Процесс свободного течения металла

СВОБОДНАЯ КОВКА – ОДИН ИЗ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ

Сущность обработки давлением

Обработка давлением является одним из основных способов обработки металлов. Сущность обработки давлением состоит в пластическом деформировании под действием внешних сил. Металлы, подвергающиеся обработке давлением должны обладать хорошей пластичностью. Пластичность – это способность твердого тела воспринимать остаточное (необратимое) изменение без разрушения. Пластичность металла зависит от его состава и структуры, температуры и скорости обработки, а также от схемы напряженного состояния металла.

Деформирующие силы, необходимые для осуществления пластического изменения металла, создаются специальными машинами, а управление течением металла осуществляется соответствующим инструментом.

Обработка металлов давлением производится с нагревом и без нагрева, в соответствии с чем различают горячую и холодную обработку давлением. Нагрев повышает пластические свойства металла и снижает величину деформирующих сил, облегчая обработку давлением.

Обработка давлением обеспечивает высокую производительность и экономию материала, улучшает свойства обрабатываемого металла.

Способы обработки давлением

В современном производстве применяют следующие виды обработки давлением.

Прокатказаключается в обжатии заготовки между вращающимися валками (рис.1,а).

Прессованиезаключается в продавливании заготовки 2, находящейся в замкнутой форме 3, через отверстие матрицы 1, форма которого соответствует поперечному сечению изделия (рис.1,б).

Волочение заключается в протягивании заготовки 1 через отверстие волочильного очка (рис.1,в).

Ковка применяется для изменения формы и размеров заготовки 1 за счет последовательного воздействия инструмента 2 (рис.1, г).

Штамповкой изменяют форму и размеры заготовки с помощью специализированного инструмента – штампа, который для каждой детали изготавливается индивидуально (рис.1, д,е).

Рис.1 Схемы основных способов обработки давлением:

а – прокатка; б – прессование; в – волочение; г – ковка; д – листовая штамповка; е – объемная штамповка.

Основные сведения о ковке

Процесс свободного течения металла под воздействием периодических ударов или статических воздействий инструмента называется свободной ковкой.

Свободной ковкой изготавливают детали массой от нескольких граммов до 250т и более и размерами от сантиметров до десятков метров. Свободная ковка разделяется на ручную и машинную. Ручная ковка как древнейший способ обработки металла под давлением сохранилась в настоящее время в мелких ремонтных мастерских для небольших поковок.

Пластическое деформирование при ковке осуществляется на отдельных участках разогретой заготовки. Металл свободно течет в направлениях, не ограничиваемых поверхностями инструмента.

В качестве исходного материала для ковки в основном используют литой металл ( многогранного, круглого и квадратного сечений для крупных заготовок), а также прокатанные заготовки для перековки на мелкие размеры (блюмы, сортовой прокат — квадратного, круглого и прямоугольного сечения).

Ковка и штамповка характеризуются большой неравномерностью деформации, величину которой оценивают коэффициентом укова: y= Fo/Fk =H/h > 1. При нескольких операциях ковки общий коэфффициент укова У= y1y2y3 …yn. Для устранения литой структуры коэффициент укова должен быть больше 2-5.(на практике эта величина достигает 20), для прокатанных заготовок — 1,1 – 1,5. Fo и Fk — площади поперечного сечения до и после деформации, H и h — высоты начальной и конечной поковок соответственно.

Поковки используют в качестве заготовок для дальнейшей механической обработки с целью получения готовых деталей машин.

Источник

Течение металла при прессовании

Такие исследования показывают, что течение металла зависит от его свойств, температуры и скорости прессования, смазки, состояния рабочей поверхности контейнера и т. д. Для иллюстрации сказанного рассмотрим влияние на характер течения металла смазки контейнера. При этом предполагается, что внутренняя его поверхность отшлифована и не имеет следов выработки.

