Реферат: Методические рекомендации и Контрольные задания для учащихся заочной формы обучения специальности 2 36 07 01 «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

НОВОПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ

ТЕХНИКУМ


УТВЕРЖДАЮ

Директор техникума

_____________ А.П.Ляхович

«____» _____________ 2008 г.


технология обработки

конструкционных материалов
методические рекомендации и Контрольные задания для учащихся заочной формы обучения

специальности 2 - 36 07 01 «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов»





Новополоцк
2008

Разработчик: О.О.Гольцова, преподаватель учреждения образования «Новополоцкий государственный политехнический техникум»


Рассмотрено на заседании комиссии механических предметов


Протокол № ___ от «____» _________________ 2008 г.


Председатель комиссии О.О.Гольцова

^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Программой дисциплины «Технология обработки конструкционных материалов» предусматривается изучение способов горячего формообразования заготовок деталей (литье, обработка давлением и сварка), обработка металлов резанием.

В результате изучения дисциплины учащиеся должны знать:


на уровне представления:

- достижения науки и техники, перспективы развития обработки инструментальных материалов;

- виды (методы) обработки материалов в машиностроении;

- классификацию современных инструментов, свойства инструментальных материалов;

- технологию и оборудование литейного, прокатного и штамповочного производств;

технологию и оборудование кузнечного производства;

способы получения заготовок деталей машин;


на уровне понимания:

- теоретические основы и физическую сущность процесса резания, обработки материалов давлением, литья, сварки;

- устройство и принцип работы металлообрабатывающего и сварочного оборудования;

основы технологии сварки и обработки металлов резанием;

элементы и методику назначения режима сварки и режима резания;

- геометрические параметры режущего инструмента и их влияние на условия обработки;


уметь:

- выбирать вид заготовки для изготовления деталей машин;

- выбирать оборудование и инструмент для изготовления деталей машин;

- назначать оптимальные режимы резания для заданного вида обработки.


Введение


Настоящий сборник контрольных заданий составлен в соответствии с рабочей программой по дисциплине «ТОМ» для специальности 2 – 36 07 01 «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов».

Вариант задания для учащегося указывается преподавателем на установочной сессии.

Все задания выполняются в ученической тетради. Текстовую часть выполнять рукописным способом пастой черного или синего цвета, эскизы – карандашом.

Все задания должны выполняться учащимися в указанные учебным графиком сроки.

Весь учебный материал разделен на две контрольные работы. Контрольные работы составлены по десятивариантной системе. В первой контрольной работе задания объединяют три основные темы: литье, обработка давлением, сварка. Вторая контрольная работа содержит задачи по расчету режимов резания.

Для облегчения решения задач приведены примеры с решениями. При решении задач использованы материалы справочников, а также общемашиностроительные нормативы режимов резания и времени для технического нормирования 1972 – 1978 года издания.

При отсутствии данных нормативов можно пользоваться справочной литературой, рекомендуемой преподавателями техникума.


Программный материал нужно изучать в следующей последовательности:

- ознакомиться с общими методическими указаниями и содержанием программы;

- изучить теоретический материал по темам задания;

- ознакомиться с содержанием контрольной работы;

- определить свой вариант;

- оформить контрольную работу в соответствии с методическими указаниями по выполнению контрольных работ.


Работа высылается в полном комплекте. Работа, выполненная не по своему варианту, не зачитывается. На обложке учащийся указывает фамилию, имя, отчество (полностью), специальность, курс и номер учебной группы, номер варианта, дату выполнения работы и свой почтовый адрес.

Если учащийся не может самостоятельно разобраться в каком-либо вопросе при изучении материала, то следует обратиться за консультацией в техникум. Незачтенную, неудовлетворительно выполненную контрольную работу нужно исправить или переделать в зависимости от указаний преподавателя и послать на проверку вторично. Стирать отметки рецензента запрещается.


