Обработка металлов давлением

 

Содержание.

 

 

 

   Введение     …………………………………………………….3

 

  Термомеханическая обработка  металла   ……………..3

 

  Прокатка металлов    ……………………………………...4

 

  Волочение металла    ………………………………………7

 

  Прессование металла  …………………………………….10

 

  Ковка и штамповка металла  ……………………………11

 

  Литература      ……………………………………………..13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                               Введение.

 

     Развитие народного хозяйства страны в  значительной  мере  определяется    ростом объема  производства  металлов,  расширением  сортамента  изделий  из металлов  и  сплавов  и  повышением  их  качественных  показателей,  что   в  значительной  мере  зависит  от  условий  пластической   обработки.   Знание закономерностей обработки  металлов  давлением  помогает  выбирать  наиболее оптимальные  режимы  технологических   процессов,   требуемое   основное   и вспомогательное оборудование и технически грамотно его эксплуатировать.

   Использование металлов человеком началось в глубокой  древности  (более пяти тысячелетий до н. э.).  Вначале  находили  применение  цветные  металлы (медь, сплавы меди, золото, серебро, олово, свинец и др.),  позднее начали применять черные — железо и сплавы на его основе.

Наряду  с увеличением выплавки стали появилась необходимость организовать в  больших

масштабах получение меди, цинка,  вольфрама,  молибдена,  алюминия,  магния, титана, бериллия, лития и других металлов.

    Металлургическое производство  подразделяется на две основные  стадии.  В первой  получают  металл   заданного   химического   состава   из   исходных материалов. Во второй стадии металлу в  пластическом  состоянии  придают  ту или иную необходимую форму при  практически  неизменном  химическом  составе обрабатываемого материала.

    Способность металлов принимать значительную пластическую  деформацию  в горячем и  холодном  состоянии  широко  используется  в  технике.  При  этом изменение формы тела осуществляется преимущественно с  помощью  давящего  на металл инструмента.  Поэтому  полученное  изделие  таким  способом  называют обработкой металлов давлением или пластической обработкой. Обработка металлов давлением представляет собой важный  технологический процесс металлургического производства. 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.

    Прокатка, волочение, прессование,  ковка, штамповка  представляют  собой различные виды обработки металлов давлением в пластическом состоянии. Высокая производительность  процессов обработки металлов  давлением, сравнительно низкая их энергоемкость, а также незначительные потери  металла при производстве изделий выгодно  отличают  их по  сравнению,  например,  с обработкой  металла  резанием,  когда  требуемую  форму   изделия   получают удалением значительной части заготовки в стружку. Существенным  достоинством пластической обработки является значительное  улучшение  свойств  металла  в процессе деформирования.

    Динамичный  и  пропорциональный  рост  черной  и  цветной   металлургии, производство  изделий  из  металлов  и   сплавов   пластической   обработкой основываются на дальнейшем развитии  теории  обработки  металлов  давлением, являющейся  научной  базой  разработки  технологических  операций  получения изделий из  металлов  и  сплавов.  Теория  пластической  обработки  металлов позволяет   оценить   экономическую   целесообразность   принятого   способа деформации,  выявить влияние условий обработки на  свойства   получаемых изделий, определить силовые и энергетические параметры  процесса  и  указать пути  их  рационального  изменения,  дает  возможность  управлять  процессом обработки  с  точки  зрения  улучшения  способности   металлов   пластически деформироваться.                 

              

                  ●    Термомеханическая обработка металла

    Успехи машиностроения, строительства и других отраслей промышленности в значительной мере  определяются  достижениями  в  области  металлургического производства. Повышение прочности в сочетании  с  достаточной  пластичностью металлов и сплавов позволяют уменьшить массу, а следовательно,  и  стоимость сооружений  и  машин  при  их  эксплуатации  и   во   многих   случаях   при изготовлении.   Поэтому   непрерывно   стремятся    улучшить    механические характеристики металла, как в состоянии поставки,  так и при последующей обработке. Известно,  что  пластическое  деформирование  и  термическая  обработка меняют  свойства  металлов.  Объединение  этих  операций,  максимальное   их сближение  и   создание   единого   процесса   термомеханической   обработки обеспечивают заметное повышение механических  характеристик,  что  позволяет экономить до 15...40% металла и более или увеличить долговечность изделий. Длительное время пластическую обработку рассматривали  в  основном  как операцию формирования, хотя известно, что  10...20%  энергии,  затрачиваемой на   деформацию,   идет   на   увеличение   внутренней   энергии    дефектов кристаллической решетки. Перед окончательной термической обработкой от  этой накопленной  энергии  освобождались   и   только   после   этого   выполняли термические операции,  приводившие  металл  к  метастабильному  состоянию  с высокой  прочностью  и  вязкостью.                         Между   тем   совмещение   пластической деформации  и  фазовых  (структурных)  превращений  или   их   сочетание   в определенной последовательности  вызывает  повышение  плотности  дислокации, изменяет наличие вакансий и дефектов упаковки и может быть использовано  для создания оптимальной структуры металла и формирования  важнейших  свойств  — прочности и вязкости. Это совмещение пластической деформации и  термического воздействия,  целью  которого  является  формирование  требуемой   структуры обрабатываемого тела, называют термомеханической обработкой (ТМО). При ТМО оба процесса — пластическая деформация и термическая  обработка

— могут совмещаться в одной  технологической операции, но  могут  проводиться

с  разрывом  по  времени. ТМО   стали   выполняется   главным    образом    по    трем    схемам: высокотемпературная  (ВТМО),  низкотемпературная  (НТМО)  и  предварительная

термомеханическая обработка (ПТМО). ВТМО — термообработка с деформационного нагрева  с  последующим  низким отпуском.   Контролируемая   прокатка,    являясь    разновидностью    ВТМО, представляет собой эффективный способ повышения  прочности,  пластичности  и вязкости  низколегированных  сталей.  Основная  идея  этого  вида  обработки заключается в подборе режимов прокатки  и  охлаждения  после  прокатки,  что обеспечивает получение  мелкого  и  однородного  зерна  в  готовом  прокате.

    Наиболее  успешно  это  достигается  понижением   температуры   прокатки   в последних трех  —  пяти  проходах  до  780...850°С  при  увеличении  степени деформации до 15...20% и выше за проход. НТМО заключается в нагреве стали до 1000...1100°С,  быстром  охлаждении до температуры метастабильного состояния аустенита (400...600°С)  и  высокой

степени (до 90%  и  выше)  деформации  при  этой  температуре.  После  этого выполняется закалка  на  мартенсит  и  отпуск  при  100…400°С.  Этот  способ применим к легированным сталям.

ПТМО  характерна  простотой   выполнения   технологического   процесса: холодная   пластическая   деформация   (повышает   плотность    дислокаций), дорекристаллизационный   нагрев   (обеспечивает   полигонизацию    структуры феррита), закалка со скоростного нагрева, отпуск,  При  этом  перерыв  между холодной  деформацией  и  нагревом  под  закалку  не  регламентируется,  что значительно упрощает технологический процесс ПТМО. Операция  ускоренного  охлаждения  после  прокатки  или  другого   вида пластической   деформации   также   представляет   собой   термомеханическую обработку. Поэтому эта операция приобретает в ряде случаев  важное  значение как  с  точки  зрения  улучшения  структуры  металла,  а  следовательно,   и механических свойств,  так  и  влияния  на  понижение  окалинообразования  и обезуглероживания.

 

             ●    Прокатка металлов

      Прокатка металлов является таким видом  пластической  обработки,  когда исходная заготовка обжимается вращающимися валками прокатного стана в  целях уменьшения поперечного сечения  заготовки  и  придания  ей  заданной  формы. Существует три основных способа прокатки: продольная,  поперечная,   поперечно-винтовая (или косая).

                                               

                                                 Рис.1 Основные способы прокатки:

                                а – продольная; б – поперечная; в – поперечно - винтовая

        

           При продольной прокатке деформирование заготовки  осуществляется  между вращающимися  в  разные   стороны   валками.   Оси   прокатных   валков    и обрабатываемой  заготовки   параллельны  (или  пересекаются  под   небольшим углом). Оба валка  вращаются  в  одном  направлении,  а  заготовка  круглого сечения — в противоположном. В процессе поперечной  прокатки  обрабатываемая заготовка удерживается  в  валках  с  помощью  специального  приспособления.

            Обжатие  заготовки  по  диаметру  и  придание  ей  требуемой  формы  сечения обеспечиваются соответствующей профилировкой валков и изменением  расстояния между ними. Данным способом производят изделия,  представляющие  собой  тела вращения (шары, оси, шестерни и пр.). Поперечно-винтовая или косая  прокатка  выполняется  во  вращающихся  в одном направлении валках, установленных  в  прокатной  клети  под  некоторым углом друг к другу. Станы косой прокатки используют при  производстве  труб, главным образом для  прошивки  слитка  или  заготовки  в  гильзу.  В  момент соприкосновения металла  с  вращающимися  валками,  имеющими  наклон  к  оси обрабатываемой заготовки, возникают силы, направленные вдоль оси  заготовки, и силы, направленные по касательной к  ее  поперечному  сечению.  Совместное действие  этих  сил   обеспечивает   вращение,   втягивание   обрабатываемой заготовки в суживающуюся щель и деформирование. Металлургическая промышленность России  выпускает  разнообразные  виды проката, отличающиеся по форме  поперечного  сечения  и  размерам.  Все  эти изделия   перечень   которых   называется    сортаментом,    как    правило, стандартизованы.