На рис. 45 схематически показано изменение координатной сетки при прямом прессовании круглого прутка со смазкой контейнера (рис. 45, а) и без смазки (рис. 45, в). Другие условия прессования принимаются одинаковыми. На основании этого рисунка можно заключить, что ячейки координатной сетки в начальный период прессования со смазкой почти не изменяют своей прямоугольной формы. И только вблизи матрицы поперечные канавки несколько изгибаются (рис. 45, б). Из этого можно заключить, что стенки контейнера благодаря смазке не оказывают существенного тормозящего действия на металл и поэтому его поступление в матрицу происходит послойно, равномерно.

При прессовании без смазки силы трения на контактных поверхностях достигают значительной величины и поэтому координатная сетка заметно искажается, что свидетельствует о неравномерном течении металла. Пo форме изогнутых канавок слиток условно можно разделить на четыре объема: 1 — центральный, 2 — периферийный, 3 — объем затрудненной деформации и 4 — «мертвый» объем. По изгибу горизонтальных линий видно, что металл периферийного объема в своем движении отстает от металла центрального объема и перемещается к центру слитка, образуя пережим 5 вблизи пресс-шайбы. Этот пережим при дальнейшем прессовании все более сужается и затем, на конечной стадии прессования вовлекается в движение центральной частью слитка (см. рис. 45,г). Также в середину прутка в конечной стадии прессования затекает и металл из зоны затрудненной деформации. Указанные объемы металла из зон 2 и 3, попадая в середину изделия, образуют пресс-утяжку 6. В качестве примера на рис. 46 показано изменение координатной сетки в начальный период прессования прутков из латуни марки ЛC 59-1 без смазки и с графитовой смазкой контейнера. Пресс-шайбы не смазывают, поскольку смазка облегчает течение металла от периферии к центру слитка, что способствует увеличению пресс-утяжки.

Читайте также:  Как вычислить активность металла

Образование мертвого объема вызывается действием сил трения, которые препятствуют перемещению металла по поверхности матрицы к ее центру. Этому же способствует и более интенсивное охлаждение металла в углу между контейнером и матрицей. При выпрессовывании металла из мертвого объема он иногда располагается на изделии в виде плен.

Влияние качества поверхности контейнера на течение металла сказывается в том, что гладкая и чистая поверхность не нарушает равномерности течения, а поверхность со следами значительной выработки задерживает движение наружных слоев слитка и тем самым создает неравномерность течения. Аналогично действует и склонность некоторых металлов к налипанию на инструмент. Это особенно относится к титану и его сплавам и некоторым алюминиевым сплавам при высоких температурах. В последнем случае в периферийных слоях отпрессованных прутков иногда образуется ободок из мелкораздробленных кристаллов.

Чтобы выявить влияние температуры на характер течения, рассмотрим случай прессования, когда слиток нагрет до значительно более высокой температуры, чем контейнер. Ясно, что от соприкосновения с более холодными стенками контейнера наружные слои слитка будут несколько остывать, а их прочность повышаться. Поэтому наружные слои будут выпрессовываться более затрудненно, чем внутренние, что вызовет неравномерность течения металла. Степень неравномерности при этом будет зависеть от теплопроводности металла или сплава: чем ниже теплопроводность, тем медленнее будет выравниваться температура по сечению слитка и тем неравномернее будет течение металла. Такое положение наблюдается при прессовании латуней и, особенно, титана. При прессовании меди, отличающейся наиболее высокой теплопроводностью, течение равномерное, как и в тех случаях, когда температуры контейнера и слитка примерно одинаковы. Последнее относится только к прессованию алюминиевых и магниевых сплавов, поскольку температура нагрева контейнеров довольно близка к температуре нагрева слитков (300—450° С).