^ Литейное производство


Характеризуя в целом литейное производство, следует отметить основное достоинство, которое выгодно отличает его от других методов заготовок – это возможность получения разнообразных по массе заготовок практически любой сложности непосредственно из жидкого металла, получение заданных механических и эксплуатационных свойств.

Развитие литейного производства идет по двум основным направлениям – широкому внедрению точных методов литья и комплексной механизации и автоматизации процесса производства отливок. Большое знание для развития литейного производства имеет создание специализированных литейных цехов и заводов – центролитов. Большое внимание в литейном производстве уделяется вопросам малоотходной технологии и экологии.

^ Теоретические основы производства отливок

Свойства любого сплава можно разделить на рабочие и технологические. Рабочие свойства определяют поведение изделия из этого сплава в процессе эксплуатации. Технологические свойства характеризуют поведение сплава в процессе изготовления из него отливки. Это литейные свойства.

Изучите основные литейные свойства, которым принадлежит решающая роль при оценке сплава, как литейного материала: жидкотекучесть, усадку, склонность к трещинообразованию, склонность к газопоглощению и ликвации.

Следует уяснить, к каким дефектам отливки приводят низкие показатели литейных свойств и какие технологические меры используют для предупреждения образования дефектов.

Сосредоточенная усадочная раковина образуется внутри отливки при неравномерно последовательном затвердевании в результате некомпенсируемой объемной усадки.

Усадочные поры формируются при объемной кристаллизации между срастающимися дендридами в момент, когда усадка кристаллов еще продолжается, а жидкий металл не может поступать к пустотам.

Необходимо помнить главное условие предупреждения в отливках усадочных раковин и пористости: подвод жидкого металла к кристаллизующемуся слою должен быть непрерывным до полного затвердевания. Для этого в форме применяют прибыли, которые обеспечивают направленное затвердевание отливки – снизу вверх в направлении прибыли. Жидкий металл из прибыли питает отливку, а усадочная раковина образуется в прибыли, которую затем отделяют от отливки.

С явлением усадки связано возникновение напряжений в отливке, образование горячих и холодных трещин. Обратите внимание на главную причину этих явлений – затрудненную усадку вследствие механического и термического торможения. Изучите меры предупреждения трещин.

Важной предпосылкой получения отливок без дефектов является правильная конструкция отливки. Изучите особенности конструирования отливки с учетом литейных свойств сплавов.

Склонность сплавов поглощать газы приводит к образованию в отливках газовой пористости и раковин. Обратите внимание на механизм образования этих дефектов. Изучите меры их предупреждения.

^ Способы изготовления отливок
Изготовление отливок в песчаных формах


Изучение темы начните с рассмотрения последовательности изготовления отливки в песчаной форме. Технологический процесс изготовления отливки состоит из различных этапов, которые выполняются в соответствующих отделениях литейного цеха. В современных литейных цехах многие операции смесеприготовления, изготовления форм и стержней, заливка форм, выбивка отливок и другие механизированы.

Для изготовления песчаной формы используют модельный комплект, опочную оснастку и формовочные материалы. В модельный комплект входят: модель или модельные плиты, стержневые ящики, модели литниково-питающей системы (выпоры, прибыли). Модель – это прототип отливки, предназначенный для получения в песчаной форме отпечатка, соответствующего наружной конфигурации отливки и знакам стержней. Если отливка изготовляется без применения стержней, то модель не имеет знаковых частей.

Стержневые ящики служат для изготовления стержней, которые обеспечивают получение в отливке внутренних полостей.




