Разновидности процессов обработки металлов давлением

Содержание
Введение…………………………………………………………………….3
1. Сущность обработки металлов давлением. Прокатка, волочение, прессование…………………………………………………………………4
2. Область применения прокатки, волочения и прессования…………….12
3. Достоинства и недостатки данных способов …………………………...14
Заключение………………………………………………………………...16
Список используемой литературы………………………………………17

Введение
Обработка металлов давлением (ОМД) – один из наиболее прогрессивных способов получения изделий из металлов. Широко используется для выпуска продукции, применяемой в машиностроительной, авиационной, автомобилестроительной и других отраслях промышленности ( рис.1).
Рис.1.Обработка листового металла давлением на прокатном станке
Прокатка, прессование и волочение являются наиболее производительными видами ОМД и по объему производства они значительно превышают продукцию кузнечно-штамповочного производства. Особенно это относится к прокатке, т.к. прокатному производству подвергают приблизительно 80% всего выплавляемого металла. Это объясняется высокой производительностью основных процессов данных методов, улучшением свойств и структуры, качества поверхности и точности размеров изделий после пластической деформации. Кроме того, данные виды ОМД хорошо сочетаются со средствами механизации и автоматизации.
Цель данной работы: изучить сущность методов обработка металлов давлением; прокатка, прессование и волочение, область применения, достоинства и недостатки данных методов, уметь применять полученные знания в процессе обучения в практической деятельности по своей специальности, развитие навыков учебной исследовательской деятельности, формирование профессиональные компетенции в изучаемой области знаний.
1. Сущность обработки металлов давлением. Прокатка, волочение, прессование
Все процессы обработки металлов давлением основаны на пластическом деформировании заготовок. Под деформацией понимают процесс изменение формы и размеров твердого тела, под воздействием приложенных к нему нагрузок. Пластическая деформация – это деформация, которая остается после снятия внешней нагрузки, (тело не восстанавливает первоначальную форму и размеры). Для увеличения пластичности металл нагревают до температуры, при которой наиболее полно проявляются его пластические свойства или подвергают обработке в холодном состоянии.
В промышленности широко используют основные способы получения заготовок обработкой давлением, которые классифицированы и проиллюстрированы рисунком 2.[4]
Рис.2.Основные способы получения заготовок методом обработки металлов давлением
Прока́тка — процесс пластического деформирования тел на прокатном стане между вращающимися приводными валками(часть валков может быть неприводными). Сущность процесса прокатки заключается в том, что заготовка обжимается (сдавливается), проходя в зазор между вращающимися валками, при этом, она уменьшается в своем поперечном сечении и увеличивается в длину.
Форма поперечного сечения называется профилем.
Энергия, необходимая для осуществления деформации, передаётся через валки, соединённые с двигателем прокатного стана.
Инструмент для прокатки - это валки. В зависимости от прокатываемого профиля валки могут быть гладкими (рис.3,а) и калиброванными (ручьевыми) для получения сортового проката (рис.3, б). Ручей это профиль на боковой поверхности валка. Промежутки между ручьями называются буртами.
Рис.3. Прокатные валки: гладкий (а), калиброванный (б);
1 – рабочая часть, 2 – шейка, 3 – трефа, 4 – ручьи, 5 – бурты
Используют три основных процесса прокатки, имеющих определенное отличие по характеру выполнения деформации: продольная, поперечная, поперечно – винтовая (рис.4).
При продольной прокатке деформация осуществляется между вращающимися в разные стороны валками (рис.4, а). Заготовка втягивается в зазор между валками за счет сил трения. При поперечной прокатке (рис.4, б) оси прокатных валков и обрабатываемого тела параллельны или пересекаются под небольшим углом. Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения – в противоположном. В процессе поперечной прокатки обрабатываемое тело удерживается в валках с помощью специального приспособления. При поперечно – винтовой прокатке (рис.4, в) валки, вращающиеся в одну сторону, установлены под углом друг другу.
Прокатываемый металл помимо вращения получает еще поступательное движение. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки движется по винтовой линии.
Рис.4 Схемы процессов прокатки:
продольная (а), поперечная (б), поперечно-винтовая (в); 1 – прокатные валки, 2 – заготовка
Исходным продуктом для прокатки могут служить квадратные, прямоугольные или многогранные слитки, прессованные плиты или кованые заготовки. Основными технологическими операциями прокатного производства являются подготовка исходного металла, нагрев, прокатка и отделка проката. Подготовка исходных металлов включает удаление различных поверхностных дефектов (трещин, царапин, закатов), что увеличивает выход готового проката. Нагрев слитков и заготовок обеспечивает высокую пластичность, высокое качество готового проката и получение требуемой структуры.
Оборудование для прокатки. Процессы прокатки осуществляют на специальных прокатных станах. Прокатный стан – комплекс машин для деформирования металла во вращающихся валках и выполнения вспомогательных операций (транспортирование, нагрев, термическая обработка, контроль и т.д.). Оборудование для деформирования металла называется основным и располагается на главной линии прокатного стана (линии рабочих клетей).
Главная линия прокатного стана состоит из рабочей клети и линии привода, включающей двигатель, редуктор, шестеренную клеть, муфты, шпиндели. Схема главной линии прокатного стана представлена на рис. 5.
Рис.5. Схема главной линии прокатного стана:1 – прокатные валки; 2 – плита; 3 – трефовый шпиндель; 4 – универсальный шпиндель; 5 – рабочая клеть; 6 – шестеренная клеть; 7 – муфта; 8 – редуктор; 9 – двигатель.
Прокатные валки 1 установлены в рабочей клети 5, которая воспринимает давление прокатки. Определяющей характеристикой рабочей клети являются размеры прокатных валков: диаметр (для сортового проката) или длина (для листового проката) бочки. В зависимости от числа и расположения валков в рабочей клети различают прокатные станы: двухвалковые (дуо-стан), трехвалковые (трио-стан), четырехвалковые (кварто-стан) и универсальные. [2]
Прессова́ние — процесс обработки материалов давлением, производимый с целью увеличения плотности, изменения формы, перераспределения фаз материала, для изменения механических или иных его свойств.
Инструментом при прессовании служат различные матрицы. Матрица – это основной инструмент для прессования, непосредственно формирующий профиль при выдавливании металла через свой внутренний контур, повторяющий форму сечения заготовки.
Применяются два процесса прессования: прямой и обратный. При прямом прессовании движение пуансона пресса и истечение металла через отверстие матрицы происходят в одном направлении (рис.6, а). При обратном прессовании заготовку закладывают в глухой контейнер, и она при прессовании остается неподвижной, а истечение металла из отверстия матрицы, которая крепится на конце полого пуансона, происходит в направлении, обратном движению пуансона с матрицей (рис.6, б).
Рис.6. Схема процессов прессования прутка прямым (а) и обратным (б) прессованием; 1 – получаемая заготовка, 2 – матрица, 3 – заготовка, 4 – пуансон
Оборудование для прессования. Это гидравлические прессы, с горизонтальным или вертикальным расположением пуансона.
Прессование, как правило, осуществляют на гидравлических прессах. Прессованием получают прутки диаметром 3 – 250 мм, трубы диаметром 20 – 400 мм с толщиной стенки 1,5 – 15 мм, профили сложного сечения сплошные и полые с площадью поперечного сечения до 500 см2. [3]
Волочение – изготовление профилей путем протягивания заготовки через постепенно сужающееся отверстие в инструменте – волоке.
Сущность процесса волочения заключается в протягивании заготовок через сужающееся отверстие в инструменте, называемом волокой (рис.7). Инструментом при волочении является волока. Волока – это инструмент, в котором осуществляется обжатие металла при его обработке волочением.
Волоки для повышения надежности оснащаются специальными вставками из твердых материалов – фильерами. Конфигурация отверстия фильеры определяет форму получаемого профиля.
Рис.7. Волока в разрезе и ее геометрия: 
1 – стальная волока; 2 – фильера из твердого сплава
Волочение металла происходит без нагрева заготовки. Применяют как обычные процессы волочения (рисунки 8., а, б, в), так и процессы, направленные на снижение сил трения при волочении. Например, волочение с противонатяжением, при этом снижается удельное давление металла в зоне деформации и, как следствие, уменьшается трение и износ волоки; Вибрационное волочение с наложением вибраций на проволоку или волоку, а в некоторых случаях на проволоку и волоку одновременно; волочение через не приводные роликовые волоки (рисунок 8, г). Волочение в режиме жидкостного трения создает в очаге деформации смазочного слоя, который обеспечивает полное разделение трущихся поверхностей.
Рис.8. Схема процессов волочения: проволоки и прутков круглого сечения (а);
труб без утонения стенки (б); труб с утонением стенки (в); волочение через неприводные волоки (г): 
1 – волока, 2 – протягиваемая исходная заготовка, 3 – оправка, 4 – узлы опор роликовой волоки
Оборудованием для волочения служат волочильные станы (рис.9). Эти агрегаты в зависимости от принципа работы тянущего устройства, могут быть двух видов: с прямолинейным движением металла и с намоткой обрабатываемого металла на барабан. Станы с прямолинейным движением обрабатываемой заготовки (цепные и реечные) применяют для волочения и калибровки прутков, труб и других изделий, которые не сматываются в бухты. Станы с намоткой металла на барабан применяют для производства проволоки, специальных профилей и труб небольшого диаметра. [5]
Рис.9. Цепной волочильный стан:
1 – волока; 2 – клещи; 3 – каретка; 4 – тяговый крюк; 5 – цепь; 6 – ведущая звездочка;
7 – редуктор; 8 – электродвигатель
 Процессы обработки металлов давлением так же включают объемную ковку и листовую штамповку. Ковка — процесс горячей обработки металлов давлением при помощи бойков или универсального подкладного инструмента. При ковке металл заготовки пластически деформируется, постепенно приобретая заданную форму, размеры и свойства.
Объемная штамповка — придание заготовке заданной формы и размеров путем принудительного заполнения материалом рабочей полости штампа. В отличие от ковки пластическое течение при штамповке ограничивается стенками матрицы. Различают горячую и холодную объемную листовую штамповку. Ковкой и штамповкой изготовляют металлические изделия — поковки, из которых затем получают детали, идущие на сборку машин, приборов, агрегатов и т. д. В ряде случаев штамповкой получают непосредственно готовые детали. Ковку и штамповку применяют почти во всех отраслях промышленности и особенно в машиностроении. Процессы штамповки имеют также важное значение при производстве неметаллических изделий.
2.Область применения прокатки, волочения и прессования
Область применения прокатки. Область применения проката охватывает все сферы хозяйства страны: машиностроительную отрасль, приборостроение, пищевую промышленность. Широкое применение находит продукция в строительстве промышленных объектов, зданий жилого и общественного назначения. Холоднокатаный прокат находит применение в автомобилестроении, медицинской, пищевой и химической промышленностях. Используются изделия и в машиностроительной отрасли в качестве исходного сырья под штамповку или механическую обработку.
Прокат фасонного профиля делится на профили общего назначения (угловая сталь, швеллеры и т. п.), используемые в строительстве, судостроении, машиностроении, и на профили специального назначения, используемые в сельхозмашиностроении, автостроении и других отраслях промышленности. Сортовой прокат – простые и фасонные профили (рис. 10).
Рис. 10. Профили сортового проката – простые (а–е) и фасонные (ж–л):
а– круг; б– квадрат; в– полоса; г– шестигранник; д– овальная сталь;
е– сегментная сталь; ж– уголок; з– швеллер; и– тавровая балка; к– двутавровая балка; л– рельс
Листовой прокат  применяется для производства автотракторной листовой стали, электротехнического, трансформаторного железа, кровельной жести и т. д.
Специальные виды проката: кольца, шары, шестерни, колеса, периодический прокат. Периодический прокат используют для получения штампованных поковок и обработки деталей резанием с минимальными отходами.
Область применения волочения. Волочение применяется для получения тонкой проволоки диаметром 0,02 - 1 мм и более; тонкостенных труб, изготовленных предварительно прокаткой или прессованием; при калибровке горячекатаного сортового проката диаметром до 100 мм; для изготовления фасонных профилей, из которых путем разрезки получают затем готовые детали - призматические и сегментные шпонки, призматические направляющие для приборов, опорные призмы, шлицевые валики, зубчатые и храповые колеса для часового производства и т. п. (рис. 11).
Рис. 11. Профили, получаемые волочением
Область применения прессования. Основные области применения процесса прессования: а) производство профилей и труб сложной формы, особенно из металлов и сплавов, прессуемых с высокими скоростями истечения; б) обработка хрупких металлов и сплавов; в) среднее и мелкосерийное производство, когда стоимость переработки прессовых отходов невелика; г) получение полуфабрикатов сложной геометрии и повышенной точности; д) получение тонких нитей из металлов и сплавов, имеющих низкую прочность и трудно поддающихся волочению. [1,3]
3.Достоинства и недостатки данных способов
Достоинства прокатки.
1.Высокая производительность.
2.Очень широкая номенклатура изделий (вплоть до шариков для шарикоподшипников).
3.Метод поддается автоматизации.
Недостатки прокатки.
1.Высокая капиталоемкость и материалоемкость.
2.Энергоемкость.
3.Поверхность изделия требует механической обработки (недостаточно точная и чистая).
4.Требуется термическая обработка изделий.
Вывод: метод выгоден для крупносерийного производства заготовок, само производство обладает высокой конкурентоспособностью. Следовательно, организация прокатного производства, ввиду высокой капиталоемкости и низкой, но в то же время гарантированной прибыли, рентабельно при отсутствии конкурентов.
Достоинства прессования:
1.Высокая производительность.
2.Высокая точность и чистота поверхности.
3.Метод подвергается автоматизации.
4.Можно изготавливать сложные профили.
5.Легко перейти на изготовление другого профиля, поменяв матрицу.
Недостатки прессования:
1.Высокая стоимость контейнера и матрицы
2.Ограниченность номенклатуры по материалу.
3.Ограниченность номенклатуры профилями.
4.Высокие энергозатраты (нагрев металла)
Вывод: метод выгоден для производства сложных профилей их цветных металлов и сплавов, при организации производства в виде производственного участка в цехе.
Достоинства волочения:
1.Высокая производительность.
2.Точная и чистая поверхность (не нуждается в механической обработке).
3.Не требуется нагрев.
4.Метод подвергается автоматизации.
5.Сравнительно низкие затраты на оборудование.
6.Меняя волоку, легко перейти на другой диаметр изделия.
Недостатки волочения:
1.Высокая стоимость волоки.
2.Необходимость термообработки.
3.Низкая номенклатура изделий (получается только проволока, прутки и тонкостенные трубы).
Вывод: производство обладает высокой прибыльностью при низкой конкурентоспособности. [4]
Заключение
В реферате отражена и раскрыта тема учебного материала по следующему вопросу; сущность методов обработка металлов давлением; прокатка, прессование и волочение, область применения, достоинства и недостатки данных методов.
При раскрытии данного вопроса были детально изучены необходимые теоретические основы и положения, которые позволили сделать определённые выводы: мета
1) Обработка металлов давлением является экономичным и прогрессивным технологическим процессом, включая в себя широчайший спектр различных методов и используемого оборудования, совокупность которых позволяет осуществлять производство качественных, надежных и долговечных изделий.
2) Существенные преимущества обработки металлов давлением — возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышения производительности труда, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки.
3) Применение современных методов обработки металла давлением позволяет, изменять технологические свойства, получать сложные формы и конструкции, изготавливать продукцию высокого класса с высокими механическими и физико-химическими свойствами.
4) Изученные методы обработка металлов давлением широко применяются в современном производстве, позволяют производить широкий сортамент изделий, считаются достаточно точными и экономичными.
Тема реферата раскрыта в рамках ориентированных на применение исследовательского подхода, что способствует лучшему усвоению учебного материала. Материал данной работы может использоваться для подготовки к зачёту или экзамену.
Список используемой литературы
1. Фетисов, Г. П. Материаловедение и технология материалов: учебник для бакалавров / Г. П. Фетисов [и др.]; под ред. Г. П. Фетисова. — 7-е изд., перераб. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2015. — 767 с.
2. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. Учебник для вузов/Целиков А. И.,Попухин П. И., Гребеник В М. и др. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургии. 1988. — 680 с.
3.Суворов И.К. Обработка металлов давлением. Учебник для вузов, М.: Высшая школа, 1973, —382 с.
4.Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. Учебник для вузов. Изд. 3-е, М.: Машиностроение, 1971.— 424 с.
5.Перлин, И. Л.Теория волочения / И. Л. Перлин, М. З. Ерманок. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Металлургия, 1971. —448 с. 
Интернет - источники
https://ru.wikipedia.org/wiki/Обработка_металлов_давлением
https://studfiles.net/preview/5404774/page:6/