Прессование с рубашкой препятствует перемещению периферийных слоев слитка к его центру, что способствует уменьшению утяжки и попаданию наружных окисленных и загрязненных слоев в изделие. С рубашкой прессуют прутки из сплавов на медной основе (ЛС59-1; Л062-1; Л63; ЛАН69-3-2; ЛЖМц59-1-1 и др.). Рубашка должна быть цельной и с возможно более тонкой стенкой (не более 1—1,5 мм). Прутки из алюминиевых и магниевых сплавов прессуют без рубашки, поскольку металл сильно налипает на стенки контейнера и удаление рубашки затруднено.

Толщину прессостатка устанавливают такой, чтобы исключалась возможность образования в изделии утяжки. В зависимости от свойств металла, диаметра контейнера, вида прессуемых изделий и т. п. прессостаток при прессовании тяжелых цветных металлов принимают толщиной 25—60 мм, а при прессовании легких металлов 40—100 мм. При прессовании труб, благодаря тормозящему действию иглы, образование утяжки затруднено. Поэтому при прессовании труб на горизонтальных прессах прессостаток принимают по нижнему пределу, а при прессовании прутков — по верхнему пределу указанных величин.

При прессовании труб на вертикальных прессах величина прессостатка ограничивается 1—3 мм.

Высокие скорости прессования вызывают дополнительный разогрев слитка, в следовательно, также могут влиять на характер течения металла. Неравномерный нагрев слитков, фазовые превращения в металле при высоких температурах и другие факторы могут влиять на характер течения.

Для уменьшения неравномерности течения металла и, следовательно, сокращения длины пресс-утяжки рекомендуется:

1) равномерно нагревать слитки перед прессованием;

2) контейнеры нагревать до температуры, возможно более близкой к температуре слитков;

3) применять контейнеры с гладкой внутренней поверхностью;

4) смазывать, где это допускается, контейнер и матрицу, но не смазывать пресс-шайбу;

5) прессовать, где это допускается, с рубашкой;

6) оставлять в контейнере прессостаток установленной длины;

7) выбирать оптимальные скорости прессования.

С целью устранения потерь металла проводятся исследования по прессованию без прессостатков и без утяжки.

При обратном прессовании основной объем слитка находится в неподвижном состоянии, и только в зоне матрицы происходит его деформация, поэтому течение металла происходит равномерно.

Недостатком прессованных изделий являются также пониженные механические свойства переднего конца. Как видно из рис. 45, долевые канавки координатной сетки почти на всем протяжении прутков сохранили параллельность. Поперечные же канавки приобрели форму сильноизогнутых дуг. Только на переднем конце прутков изогнутость незначительна. Это говорит о том, что металл переднего конца недостаточно деформирован и, следовательно, в нем осталась структура, свойственная литому состоянию. Поэтому и механические свойства переднего конца ниже свойств остальной части изделия. Дефектный конец получается тем длиннее, чем больше диаметр прутка и меньше обжатие. Если в качестве единицы измерения взять диаметр отпрессованного прутка, то длина дефектного переднего конца у него примерно составит: при обжатии на 55, 75 и 90% соответственно 2, 1 и 0,75 диаметра.

За пределами дефектной части механические свойства прессованного изделия более равномерны, хотя отмечается незначительное повышение прочности и понижение относительного удлинения у заднего конца. Объясняется это отчасти тем, что температурные условия прессования переднего и заднего концов изделия различны, так как к концу прессования металл в контейнере остывает.

Наконец, недостатком прессованного изделия является неоднородность механических свойств в долевом и поперечном его сечении. Прочность образцов 1 и 2 (рис. 47), вырезанных вдоль прутка, выше, чем у поперечного образца 3. В табл. 7 приведены механические свойства прутков сплава Д16 диам. 320 и 170 мм, отпрессованных в контейнере диам. 450 мм с обжатиями соответственно 76,2 и 85,4% (вытяжка K=4,2 и 7). Из табл. 7 видно, что свойства прутков в поперечном направлении заметно ниже, чем в долевом. Действительно, у прутка диам. 320 мм при вытяжке 4,2 предел прочности вдоль волокна составляет 46,5 кГ/мм2, а поперек только 33,5 кГ/мм2. Также и относительное удлинение в последнем случае ниже — 2% вместо 9%. У прутка диам. 170 мм, прессовавшегося с более высокой вытяжкой (K=7), механические свойства заметно лучше, но их разница в долевом и поперечном направлении осталась также значительной.