Рис.1

Рассмотрим песчаную форму для отливки втулки (рис. 1, а). Литейную форму (рис. 1, г) изготовляют ручной формовкой в двух опоках (металлических рамках): нижней – 3 и верхней – 4, в которых уплотняется формовочная смесь 10. Для образования в форме рабочей полости 1 используют специальное приспособление – деревянную разъемную модель (рис. 1, б) и песчаный стержень 2, изготовленный в стержневом ящике 1 (рис. 1, в). С помощью модели в форме получают отпечаток наружной конфигурации отливки. Для заливки жидкого сплава в рабочую полость в форме имеется система каналов 6-9 (литниковая система). Выход воздуха из полости формы при заполнении ее металлом происходит через каналы 5 (выпоры). После затвердевания залитого сплава форму разрушают, извлекают отливку и удаляют из нее стержень.

Перед отправкой в механический цех с отливки удаляют литниковую систему, производят очистку и контроль.

^ Изготовление отливок в оболочковых формах

Литейная форма представляет собой разъемную тонкостенную оболочку, изготовленную из песчано-смоляных смесей по горячей металлической модели. Способ изготовления оболочковых форм основан ан специфических свойствах смол. При нагревании до 100-200 С смолы становятся еще более жидкими или расплавляются и обволакивают песчинки огнеупорного материала. При дальнейшем нагревании до 200-250 С термоактивные смолы необратимо отвердевают.

Изучите состав и свойства формовочных смесей и модельную оснастку для изготовления оболочек. Рассмотрите схему бункерного (насыпного) способа подачи смеси на модельную плиту. Следует знать, что кроме этого способа существуют пескодувный, пескострельный и центробежный способы подачи и уплотнения смеси.

Рассмотрите последовательность операций изготовления оболочек, сборки форм и подготовки их к заливке. Обратите внимание на механизацию и автоматизацию процессов изготовления оболочковых форм, схему поточно-механизированной линии изготовления оболочек.

Отметьте основные достоинства литья в оболочковые формы: высокую точность и низкую шероховатость поверхностей отливок, сокращение количества формовочных и стержневых материалов, экономия производственных площадей, облегчение операций выбивки и очистки литья, возможность полной автоматизации производственного процесса. Наряду с преимуществами следует учитывать и недостатки: высокую стоимость термоактивных связующих и применение горячей оснастки.

^ Изготовление отливок литьем по выплавляемым моделям

Рассмотрите последовательность изготовления моделей из легкоплавкого состава в пресс-формах, сборку моделей в блок, изготовление литейной формы, подготовку ее к заливке, заливку расплавленным металлом, выбивку и очистку отливок. Обратите внимание на особенности этого способа: разовая модель не имеет разъема и знаковых частей, а ее контуры повторяют форму отливки; форма, полученная по выплавляемым моделям, представляет собой тонкостенную, не имеющую разъема оболочку; форма изготовляется из специальной огнеупорной смеси, состоящей из пылевидного кварца и гидролизованного раствора этилсиликата; для обеспечения высокой прочности и удаления остатков модельного состава литейные формы прокаливают при температуре 850-900 С, после чего заливают расплавленным металлом. Отметьте основные преимущества литья по выплавляемым моделям. Этим способом наиболее экономично изготовлять мелкие, но сложные и ответственные отливки с высокими требованиями по точности геометрических размеров и шероховатости поверхности, а также детали из специальных сплавов с низкими литейными свойствами. Рассмотрите недостатки способа. Обратите внимание на технологические возможности и области применения способа.


^ Изготовление отливок литьем в кокиль


Металлические формы (кокили) – литейные формы многократного использования. Их изготовляют из стали, чугуна и алюминиевых сплавов.

Рассмотрите конструкции кокилей: неразъемных, разъемных (с вертикальным, горизонтальным разъемом, комбинированные) и створчатых. Для получения внутренних полостей отливок широко применяют металлические стержни. Обратите внимание на устройство каналов для отвода газов из полостей форм и на устройства, используемые для удаления отливок, а также на конструкции металлических стержней. Уясните назначение предварительного подогрева форм, теплозащитных покрытий, наносимых на рабочие поверхности форм, последовательность сборки кокилей.

Повышенные скорости затвердевания и охлаждения отливок в одних случаях способствуют получению мелкозернистой структуры и повышению механических свойств, а в других случаях вызывают отбел.

