…3 % Q_заг; Q_обс – 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.