Читайте также:  Холодная сварка пластичных металлов

У широких полос и профилей из алюминиевых и магниевых сплавов неравномерность механических свойств отмечается, кроме того, по ширине и высоте поперечного сечения (см. рис. 47,6). Как правило, свойства по ширине (образец 5) выше, чем по высоте (образец 4). У сплавов на медной основе это явление проявляется в меньшей мере.

Источник

Процесс свободного течения металла

Бурение скважин является широко популярной услугой, которая помогает не быть зависимым от централизованного водоснабжения, получить собственный источник чистой воды.

Как правило, для заведений общественного питания необходимо специальное оборудование. Без холодильного стола на кухни ни как не обойтись. Это оборудование объединяет в.

Незастекленный балкон является своеобразным бельмом на глазу современных апартаментов, заметно проигрывающим в своей эстетике тем балконным конструкциям, на которых уже.

Как только на рынке появились первые лампочки, они имели цоколь е27, они и сегодня пользуется очень большим спросом. Это стандартизация мирового масштаба, практически в.

Строительная сфера очень развита, сегодня можно увидеть объекты только на подготовленных сухих площадках, но и на воде. Обратите внимание на современный порт, большая.

Компания ООО «ВЫБОР СВЕТА» поставляет светодиодные светильники из Санкт-Петербурга. Основной целью компании является мелкооптовая и оптовая торговля светодиодной.

Для обработки земли, ухода за разными растениями аграрии часто используют полногабаритную технику (трактора), а также средства малой. Используется эта техника также в.

Антифриз – специальная охлаждающая смесь. В автомобиле ее заливают в систему охлаждения мотора. От двигателя лишнюю тепловую энергию жидкость отводит при циркуляции.

Источник

Обработка металлов методом ковки: назначение и технологии

Технологии пластического деформирования металлов и сплавов в горячем состоянии являются прогрессивным методом металлообработки, поскольку позволяют существенно повысить коэффициент использования металла и отформовать исходную заготовку быстрее любого процесса механической обработки на металлорежущих станках. Ковка – один из старейших способов, который и сейчас находит применение, особенно в условиях единичного выпуска продукции.

Суть и назначение ковки

Под собирательным термином «ковка» подразумевают совокупность процессов горячей пластической обработки, при которых формоизменение металла происходит непрофилированным инструментом, а материал получает возможность свободного течения во всех направлениях, кроме того, в котором прикладывается деформирующее усилие.

Исходным металлом для ковки являются слитки, болванки или прутковые профили. Ковка литых заготовок и болванок распространена в крупном металлоёмком машиностроении, а мелкие ковочные мастерские предпочитают ковать металл в форме прутков.

Последовательность переходов ковки заключается в следующем. Исходный металл, который поступает на участок из литейного цеха или со склада проходит очистку от прокатной окалины или ржавчины, после чего режется/рубится на мерные заготовки, передаётся на кузнечный участок, где и деформируется специализированным оборудованием – в основном, ковочными прессами или молотами. Затем заготовка проходит очистку и, при необходимости, термическую обработку. После этого полуфабрикат может быть отправлен на штамповочный или станочный участок, где с ним будут выполняться завершающие (отделочные) операции.

Таким образом, ковка редко когда является переходом, в результате которого получается изделие конечной формы и размеров.

Разделка слитков является первичной операцией ковки, которая проводится на пилах или – реже – на ковочных молотах с применением кузнечных топоров – инструмента, имеющего острую кромку. Ещё реже, при обработке особо крупноразмерных заготовок, используют ломку на холодноломах.