Для изготовления отливок литьем в кокили широко используют однопозиционные и многопозиционные кокильные машины и автоматические линии. Рассмотрите принцип работы однопозиционной кокильной машины.

Отметьте основные достоинства литья в кокили: высокую точность геометрических размеров и низкую шероховатость поверхностей отливок, повышение механических свойств отливок, увеличение производительности, экономию производственных площадей. Недостатки способа: сложность изготовления кокилей и их низкая стойкость.

Уясните технологические возможности способа и области его применения.


^ Изготовление отливок литьем под давлением


Рассмотрите устройство машины литья под давлением с горизонтальной холодной камерой прессования и последовательность операций изготовления отливок, устройство пресс-форм и приспособлений для удаления отливок.

Обратите внимание на то, что скорость впуска расплавленного металла в пресс-форму составляет 0,5-120 м/с, а конечное давление достигает 100 МПа. Следовательно, форма заполняется за десятые, а для особо тонкостенных отливок – за сотые доли секунды. Сочетание особенностей процесса – металлической формы и внешнего давления на металл – позволяет получать отливки высокого качества. Основные достоинства литья под давлением: высокая точность геометрических размеров и низкая шероховатость поверхностей отливок, возможность изготовления сложных, тонкостенных отливок из алюминиевых, магниевых и других сплавов, высокая производительность способа. Недостатки способа: сложность изготовления пресс-форм, ограниченный срок их службы. Обратите внимание на технологические возможности способа и области его применения.


^ Изготовление отливок центробежным литьем


Сущность процесса заключается в свободной заливке расплавленного металла во вращающуюся форму, формование отливки в которой осуществляется под действием центробежных сил. Рассмотрите устройство машин с горизонтальной и вертикальной осями вращения и последовательность операций изготовления отливок. Обратите внимание на достоинства центробежного литья, технологические возможности способа и области применения. Уясните недостатки центробежного литья.


^ Технический контроль


Технический контроль ведут на всех стадиях изготовления отливок, начиная с приготовления формовочных и стержневых смесей, изготовления литейной оснастки, форм и стержней. Основные виды брака отливок: газовые. Песчаные и усадочные раковины, горячие и холодные трещины, спаи и недоливы. Уясните причины их образования и методы предупреждения дефектов. Ознакомьтесь с современными методами контроля в литейном производстве.


^ Методические указания по выполнению контрольного задания 1


Первый вопрос вариантов контрольной работы относится к способу ручной формовки в опоках по разъемной модели, чтобы ответить на него, следует изучить тему и методические указания к ней. Для ответа на второй вопрос требуется изучение темы по специальным методам литья. Внимательно ознакомьтесь с методическими указаниями.

Основа для разработки технологического процесса изготовления отливки – чертеж детали (в контрольном задании даны эскизы деталей). На чертеже детали в соответствии с ГОСТ 2.423 – 73 наносят технологические указания, необходимые для изготовления модельного комплекта, формы и стержня, и получают чертеж отливки с модельно-литейными указаниями. Кроме того, разрабатывают документацию (технологическую карту), которая содержит необходимые сведения для всех этапов изготовления отливки.

На рисунке 2 в качестве примера приведены эскизы стальной (а) и чугунной (б) деталей. Обратите внимание на поверхности деталей, подвергающиеся механической обработке. Условно они обозначены знаком . Остальные поверхности механической обработке на подлежат, на что указывает знак (в правом углу эскиза).

При разработке эскиза отливки с литейно-модельными указаниями на эскиз детали условно наносят (рис. 2, в):

- плоскость разъема модели и формы (1), их обозначают РМ и двумя стрелками с буквами В (верх) и Н (низ);

- припуски на механическую обработку (2), их обозначают тонкими линиями у поверхностей, где указан знак обработки ;

- отверстия, не получаемые при литье, зачеркивают тонкими линиями (5);

- контуры стержня со стержневыми знаками (3), их обозначают тонкими линиями и штриховкой у контура;

- формовочные уклоны (4), на вертикальных стенках их обозначают тонкими линиями.