        Хотя сортамент прокатных изделий весьма обширен, все же  представляется возможным  весь  прокат  разбить  на  следующие  основные   четыре   группы: сортовой,  листовой,  трубы,  специальные  виды  проката  (бандажи,  колеса, периодические  профили  и  пр.).  Наиболее  разнообразной  является   группа сортового проката, который подразделяется на  простые  и  фасонные  профили. Прокат в виде круга, квадрата, полос плоского сечения  относится  к  простым  профилям.  Прокат  сложного  поперечного  сечения   относится   к   фасонным профилям. В зависимости от назначения  фасонные  профили  подразделяются  на профили  общего  или  массового  потребления  (угловой  профиль,   швеллеры, двутавровые балки,  шестигранные  профили  и  др.)  и  профили  специального назначения  (рельсы  железнодорожные   широкой   и   узкой   колеи,   рельсы трамвайные,       профили       сельскохозяйственного машиностроения, электропромышленности, нефтяной промышленности и  др.).  В  прокатных  цехах производят  более  1600  размеров  простых  профилей,  более  1100  фасонных профилей общего потребления и примерно 1350 размеров  профилей  специального назначения. Весь  сортовой  прокат   подразделяется   на   четыре   группы:   сталь крупносортная, сред несортная, мелкосортная и катанка диаметром от 5,5 до  9 мм. В  зависимости  от  способа производства  и толщины листовой  прокат подразделяется на три основных группы: горячекатаные толстые листы  толщиной 4  мм  и более,  горячекатаные тонкие  листы толщиной  менее   4   мм   и холоднокатаные листы всех размеров.  Листовой  прокат  из стали и цветных металлов  используется  в  самых  разнообразных   отраслях   промышленности. Поэтому листовую сталь часто  подразделяют  по  назначению,  так,  например, свариваемая  корпусная  сталь  судостроения  (ГОСТ  5521—76),  горячекатаная толстолистовая конструкционная качественная углеродистая сталь  толщиной  от 4  до  14  мм  и низколегированная сталь для котлостроения и   сосудов, работающих под  давлением  (ГОСТ  5520—69),  рулонная  холоднокатаная  сталь толщиной 0,02—4 мм и др.

           В соответствии с  ГОСТом  трубы,  изготовляемые  на  прокатных  станах, подразделяются на две группы: бесшовные и сварные (со швом). Помимо  круглых труб производят также профильные трубы и с переменными размерами сечения  по длине. Объем  производства  труб  увеличивается  с  каждым  годом.  Наиболее заметно растет производство сварных и холоднокатаных труб. Развитие  машиностроения,  создание   новых   отраслей   промышленности повышают требования к качеству металла,  вызывают  необходимость  расширения сортамента и увеличения производства дефицитных видов проката. Вместе с  тем растет потребность расширения производства  экономичных  профилей.  К  таким видам  проката  можно   отнести   тонкостенные   и   широкополочные   балки, тонкостенные угловые профили, швеллеры, гнутые профили и пр.  Для  серийного машиностроения  имеет  большое  значение  выпуск   периодических   профилей, использование которых обеспечивает заметную экономию металла (до  20...30%), повышает производительность штамповки. Длительнее   время   получение   готового   проката   выполнялось    по технологической схеме «слиток — готовый прокат». В  этих  условиях  получали слиток  небольшой  массы  и   выбирался   он   с   таким   расчетом,   чтобы непосредственно из него можно было  получить  необходимое  изделие  за  один нагрев. Однако  по  мере  развития  машиностроения  и  металлургии,  главным образом   высокопроизводительных   способов   получения   стали,    возникла необходимость разливать сталь в слитки значительной массы—6...10 т и более. Получение готового проката  из  такого  слитка  за  один  нагрев  не  всегда представляется возможным. По этой причине  начали  строить  обжимные  станы, задача  которых  состояла   в   обработке   слитка   в   заготовку.   Данное обстоятельство привело к новой технологической схеме: слиток  —  полупродукт (заготовка) — готовый прокат.

          Прокатное производство металлургического завода в соответствии  с  этой технологической схемой включает  систему  станов,  обеспечивающих  получение полупродукта в виде слябов, блюмов и других  заготовок,  и  систему  станов, которые  выпускают  готовый  прокат  в  виде  сортовой   стали,   горяче   и холоднокатаных листов,  лент,  труб  и  пр..  Поэтому  прокатные  цехи,  как правило,  имеют  в  своем   составе:   обжимные   (блюминги,   слябинги)   и заготовочные   станы,   являющиеся   основными   агрегатами,    связывающими сталеплавильные  цехи  и  прокатные  станы,  выпускающие   готовый   прокат; сортовые   станы   (рельсобалочные,   крупно-,   средне-,   мелкосортные   и проволочные); листопрокатные станы; трубные станы и др.