Для резки прутков используются пресс-ножницы. Резка на ножницах является наиболее дешёвой, производительной и распространённой операцией, которая обеспечивает повышенную точность и производительность разделки. В условиях мелкосерийного и единичного производства стараются выбирать пруток с размерами, максимально приближёнными к размерам поковки, поэтому иногда обходятся без разделочного оборудования.

В технологии машинной ковки различают подготовительные и завершающие операции. К первым, кроме рубки, относят осадку, гибку, скручивание, оттяжку, выкручивание и другие операции, которые выполняются с использованием плоских бойков. На завершающих переходах ковка металла заключается в применении подкладного формоизменяющего инструмента, при помощи которого выполняются переходы пережима и протяжки. После этих переходов заготовка приобретает примерную форму поковки по длине и размерам поперечного сечения.

Разновидности ковки

Классификация процессов ковки металла может быть произведена по следующим параметрам:

  • По виду применяемого оборудования – ручная или на приводных ковочных машинах;
  • По температуре обрабатываемого металла – горячая, полугорячая или холодная;
  • По материалам – ковка стали или цветных металлов/сплавов.

Выбор технологии определяется размерами готовой поковки, серийностью производства и точностью размеров готовой продукции.

Горячая

Поскольку в нагретом состоянии металл обладает наилучшей пластичностью, то горячая ковка – преобладающий вид рассматриваемого процесса. Выбор ковочной температуры зависит от марки металла. Например, для обычных углеродистых сталей исходным пунктом выбора всегда является диаграмма «железо-углерод». Для доэвтектоидных сталей температура нагрева металла выше, чем для заэвтектоидных, причём с уменьшением количества углерода температура начала ковки выше.

Средний диапазон ковочных температур – от 1200 0 С до 800 0 С, однако мастера кузнечного дела никогда не оперируют понятием «температура нагрева», а вместо него используют два показателя – температура начала и конца ковки. Дело в том, что при выгрузке из печи металл начинает остывать; в зависимости от поперечного сечения болванки или слитка падение температуры может составлять до 100 0 С/10 мм поперечного сечения, поэтому металл нагревают до температур, которые примерно на 30 0 С превышают верхнюю границу ковки.

Читайте также:  Алкидная эмаль по металлу текс

При превышении температуры неопытными нагревальщиками могут произойти два неприятных явления – перегрев и пережог металла. В первом случае структура нагретого металла становится крупнозернистой, что повышает опасность растрескивания заготовки, особенно при интенсивном формоизменении. Перегрев устраняется медленным охлаждением исходной заготовки и её повторным нагревом до необходимых температур. Если же ещё больше перегреть заготовку, наступает пережог металла, сопровождающийся необратимыми изменениями в его микроструктуре. В частности, происходит расплав неметаллических включений (например, серы), и исправить такой брак уже невозможно.

Конец ковки обычно соответствует условиям образования крупных зёрен в структуре, когда сопротивление металла пластическому деформированию резко возрастает (особенно – для сталей с повышенным содержанием углерода). Это приводит к возрастанию потребного деформирующего усилия и снижает стойкость инструмента.

Ручная

Используется в мелких ремонтных мастерских, а также на предприятиях, которые занимаются технологическими процессами художественной ковки. Здесь процессы металлообработки максимально приближены к условиям работы кузнецов прошлого: для нагрева исходного металла используются открытые печи – горны, в качестве рабочего инструмента применяют ручной молот и наковальню, а для подачи воздуха – кузечные меха с механизированным приводом.

Специфической операцией ручной ковки является кузнечная сварка встык нескольких фрагментов исходной заготовки, при которой обжим соединяемых участков происходит за счёт комбинированного термо-силового воздействия на металл. Поскольку термические напряжения, присущие традиционным видам сварки, здесь отсутствуют, то работоспособность и долговечность сваренного стыка заметно выше.