Помимо этих обозначений указывают процент усадки сплава, из которого изготавливают отливку. Кроме того, на технологический чертеж отливки наносят литниковую систему, прибыли, выпоры, которые на рассматриваемом эскизе для простоты не указаны.

На рис. 2, г дан эскиз чугунной отливки с модельно-литейными указаниями. Для этой отливки используется горизонтальный стержень. Обратите внимание на различие в конструкции стержневых знаков: конусные знаки – у вертикального стержня (рис. 2, в) и цилиндрические – у горизонтального.

При разработке технологических указаний исходят из условия обеспечения качества отливки и экономической целесообразности. Так, выбирая плоскость разъема, следует помнить, что наиболее ответственные поверхности отливки лучше располагать в нижней части формы или вертикально, так как в верхней части отливки скапливаются дефекты – газовые раковины и шлаковые включения. Плоскость разъема выбирают с учетом удобства формовки и извлечения модели из формы. Кроме того, желательно, чтобы отливка или, по крайней мере ее базовые поверхности для механической обработки были расположены в одной полуформе.

Величины припусков на механическую обработку и размеры знаковых частей стержня определены ГОСТом.

На рис. 2, д дан эскиз деревянной модели для ручной формовки. Модель имеет стержневые знаки (они закрашены черным цветом), причем верхний знак – отъемный, формовочные уклоны и радиусы скруглений в местах перехода стенок r. Размеры модели выполняют с учетом припусков на механическую обработку и усадки сплава. Деревянный разъемный ящик для ручной набивки стержня показан на рис. 2, е.

Эскизы собранных форм для чугунной и стальной отливок даны на рис. 3. Обратите внимание на различие литниковых систем:





Рис.2


В форме для чугунного литья (рис. 3, а) имеются шлакоуловитель и выпоры; в форме для стального литья (рис. 3, б) шлакоуловитель отсутствует, а для компенсации большой усадки стали и предупреждения усадочных раковин предусмотрены прибыли.




Рис.3


Для создания условий направленного затвердевания в форме стальной отливки часто применяют холодильники (металлические вставки). Обратите внимание на графическое изображение каждого элемента формы.

Эскизы готовых отливок с литниковой системой приведены на рисунке 4: на рис. 4, а – отливка из чугуна, на рис. 4, б – из стали.





Рис. 4


^ Варианты контрольного задания 1


Вариант 1


1. По эскизу детали (рис. 5) разработайте эскиз отливки с модельно-литейными указаниями. Приведите эскизы модели, стержневого ящика и собранной литейной формы (в разрезе). Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки.




Рис.5


2. Изложите сущность способа литья под давлением. Приведите схему изготовления отливок литьем под давлением на машинах с горизонтальной камерой прессования. Укажите достоинства, недостатки и области применения этого способа литья.


Вариант 2


1. По эскизу детали (рис. 6) разработайте эскиз отливки с модельно-литейными указаниями, приведите эскизы модели, стержневого ящика и собранной литейной формы (в разрезе). Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки.





Рис.6


2. Опишите технологию изготовления стержней. Какими свойствами должны обладать стержневые смеси.


Вариант 3


1. По эскизу детали (рис. 7) разработайте эскиз отливки с модельно-литейными указаниями, приведите эскизы модели, стержневого ящика и собранной литейной формы (в разрезе). Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки.





Рис.7


2. Приведите характеристику литейных свойств сплавов; укажите их влияние на качество отливок. Изложите принципы конструирования отливок с учетом литейных свойств.


Вариант 4


1. По эскизу детали (рис. 8) разработайте эскиз отливки с модельно-литейными указаниями, приведите эскизы модели, стержневого ящика и собранной литейной формы (в разрезе). Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки.




Рис.8


2. Изобразите схему центробежного литья на машинах с горизонтальной осью вращения. Изложите сущность и особенности этого способа литья; укажите достоинства, недостатки и области применения.


Вариант 5


1. По эскизу детали (рис. 9) разработайте эскиз отливки с модельно-литейными указаниями, приведите эскизы модели, стержневого ящика и собранной литейной формы (в разрезе). Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки.





Рис.9


2. Изложите сущность способа литья в оболочковых формах и приведите поясняющие эскизы. Укажите достоинства, недостатки и области применения этого способа литья.


Вариант 6


1. По эскизу детали (рис. 10) разработайте эскиз отливки с модельно-литейными указаниями, приведите эскизы модели, стержневого ящика и собранной литейной формы (в разрезе). Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки.




Рис.10


2. Опишите последовательность производства отливок по выплавляемым моделям и приведите поясняющие эскизы. Укажите преимущества, недостатки и области применения этого метода литья.


Вариант 7


1. По эскизу детали (рис. 11) разработайте эскиз отливки с модельно-литейными указаниями, приведите эскизы модели, стержневого ящика и собранной литейной формы (в разрезе). Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки.





2. Изложите сущность способа литья в кокиль; изобразите схемы конструкций кокилей. Укажите применяемые сплавы, достоинства, недостатки и области применения этого способа.


Вариант 8


1. По эскизу детали (рис. 12) разработайте эскиз отливки с модельно-литейными указаниями, приведите эскизы модели, стержневого ящика и собранной литейной формы (в разрезе). Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки.




2. Изобразите схему центробежного литья на машинах с вертикальной осью вращения. Изложите сущность и особенности этого способа литья; укажите достоинства, недостатки и области применения.


Вариант 9


1. По эскизу детали (рис. 13) разработайте эскиз отливки с модельно-литейными указаниями, приведите эскизы модели, стержневого ящика и собранной литейной формы (в разрезе). Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки.




2. Опишите назначение литниковой системы и из каких элементов она состоит.


Вариант 10


1. По эскизу детали (рис. 14) разработайте эскиз отливки с модельно-литейными указаниями, приведите эскизы модели, стержневого ящика и собранной литейной формы (в разрезе). Опишите последовательность изготовления формы методом ручной формовки.





2. Опишите виды литейного брака, в чем их причины.


^ Методические указания к разделу

Технология обработки металлов давлением


Общая характеристика обработки металлов давлением


Обработке давлением подвергают более 90% выплавляемой стали и 60% цветных металлов и сплавов. При этом получают изделия, различные по назначению, массе, сложности, причем не только в виде промежуточных заготовок для окончательной обработки их резанием, но и готовые детали с высокой точностью и низкой шероховатостью. Процессы обработки давлением очень разнообразны и их обычно делят на шесть основных видов: прокатку, прессование, волочение, ковку, объемную и листовую штамповку. Запомните их технологические возможности и области применения в машиностроении. Применение процессов обработки давлением определяется возможностью формообразования изделий с высокой производительностью и малыми отходами, а также возможностью повышения механических свойств металла в результате пластического деформирования.


^ Физико-механические основы обработки металлов давлением


Обработка давлением основана на способности металлов в определенных условиях получать пластические деформации под действием внешних сил. Пластическая деформация поликристаллических тел, которыми являются конструкционные металлы, образуется за счет сдвигов между отдельными кристаллами (зернами) и их пластической деформации. Поэтому вначале необходимо рассмотреть механизм пластической деформации монокристалла – скольжение и двойникование, а затем деформацию металла, имеющего поликристаллическое строение. Деформация зерен металла при пластическом деформировании приводит к изменению его физико-механических свойств. Если это изменение сохраняется после пластической деформации, ее называют холодной, а все явление в совокупности называют упрочнением или наклепом.

При нагреве металла, получившего упрочнение, происходит внутренняя перестройка кристаллической структуры. Таким образом, при определенной температуре происходит замена деформированных зерен новыми, равноосными. Это явление называют рекристаллизацией, а деформацию, при которой рекристаллизация происходит во всем объеме металла, называют горячей.

Рассматривая изменения в строении металла при пластической деформации, необходимо помнить, что конструкционные металлы содержат неметаллические включения, которые располагаются между зернами поликристалла. При пластической деформации эти включения вытягиваются в виде волокон, обусловливая различие свойств металла в направлениях вдоль и поперек волокон. При пластическом деформировании происходит не только изменение формы заготовки, но и изменение свойств металла. Для получения изделий необходимой формы и качества надо знать основные законы пластической деформации и влияние условий обработки на свойства деформируемого металла.

Основные технологические свойства деформируемого металла – пластичность и сопротивление деформированию. Эти свойства зависят от химического состава металла или сплава, температуры и скорости деформирования, схемы приложения сил и предшествующей обработки.

При разработке процессов обработки давлением считают, что объем металла до деформации равен объему металла после деформации (закон постоянства объема) и каждая точка деформируемого тела перемещается в направлении наименьшего сопротивления (закон наименьшего сопротивления). Перемещению металла противодействуют силы трения, возникающие на поверхности контакта деформирующего инструмента и металла. Эти силы трения оказывают существенное влияние на пластичность металла и его сопротивление деформированию.


^ Нагрев металлов перед обработкой давлением


Нагрев металла перед пластическим деформированием – один из важнейших вспомогательных процессов при обработке давлением и производится с целью повышения пластичности и уменьшения сопротивления деформированию. Любой металл или сплав должен обрабатываться давлением во вполне определенном интервале температур. Например, сталь 10 может подвергаться горячему деформированию при температурах не выше 1260º С и не ниже 800º С. Нарушение температурного интервала обработки приводит к отрицательным явлениям, происходящим в металле (перегреву, пережогу) и в конечном итоге к браку. При нагреве необходимо обеспечить равномерную температуру по сечению заготовки и минимальное окисление ее поверхности. Для качества металла большое значение имеет скорость нагрева: при медленном нагреве снижается производительность и увеличивается окисление (окалинообразование), при слишком быстром нагреве в заготовке могут появиться трещины. Склонность к образованию трещин тем больше, чем больше размеры заготовки и меньше теплопроводность металла (у высоколегированных сталей, например, теплопроводность ниже, чем у углеродистых сталей, и меньше скорость нагревания).

Знакомясь с принципом работы и конструкцией печей и электронагревательных устройств, обратите внимание на их технологические возможности и области применения, характеризуемые типоразмером и величиной партии заготовок.


^ Прокатка и прессование


Прокатка – один из распространенных видов обработки металлов давлением. При прокатке металл деформируется в горячем или холодном состоянии вращающимися валками, конфигурация и взаимное расположение которых различно. Различают три схемы прокатки: продольную, поперечную и поперечно-винтовую.

При наиболее распространенной продольной прокатке в очаге деформации происходит обжатие металла по высоте, уширение и вытяжка. Величина деформации за проход ограничивается условием захвата металла валками, которое обеспечивается наличием трения между валками и прокатываемой заготовкой.

Инструмент прокатки – гладкие и калиброванные валки; оборудование – прокатные станы, устройство которых определяется прокатываемой на них продукцией.

Исходной заготовкой прокатки являются слитки.

Продукцию прокатки (прокат) обычно подразделяют на четыре основные группы. Наибольшая доля приходится на группу листового проката. Группу сортового проката составляют профили простой и сложной (фасонной) формы. Прокатанные трубы разделяют на бесшовные и сварные. К специальным видам проката относят прокат, поперечное сечение которого по длине периодически меняется, а также изделия законченной формы (колеса, кольца).

Прокат используют в качестве заготовок в кузнечно-штамповочном производстве, при изготовлении деталей механической обработкой и при создании сварных конструкций. Поэтому сортаменту основных групп проката следует уделить особое внимание.

Для получения из проката профилей небольших размеров, с высокой точностью и малой шероховатостью применяют волочение, осуществляемое как правило, в холодном состоянии. Рассматривая схему деформирования металла при волочении, надо отметить, что в очаге деформации металл испытывает значительные растягивающие напряжения тем больше, чем больше усилие волочения. Чтобы усилие не превысило допустимой величины, ведущей к обрыву изделия, ограничивают обжатия за один проход, принимают меры для уменьшения трения между металлом и инструментом и вводят промежуточный отжиг, поскольку при холодном волочении металл упрочняется.

Процесс прессования, осуществляемый в горячем или холодном состоянии, позволяет получать профили более сложной формы, чем при прокатке, и с более высокой точностью. Заготовками являются слитки, а также прокат.

Рассматривая схему деформирования металла при прессовании, надо отметить, что в очаге деформации металл находится в состоянии всестороннего неравномерного сжатия. Эта особенность дает возможность прессовать металлы и сплавы, обладающие пониженной пластичностью, что является одним из преимуществ этого процесса. Прессованием более экономично изготовлять небольшие партии профилей, поскольку переход от изготовления одного профиля к другому осуществляется легче, чем при прокатке. Однако при прессовании значителен износ инструмента и велики отходы металла.

Прессование производят на специализированных гидравлических прессах. Знакомясь с устройством инструмента, обратите внимание на расположение и взаимодействие его частей при прессовании сплошных и полых профилей.


Ковка


Ковку применяют при производстве небольшого количества одинаковых заготовок. Это единственно возможный способ получения массивных заготовок (до 250 т).

Процесс ковки, осуществляемый только в горячем состоянии, состоит из чередования в определенной последовательности основных операций ковки. Прежде чем перейти к рассмотрению последовательности изготовления поковок, следует изучить операции ковки, их особенности и назначение.

Разработка процесса ковки начинается с составления чертежа поковки по чертежу готовой детали. Ковкой получают поковки относительно простой формы, требующие значительной обработки резанием.

Припуски и допуски на все размеры, а также напуски (упрощающие конфигурацию поковки) назначают в соответствии с ГОСТ 7062 – 79 (для стальных поковок, изготовляемых на прессах) или 7829 – 70 (для стальных поковок, изготовляемых на молотах).

В качестве исходной заготовки при ковке используют для мелких и средних по массе поковок сортовой прокат и блюмы; для крупных поковок – слитки. Массу заготовки определяют исходя из ее объема, который рассчитывают как сумму объемов поковки и отходов по формулам, приводимым в справочной литературе.

Поперечное сечение заготовки выбирают с учетом обеспечения необходимой уковки, которая показывает, во сколько раз изменилось поперечное сечение заготовки в процессе ковки. Чем больше уковка, тем лучше прокован металл, тем выше его механические свойства.

Последовательность операций ковки устанавливают в зависимости от конфигурации поковки и технических требований на нее, от вида заготовки.

С разнообразным универсальным кузнечным инструментом, применяемым для выполнения операций ковки, нужно ознакомиться при изучении этих операций. Изучая принципиальное устройство машин для ковки (пневматического и паровоздушного молотов, гидравлического пресса), обратите внимание, что применение типа оборудования обусловливается массой поковки.

В результате изучения процесса ковки необходимо иметь четкое представление о требованиях к конструкции деталей, получаемых из кованых поковок.


^ Горячая объемная штамповка


При объемной штамповке пластическое течение металла ограничивается полостью специального инструмента – штампа, который служит для получения поковки определенной конфигурации. Горячая объемная штамповка по сравнению с ковкой позволяет изготовить поковку по конфигурации очень близкую к готовой детали, с большей точностью и высокой производительностью. Однако необходимость использования специального инструмента для каждой поковки делает штамповку рентабельной лишь при достаточно больших партия