Получение изделий методом обработки металлов давлением

МЕТОДЫ получения и обработки материалов и изделий

Получение изделий методом литья

Литьё − это способ изготовления заготовки или изделия заполнением полости заданной конфигурации жидким металлом с последующим его затвердеванием. Различают слитки и отливки. Для литья слитков используют деформируемые сплавы, а для литья отливок - литейные.

Слитки, как правило, изготавливаются круглыми или плоскими. Они имеют большую массу и значительные габаритные размеры. Слитки используют для получения деталей машин и другой металлической продукции методами пластического деформирования (рис. 1).


Рис. 1 - Слитки, полученные методом литья

Исходная заготовка - слиток (схема А) - в процессе изготовления конкретных деталей многократно подвергается нагреву до довольно высоких температур (до t_нагр=0,7t_пл) с одновременным силовым воздействием на металл, которое последовательно изменяет форму исходной заготовки, приближая ее к конфигурации требуемой детали (фасонная заготовка).

В результате теплового и силового воздействия структура металла претерпевает существенные изменения, часть литейных дефектов исчезает, механические свойства металла существенно повышаются.

Схема А: кузнечно-штамповочное производство (из слитков)

Отливки получают методами фасонного литья. Конфигурация отливок максимально приближена к размерам и конфигурации готовой детали. Методами фасонного литья можно изготовить детали практически любого веса (от несколько грамм до сотен тонн), любого размера (от миллиметров до нескольких метров), любой сложной конфигурации (рис. 2).


Рис. 2 - Отливки, полученные методом литья

Исходная заготовка -отливка (схема Б) механические свойства металла могут быть улучшены только термической обработкой, что не позволяет устранить многие литейные дефекты.

Изменения в структуре литого металла не так глобальны, как при обработке давлением. К тому же, ряд сплавов вообще не упрочняется термической обработкой. В связи с этим к качеству литой структуры отливок предъявляются особо жесткие требования, т.к. она всецело определяет свойства металла в готовой детали.

Схема Б: литейное производство (из отливок)

Литейная форма представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость с внешними контурами получаемой отливки.

· Разовая форма - получения отливки разрушают. Форма изготовляются путем уплотнения формовочных смесей, основой которых является кварцевый песок.

· Постоянная форма - пригодная для многократного применения.

Выбор способа литья определяется:

· служебным назначением детали,

· производственной программой

· требуемой точностью и качеством поверхности отливки.

Виды литья подразделяют на (рис. 3):

· литьём в песчаные формы	Распространенный метод литья
· литьё в кокиль (металлическая форма свободной заливки); · литьё в оболочковые формы; · литьё по выплавляемым, растворяемым, выжигаемым моделям; · литьё под давлением; · центробежное литьё.	Специальные виды литья, когда качество отливки не удовлетворяет предъявляемым требованиям − высокая точность, − лучшее качество поверхности, − меньшие величины припусков

а) Литьё в песчаные формы

б) Литьё в кокиль

в) Литьё под давлением

Рис. 3. Виды литья

Эффективность литья может быть оценена через коэффициент использования металла (КИМ) - отношение масс детали и заготовки.

		КИМ
Виды литья	Литье под давлением	0,95
	Литье в кокиль	0,75
	Литье в песчаные формы	0,70
Виды деформированного полуфабриката	Штамповка (горячая)	0,45
	Прокатка	0,60
	Свободная ковка	0,30

Требования к литейным материалам:

- хорошая жидкотекучесть,

- малая усадка,

- хорошая трещиностойкость,

- отсутствие различного рода дефектов (трещины, спаи, пригары, заливы)

Жидкотекучесть − это способность металлов и сплавов занимать литейную форму. Чистые металлы и сплавы эвтектического состава обладают лучшей жидкотеучесть, чем сплавы-твёрдые растворы, доэвтектические и заэвтектические сплавы.

Раковинывнутренние или наружныепустоты в теле отливки. Они могут быть пустыми или заполнены формовочным материалом, шлаком. С гладкой или шероховатой поверхностью. По природе происхождения различают: усадочные, газовые, шлаковые, песчаные.

Дефекты литья(пригары, спаи, заливы) - образуются в результате нарушения технологических параметров литья


а) жидкотекучесть	б) усадочная раковина

в) горячая трещина	г) поры в слитке
Рис. 4 - Дефекты литья

Пластическая деформация (ПД)

Характерной особенностью металлов и сплавов является способность непрерывно деформироваться вплоть до разрушения под воздействием внешних сил, приложенных к металлу. Процесс деформации складывается из упругой и пластической деформаций и завершается разрушением.

Упругая (обратимая)деформация - это деформация, которая полностью исчезает после снятия нагрузки.

Пластическая (необратимая)деформация характеризуется остаточной деформацией в металле после снятия нагрузки. Кроме упругих напряжений она вызывает и остаточные, а также изменения в структуре металла, которые увеличиваются с ростом нагрузки вплоть до разрушения.

При пластической деформации происходит движение имеющихся дислокаций и образование огромного количества новых дислокаций в различных кристаллографических плоскостях и направлениях В недеформированном кристалле плотность дислокаций достигает 10⁶ см^-2, а в сильно деформированном металле порядка 10¹² см^-2. Если на пути движения дислокаций встречается препятствие в виде другой дислокации или дефектов другого рода, то процесс движения дислокаций тормозится и необходимы более высокие внешние напряжения, чтобы продеформировать материал, т. е. происходит деформационное упрочнение (наклеп, нагартовка, упрочнение – слова синонимы). Оно проявляется в процессе деформации и сохраняется по окончании деформирования.

Таким образом, увеличение количества (плотности) дислокаций в структуре деформированного металла в процессе пластической деформации ведет к повышению прочности

Например, путем ХПД; легированием; термической обработки (создаётся структура металла, с минимальной подвижностью дислокаций).

В процессе пластической деформации изменяется структура, а следовательно, все свойства металлов и сплавов. При высоких степенях деформации в деформированных полуфабрикатах возникает волокнистая структура с определенной кристаллографической ориентировкой, называемой текстурой деформации. Возникновение волокнистой текстурованной структуры в процессе деформирования вызывает анизотропию свойств деформированного полуфабриката, что обуславливает различное поведение листового материала при глубокой вытяжке (рис. 5а). При деформировании увеличиваются прочностные характеристики (твердость, s_в, s_0,2) и понижаются пластичность (s, y) и ударная вязкость (КСU) (рис. 5б)

а)	б)
Рис. 5. Изменение микроструктуры (а) и механических свойств (б) металла от степени деформации

Получение изделий методом обработки металлов давлением

Обработки металлов давлением (ОМД) - это придание металлу требуемой формы, размеров и физико-механических свойств без нарушения его сплошности путем пластической деформации. ОМД подразделяется на горячую пластическую деформацию (ГПД) и холодную пластическую деформацию (ХПД).

При обработке металлов давлением на металл действуют внешние силы (удары молота, давление пресса), вызывающие в нем напряжения, превышающие предел упругости. В результате изменяется форма исходного металла, а объем его остается постоянным (не считая потерь на отходы и угар).в процессах ОМД упругая и пластическая деформация сопутствуют друг другу. При пластической деформации происходит изменение исходной структуры с резким повышением механических свойств металла.

В зависимости от температуры деформации различают холодную и горячую пластическую деформацию

Холодная пластическая деформация

Горячая пластическая деформация

- проводят при температурах ниже t_рек - приводит к наклепу металла или сплава - обработка давлением (ОД) ниже t_рек называется холодной обработкой давлением

- проводят при температурах выше t_рек - сопровождается рекристаллизацией Þ наклеп устраняется - обработка давлением (ОД) выше t_рек называется горячей обработкой давлением

Таким образом, границей между холодной и горячей обработкой давлением является температура рекристаллизации материала.

Холодной обработке давлением поддаются только ковкие металлы, обладающие достаточной пластичностью Например: Свинец (Pb), Олово (Sn), Алюминий (Al), Медь (Cu), Цинк (Zn).

Хрупкие металлы и сплавы обработке давлением не обрабатываются. (Например: Магний (Mg), чугун, твердые сплавы.

Металлы и их сплавы, обладающие недостаточной пластичностью, обрабатывают в горячем состоянии. Например: Титан (Ti), Стали.

Металл	t_пл,°С	t_рек	Вывод
свинец (Pb)	327°	-30	Обработка давлением *при t_комн_. является горячей ОД*
олово (Sn)	232°	-70
вольфрам (W)	3380°	1200°	Обработка давлением при 1000–1100°С является холодной ОД
Алюминий (Al)	660	100°	Для большинства металлов обработка давлением при комнатной температуре является холодной ОД

к процессам горячей деформации относят процессы, протекающие при температуре выше температуры рекристаллизации. Для проведения процессов ГПД металл необходимо нагреть выше
t_нагр³0,7×Т_пл для обеспечения полного протекания разупрочняющих процессов.

Достоинства горячей пластической обработки	Недостатки горячей пластической обработки
Нагрев металла выше t_рекр приводит Þ 1. Увеличивается способность к ПД 2. Уменьшается сопротивление деформации 3. ГОД менее трудоёмкая и энергоёмкая	Наличие окалины на поверхности детали Þ 1. Хуже качество поверхности. 2. Меньшая точность геометрических размеров

Для обработки металлом давлением важно строгое соблюдение режима нагрева, так как он оказывает влияние на качество и точность геометрических размеров полуфабриката, состояние оборудования и технико-экономические показатели производства. В процессе нагрева возникает перепад температур между внутренними и наружными зонами заготовки, которые сопровождаются возникновением термических напряжений. Они при недостаточной пластичности металла или сплава могут привести к возникновению и развитию трещин в нагреваемом полуфабриката

Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяют на два вида:

1. Для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине -прутки, проволока, листы (рис. 3 а, б, в). Разновидностями ОМД являются прокатка, прессование и волочение;

2.Для получения деталей или полуфабрикатов, имеющих приближённо формы и размеры готовых деталей (рис. 3 г,д). Разновидностями ОМД являются ковка и штамповка.


а) прутки	б) листы		в) проволока

г) штампованные изделия		д) кованое изделие
Рис. 3 - Полуфабрикаты полученные методами пластической деформацией

Прокатка - процесс обжатия металла между вращающимися валками стана (рис. 4 а).

Волочение -состоит в деформации металла путем протягивания через сужающийся по длине канал круглого, квадратного или более сложного профиля. Получаемые заготовки - проволоки, прутка или трубы (рис. 4 б).

Прессование - процесс выдавливания (экструзии) находящегося в полости контейнера металла через выходное отверстие - очко матрицы (рис. 4 в).

Ковка - процесс свободного течения металла под воздействием периодических ударов или статических воздействий инструмента (необходимое изменение формы заготовки) (рис. 4 г).

Штамповка - способ изготовления фасонных заготовок пластической деформацией с помощью специального инструмента (штампов), рабочая полость которых определяет конфигурацию конечной штамповки (изделия) (рис. 4 д).

Прокатка − из плиты толщиной H получается лист толщиной h 1 – цилиндрические валики	Волочение − из прутка диаметром D получается проволока диаметром d 1 – фильера; 2 − отверстие.	Прессование − из слитка получается длинномерный профиль (прутки) 1- пуансон; 2 - пресс-шайба; 3 − матрицедержатель; 4 – отверстие в матрице.

Ковка − из заготовки произвольной формы получается кованое изделие (подкова) 1 − подвижный боёк с молотом; 2 − неподвижный боёк; 3 − основание	Штамповка − из заготовки в виде листа (пунктирные линии) получается фигурный профиль 1 – пуансон; 2 – прижим; 3 – матрица	Рис. 4. Виды обработки металлов давлением

Оценка обрабатываемости давлением необходима при разработке новых деформируемых сплавов и при совершенствовании технологии производства и корректировки состава существующих сплавов. Обрабатываемость давлением включает сочетание оценок податливости материала и его технологической пластичности.

Податливость материала − это силовая характеристика сопротивления деформации. В случае повышенного сопротивления для обработки данного металла требуется более мощное оборудование.

Технологическая пластичность − это характеристика предельной степени деформации, после которой либо происходит локализация деформации, либо наступает разрушение металла во время обработки металла давлением в производственных условиях.

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 2020; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!