Холодная

Процесс ковки металла, при котором температура исходной заготовки составляет не более 25 % от температуры плавления металла, из которого она изготовлена, называют холодной ковкой. Не слудет путать понятие холодной ковки с понятием ковки металла при комнатной температуре: например, пластическая обработка свинца в большинстве случаев будет отвечать условиям горячей ковки, а деформирование вольфрама при температуре 650…700 0 С – условиям холодной деформации.

Холодная ковка распространена в небольших мастерских, которые занимаются изготовлением малых форм из металла – статуэток, навесов, перил, баллюстрад и т.п. Исходным видом металлопроката служит здесь профилированный металл – прутки, полосы, а преобладающим видом пластического деформирования – гибка, скручивание, чеканка. Холодной ковке подвергают преимущественно цветной металлопрокат, окалинообразование на поверхности которого практически отсутствует.

Оборудование и инструменты

Самыми распространёнными видами кузнечного оборудования в условиях промышленного производства являются паровоздушные (или пневматические) кузнечные молоты и прессы. Первые деформируют энергией удара, вторые прикладываемым усилием. Поскольку запасаемая мощность единичного удара молота сильно зависит от массы его падающих частей, то ради повышения производительности практикуют несколько ударов подвижной части молота – бабы по проковываемому металлу. Масса падающих частей ковочного молота обычно не превышает 25 тонн; при необходимости развить повышенную энергию пластической деформации применяют гидравлические ковочные прессы, номинальное усилие которых достигает 150…200 тыс. тонн.

Значительно реже используют специализированное кузнечное оборудование, например, выкрутные или горизонтально-ковочные машины.

Для перемещения крупных поковок во время обработки применяются ковочные манипуляторы рельсового или безрельсового типов. Перемещение поковок, средних по своим размерам, ведут при помощи кантователей.

Ассортимент ковочного инструмента представлен ковочными топорами, протяжками, накладками и прошивками. Инструмент размещается на заготовке сверху, после чего приводится в движение баба молота или ползун пресса, выполняя формоизменение.

Приемы обработки металла (кузнечные операции)

Технология ковки включает в себя ряд основных переходов, выбор которых определяется конечной формой поковки и возможностями формоизменяющего оборудования

Осадка

Заключается в увеличении поперечного сечения поковки за счёт уменьшения её высоты. Подразделяется на свободную и закрытую. Свободная осадка практически всегда является первичной операцией ковки, позволяющей предварительно перераспределить металл по длине поковки.

Высадка

Представляет собой осадку части заготовки, при этом основная её часть помещается вне зоны действия бойка молота или ползуна пресса. Высадкой получают поковки со значительным перераспределением металла вдоль оси.

Протяжка (вытяжка)

Операция, которая используется для существенного удлинения поковки. Выполняется всегда за несколько ударов бойка или нажатий ползуна с соответствующим перемещением заготовки по плите оборудования. Протяжку особо крупных заготовок часто ведут с нескольких последовательных нагревов в печи.

Раскатка и протяжка с обкаткой

Так называется операция, при выполнении которой одновременно производят нажатие на заготовку бойком или ползуном при одновременном повороте полуфабриката на специальной оправке. Используется при пластическом деформировании трубчатых или кольцеобразных заготовок.

Прошивка

Операция предназначена для получения в поковке сквозных или глухих отверстий. Выполняется при помощи прошивня, силовое воздействие на который оказывает боёк молота или ползун пресса.

Рубка

Первичная операция ковки, которая заключается в отделении заготовок от первичного прокатного профиля или разделении нескольких однотипных поковок друг от друга. Выполняется при помощи кузнечных топоров.

Гибка

Переход состоит в изменении направления отдельных частей заготовки. Для объёмного металлопроката используется редко, зато незаменима при холодной ковке листовых изделий.

Закручивание

Используется при ковке небольших художественных элементов, которые часто используются в конструкциях ворот, навесов, спиралей и других кузнечной продукции. Заключается в относительном повороте некоторых частей поковки друг относительно друга при одновременном удлинении проката.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector