Горячая обработка металлов давлением. Гибка. Скручивание

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение…………..………………………..……………………….…..…...… 3
Гибка и скручивание металлов в процессе ковки......................…….… 4
2. Оборудование для ковки……...………………………………....……. 8
Заключение………………………………….…………………………........... 12
Список литературы…………………………….…………………………….. 13

Введение
Благодаря пластичности металлов, проявляющейся при деформации в холодном или горячем состоянии, можно изменять форму исходной заготовки, полученной, естественно, каким либо другим методом. Относительно лёгкая обработка металлов давлением во многом определяет их широкое применение.
Обработка металлов давлением технологическое свойство настолько существенно, что когда-то даже было основой определения металла (Металл — это светлое тело, которое можно ковать).
При пластической деформации металла происходит смещение атомных слоев друг относительно друга внутри кристаллов и смещение кристаллов относительно друг друга. Важной особенностью этого вида деформации является отсутствие разрушения. Конечно, разные металлы и их сплавы обладают различной способностью деформироваться без разрушения. Пластичность металлов оценивается величиной относительного удлинения стандартного образца при разрыве. Эта величина у пластичных металлов колеблется от 10 до 50 %. В настоящее время разработаны сверхпластичные сплавы, относительное удлинение которых при разрыве может достигать сотен процентов.
Обработка металлов давлением может осуществляться над сплавами, обладающих высокой пластичностью такими как: низкоуглеродистые стали, сплавы алюминия, меди (латуни), многие легированные стали .Обработка металлов давлением в основном производят при их нагреве, т.к. при нагреве пластичность металлов существенно увеличивается. При нагреве кроме того существенно снижается прочность металлов, поэтому усилия для их деформирования значительно ниже, что позволяет применять более простое оборудование и инструмент.
Обработка металлов давлением может происходить несколькими методами, например: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка.
Гибка и скручивание металлов в процессе ковки
Говоря о процессе гибки и скручивании металлов, то мы берем весь процесс ковки, так как гибка сама по себе роли не играет, так сказать она идет как вспомогательный процесс.
Ковкой называют процесс горячей обработки давлением, при котором путём многократного действия универсального подкладного инструмента и бойков металл заготовки пластически деформируется, постепенно приобретая заданные форму, размеры и свойства.
Получают поковки от десятков граммов до сотен тонн для изготовления деталей машин резанием. Мелкие поковки с массой менее 50 кг и средние поковки с массой 50–400 кг в единичном и мелкосерийном производствах выполняют ковкой, поскольку их изготовление штамповкой экономически нецелесообразно из-за высокой стоимости и длительности изготовления штампов. Для изготовления поковок используют слитки, блюмы и сортовой прокат.
Различают ковку ручную, применяемую иногда при мелких ремонтных работах и выполняемую с помощью наковальни и кувалды, и машинную, осуществляемую с помощью молотов и прессов.
Рисунок 1 – Инструмент применяемый при ковки
Применяемый для обработки кузнечный инструмент разделяют по функциональному назначению на основной (рис. 1, а), т. е. непосредственно деформирующий металл, и вспомогательный (рис. 1, б), предназначенный для удержания заготовки и манипулирования ею в процессе ковки.
Основные операции ковки – осадка, протяжка, пробивка, прошивка, гибка, скручивание, отрубка и кузнечная сварка.Осадка – уменьшение высоты заготовки при увеличении площади её поперечного сечения (рис. 2, а). Осадку производят бойками или осадочными плитами. Заготовки, у которых отношение высоты к диаметру или меньшей стороне поперечного сечения больше 2,5, осаживать не рекомендуется во избежание возможного продольного искривления. Осадку применяют для получения поковок с большими поперечными сечениями из заготовок меньшего поперечного сечения (поковки шестерен, дисков и т. п.), перед прошивкой отверстия или перед протяжкой для увеличения укова или размеров поковки.
Высадка – осадка части заготовки (рис. 2, б).
Рисунок 2 – Основные операции ковки
а – осадка; б – высадка; в – протяжка; г – раскатка; д – протяжка на оправке; е – гибка; ж – скручивание; з – отрубка; и – пробивка; к – прошивкаПротяжка (рис. 2, в) – удлинение заготовки или её части за счёт уменьшения площади поперечного сечения. Она осуществляется последовательными обжатиями отдельных, примыкающих друг к другу участков заготовки при её подаче вдоль оси. Сумма определенного числа обжатий, осуществляемых последовательно до определенной толщины заготовки, называется проходом. Два последовательных обжатия с промежуточной кантовкой (поворотом) между ними на 90° называется переходом. Протяжку выполняют в верхнем и нижнем плоских, верхнем плоском и нижнем вырезном и в обоих вырезных бойках. Чем более закрытую форму калибра имеют бойки, тем интенсивнее удлинение.
Разновидности протяжки: раскатка (рис. 2, г) и протяжка на оправке (рис. 2, д). Раскатка – увеличение диаметра кольцевой заготовки при вращении за счёт уменьшения её толщины с помощью бойка и оправки. Инструментами для раскатки служат плоский боек, оправка и люнет. Протяжка на оправке – увеличение длины прошитой или просверленной заготовки за счёт обжатия ее по обе стороны оправки двумя бойками (нижним вырезным и верхним плоским или обоими вырезными бойками). При протяжке наружный диаметр и толщина стенки заготовки уменьшаются. Раскаткой изготовляют поковки колец, а протяжкой на оправке – поковки сосудов высокого давления, стволов орудий и др.
Гибка (рис. 2, е) – образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы. Гибку осуществляют с помощью раз-личных опор, приспособлений и в подкладных штампах.
Скручивание (рис. 2, ж) – поворот части заготовки вокруг продольной оси. Осуществляют её с помощью крана вилками, например, при развороте колен коленчатых валов.
Отрубка (рис. 2, з) – полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путём внедрения в заготовку деформирующего инструмента. Отрубку осуществляют топорами для удаления прибыльной и донной частей слитка, лишних концов поковки или для разделения длинной поковки на более короткие части.
Пробивка (рис. 2, и) – образование в заготовке отверстия с удалением материала в отход путём сдвига.
Прошивка (рис. 2, к) – получение полостей в заготовке за счёт вытеснения материала. Она служитсамостоятельной операцией для образования отверстия либо подготовительной операцией для последующей раскатки или протяжки заготовки на оправке. Отверстия диаметром до 500 мм пробивают сплошным прошивнем с применением подкладного кольца, а отверстия большего диаметра прошивают полым прошивнем, применяя в случае высокой заготовки надставки. При этом часть металла, удаляемую в отход вместе с прошивнем, называют выдрой.
Кузнечная сварка – образование неразъемного соединения под действием давлений в пластичном состоянии. В связи с развитием новых видов сварки эта операция применяется редко.
2. Оборудование для ковки
В зависимости от массы и размеров сечения поковки её изготовляют на молоте или на прессе. При ковке на молоте металл деформируется за счёт кинетической энергии падающих частей, накопленной к моменту соударения с заготовкой (основная характеристика). Молоты бывают пневматические и паровоздушные. Пневматические ковочные молоты используют для ковки мелких поковок и приводятся в движение сжатым воздухом. Масса падающих частей таких молотов составляет 50–1000 кг. Молот (рис. 3, а) имеет два цилиндра: компрессорный 9 и рабочий 8. Поршень 13 компрессорного цилиндра приводится в возвратно-поступательное движение от электродвигателя 11 через редуктор 10 посредством кривошипно-ползунного механизма 14. Оба цилиндра соединены друг с другом воздухораспределительным устройством, состоящим из кранов 7 и 6 с каналами. Сжатый в компрессорном цилиндре воздух через воздухораспределительное устройство направляется в верх или в низ рабочего цилиндра, перемещая соответственно поршень 12, изготовленный заодно с бабой 15. Отработавший воздух при этом удаляется в выпускную трубу. Краны воздухораспределительного устройства переключаются нажатием педали 1 или от рукоятки.
Рисунок 3 – Ковочные молоты
а – пневматический; б - паровоздушный
Верхний боек 5 крепится клином к бабе, а нижний боек 4 – к подушке 3, закрепленной клином на шаботе 2, не связанном со станиной молота. Масса шабота превышает массу падающих частей (поршень, баба, верхний боек) в 10–15 раз. В зависимости от массы падающих частей молоты совершают 95–225 ударов в минуту. КПД этих молотов 6–7 %.
Паровоздушные ковочные молоты двойного действия используют для ковки мелких и средних по массе поковок. Они приводятся в действие паром, поступающим по паропроводу от котла под давлением 700–900 кПа, или сжатым воздухом, который подается по трубопроводу от компрессора под давлением до 700 кПа. В таких молотах (рис. 3, б) пар поступает из сети 12 в золотниковый цилиндр 13, где обойдя золотник 9, поступает в верх рабочего цилиндра 7, заставляя двигаться вниз поршень 8, соединенный со штоком 6, бабой 5 и верхним бойком 4. Одновременно пар из нижней части рабочего цилиндра выходит в золотниковый цилиндр 13 и через центральное отверстие золотника 9 в трубопровод 11 на выпуск. Если золотник 9 опустить, то пар, находящийся над поршнем в верхней части цилиндра, поступит в трубопровод 11 на выпуск. Управление молотом осуществляют ручкой 10, связанной тягами с золотником 9. Нижний боек 3 укреплен в подушке 2, установленной на шаботе 1. Масса падающих частей ковочных паровоздушных молотов 1000–8000 кг, а КПД 2–3 %. Число ударов таких молотов при наибольшем ходе бабы 63–31 в минуту.
Гидравлические ковочные прессы используют для изготовления средних и крупных по массе поковок. Принцип их действия основан на законе Паскаля. Гидравлический пресс (рис. 4) имеет нижнюю неподвижную поперечину 13, которая крепится на фундаменте. На нижней поперечине установлен подвижный стол 12 с нижним бойком 1. Стол приводится в движение от гидроцилиндра, который на схеме не показан. Четыре стальные колонны 3 связывают нижнюю неподвижную поперечину 13 с верхней неподвижной поперечиной 10, на которой укреплены рабочий цилиндр 6 и возвратные цилиндры 9. В этих цилиндрах могут перемещаться соответственно рабочий 5 и возвратный 8 плунжеры. Рабочий плунжер 5 скреплен с подвижной поперечиной 4, к которой крепится верхний боек 2. Плунжеры возвратных цилиндров соединены с траверсой 7, которая тягами 11, в свою очередь, соединена с подвижной поперечиной 4.
Рисунок 4 – Ковочный гидравлический пресс
Холостой ход производится жидкостью низкого давления (водную эмульсию или минеральное масло), а рабочий ход жидкостью высокого давления (20–45 МПа). При опускании подвижной поперечины 4 жидкость из возвратных цилиндров вытесняется плунжерами 8 в сливной бак. При обратном ходе жидкость под давлением подается в возвратные цилиндры 9, а из рабочего цилиндра вытесняется плунжером 5 в сливной бак. КПД гидравлического пресса 6–8 %. Гидравлические ковочные прессы строят усилием до 200 МН. На них куют поковки из слитков массой до 500 т.
Скорость движения бойка молота к моменту соударения с поковкой составляет 7–8 м/с, а бойка пресса – 0,1–0,3 м/с. Ударный характер приложения нагрузки при ковке на молоте вызывает повышенную утомляемость рабочих и создает сотрясения грунта. Для ковочных молотов необходимо устройство громоздких фундаментов. Прессы не требуют таких больших и тяжелых фундаментов. Многие операции (загрузка и выгрузка заготовок из печи, подача к молоту или прессу, манипулирование, с заготовкой в процессе ковки и т. д.) механизированы. Ковочные комплексы включают гидропресс, ковочные и инструментальный манипуляторы, работающие по заданной программе. Механизация и автоматизация повышают производительность кузнечного оборудования, улучшают качество выпускаемых поковок и облегчают труд работающих.
Заключение
Ковка, штамповка, прессование, волочение и прокатка -- основные процессы обработки металлов давлением. Придание металлу необходимой формы, возможно ближе отвечающей конфигурации будущей детали и получаемой с наименьшими трудозатратами; исправление дефектов литой структуры; повышение качества металла путем преобразования литой структуры в деформированную и, наконец, сама возможность пластического деформирования мало пластичных сплавов -- основные аргументы применения процессов обработки металлов давлением. Таким образом, улучшения качества металла достигают не только при его выплавке, разливке и последующей термической обработке, но и в процессе ОМД. Даже самые совершенные в настоящее время процессы плавки и электрошлаковый переплав металла, глубокое вакуумирование перед разливкой не обеспечивают наивысшего качества металла, полного ресурса его деформационных и прочностных характеристик. Именно пластическая деформация, исправляя дефекты литого металла и преобразуя литую структуру, сообщает ему наивысшие свойства
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. И.К. Суворов «Обработка металлов давлением» - г. Москва, 2014 г. – 315 стр.;
2. В.М. Клименко и др. «Технология прокатного производства» - г. Киев, 2015 г. – 285 стр.;
3. П.И. Полухин и др. «Прокатное производство» - г. Москва, - 2013 г. – 544 стр.;
4. Ю.М. Лахтин “Материаловедение” – г. Москва, 2015 г. – 225 стр.