XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Введение

Любая машина (двигатель, орудие, преобразователь) собирается из деталей которые изготавливаются без применения сборочных операций. От качества детали зависит надёжность и долговечность машины. Качество детали определяется заготовкой которую можно получить различными способами: обработкой резанием, обработкой давлением, листовой штамповкой, объёмной штамповкой. [1]

Обработка металлов давлением — технологический процесс получения заготовок или деталей в результате силового воздействия инструмента на обрабатываемый материал. В настоящее время более 90% всей выплавленной стали и более половины цветных металлов и сплавов подвергают обработке давлением. Обработка давлением существенно отличается от других способов обработки, поскольку в процессе пластической деформации металл получает не только новую форму, но и меняет свою структуру и физико-механические свойства.

Целью данной статьи является анализ технологий, используемых при получении заготовок обработкой давлением. В данной статье рассмотрены и проанализированы такие способы получения заготовок обработкой давлением, как: прокатка, ковка, объёмная штамповка, листовая штамповка, прессование, волочение.

Главной задачей обработки давлением является усовершенствование производства каких либо машин и агрегатов, которая, в свою очередь, позволит повысить производительность труда при меньших затратах (рабочей силы, сырья, энергии, необходимой для реализации производства), повысить качество выпускаемой продукции и при всем этом минимизировать негативное воздействие на окружающую среду.

Роль обработки заготовок давлением в современном машиностроении

Современная обработка давлением позволяет получать детали или их полуфабрикаты в виде заготовок, близких по форме к готовым деталям, с большой производительностью и малыми отходами. Металл подвергается пластической деформации как в холодном, так и в горячем состоянии. В процессе пластического деформирования изменяется структура металла и повышаются его механические свойства. Поэтому наиболее тяжелонагруженные детали машин изготовляются обработкой давлением. [2]

Способы получения заготовок обработкой давлением.

При прокатном производстве выделяют прокат чёрных и цветных металлов, при этом прокат из стали имеет превалирующее положение.

Прокат можно разделить на три способа:

- Продольная прокатка

- Поперечная прокатка

- Поперечно-винтовая прокатка

Рисунок 1 - Схемы прокатки: а – продольная; б – поперечная; в – поперечно-винтовая

При продольной прокатке деформирование заготовки осуществляется между вращающимися в разные стороны валками. Из простейшей схемы поперечной прокатки видно, что оси прокатных валков и обрабатываемой заготовки параллельны (или пересекаются под небольшим углом). Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения – в противоположном. В процессе поперечной прокатки обрабатываемая заготовка удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечиваются соответствующей профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят изделия, представляющие собой тела вращения (шары, оси, шестерни и пр.). Поперечно-винтовая, или косая прокатка, выполняется во вращающихся в одном направлении валках, установленных в прокатной клети под некоторым углом друг к другу. Станы косой прокатки используют при производстве труб, главным образом, для прошивки слитка или заготовки в гильзу. В момент соприкосновения металла с вращающимися валками, имеющими наклон к оси обрабатываемой заготовки, возникают силы, направленные вдоль оси заготовки, и силы, направленные по касательной к ее поперечному сечению. Совместное действие этих сил обеспечивает вращение, втягивание обрабатываемой заготовки в суживающую щель и деформирование.[2]

Прессованием называют выдавливание металла из замкнутого объема через отверстие. Широко используют прессование для получения прутков, труб и профилей из алюминиевых и медных сплавов, сталей, титана и других тугоплавких металлов. В качестве разновидностей прессования можно выделить дискретное (прерывное), полунепрерывное и непрерывное прессовании[3] По виду привода и способу действия прессы бывают гидравлические и механические. На прессах в отличие от молотов обрабатывают заготовку безударным давлением. Прессы применяют для прессования, гибки, правки, резки, выдавливания и вытягивания листового металла, а также соединения деталей под большим давлением. Причем прессы применяют для прессования (формования) деталей из различных материалов, в частности, из металлов и сплавов /34/, пластмасс и порошков.[4]

Последовательность процесса прессования приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Последовательность процессов прессования

При реализации процесса прессования ( рис. 8) на прутковопрофильном прессе с подвижным контейнером заготовку 3 с пресс-шайбой 2 подают на ось контейнера 4 и движением вперед пресс-штемпеля 1 вводят в контейнер с передней стороны. Выходная сторона контейнера замкнута матрицедержателем 6 с матрицей 5 (рис. 8, а, позиция I). [8]После ввода слитка в контейнер до упора осуществляют его распрессовку,непосредственным продолжением которой является прессование (выдавливание) изделия 7 (рис. 8, а, позиция II). По окончании выдавливания контейнер отводят назад. При этом пресс-остаток 9 с пресс-шайбой 2 остаются висеть у матрицы 5. Движением ножа 8 вниз изделие отделяют от пресс-пакета (т. е. от прессостатка с пресс-шайбой), который падает на желоб и передается к механизму разделки пакета (рис. 8, а, позиция III). Изделия тянущим устройством выдергивают из матрицы, и контейнер возвращают в исходное состояние.

При прямом прессовании труб после загрузки слитка 3 и пресс-шайбы 2 в контейнер 4 (рис. 8, б, позиция I) осуществляют его распрессовку. При этом иглу 10, находящуюся внутри полого пресс-штемпеля 1, немного выдвигают вперед и запирают отверстие пресс-шайбы 2 (рис. 8, б, позиция II). После распрессовки снимают давление с пресс-штемпеля и прошивают слиток (позиция III). Затем подают рабочее давление к пресс-штемпелю и слиток выдавливают в кольцевой зазор между иглой 10 и матрицей 5 (рис. 8, б, позиция IV). Пресс-пакет отрезается пилой 11 и ножницами (рис. 8, б, позиция V).[2]

Полунепрерывное прессование в настоящее время является одной из основных схем по производству пресс-изделий из алюминиевых сплавов, характерной чертой которого является использование специального форкамерного инструмента, обеспечивающего прессование со стыковой сваркой и натяжением. Характерным для такого процесса является снижение высокой степени деформации за счет ее дробления при последовательном выдавливании объема металла сначала из основного контейнера в промежуточный инструментальный блок, а затем из промежуточного блока в матрицу.

При реализации процесса прямого прессования на гидравлических прессах в большинстве случаев роль промежуточного инструментального блока выполняет специальный инструмент, называемый форкамерой. [5]

Рисунок 3 - Схема очага деформации при полунепрерывном прессовании с использованием форкамеры.

Достоинством такого способа является то, что в настоящее время большинство передовых заводов в нашей стране и за рубежом используют эту технологию при производстве алюминиевых профилей из мягких деформируемых сплавов.

Волочением называют пластическую деформацию при протягивании проволоки, прутка, профиля, трубы через сужающийся канал инструмента (волоки). Усилие растяжения, приложенное к выходящему из волоки концу изделия, расходуется на формоизменение заготовки и преодоление сил трения о канал волоки. Обжатие за проход ограничено прочностью выходящего конца изделия и, как следствие, обрывом металла. Различают волочение на цепных станах (для получения труб, прутков и профилей ограниченной длины) и волочение на станах барабанного типа (для получения длинномерной продукции, например, проволоки).[7]

В цепном волочильном стане (рис. 4) передний конец прутка или трубы 1 проталкивается через волоку 2 и захватывается клещами каретки 3. Каретка сцепляется с пластинчатой цепью 4, перематываемой с помощью привода 5. На входной стороне стана имеется приспособление для подачи и удержания стержня оправки.

Рисунок 4 - Схема цепного волочильного стана

Ковка – это процесс обработки металлов давлением, при котором необходимое изменение форм и размеров заготовок достигается путем ударов или нажимов бойками, не ограничивающих течение металла в плоскости перпендикулярной оси приложения давления. К достоинствам ковки относится возможность обрабатывать давлением крупные слитки, масса которых достигает нескольких сотен тонн, улучшая структуру и механические свойства обрабатываемого металла и исправляя дефекты литого металла. В качестве исходного материала для ковки применяют стали всех марок, алюминиевые, магниевые, титановые сплавы, а также сплавы на основе меди и никеля.[6]

К достоинству ковки относят возможность с помощью простого и дешевого инструмента изготовлять поковки разнообразной формы и размеров любой массы (от гаек и болтов до коленчатых валов современных кораблей). Главным преимуществом процесса ковки является возможность обрабатывать крупные слитки и заготовки.

Штамповка – это формоизменение металла в штампах, форма которых приближается к форме готовой детали или точно ей соответствует. Различают холодную и горячую объемную штамповку. Последняя проводится при температуре заготовок выше температуры рекристаллизации обрабатываемого металла или сплава. Штамповка в отличие от ковки позволяет металлу претерпевать деформацию по трем осям и получать фиксированные размеры в объеме. [4] К преимуществам штамповки относятся: небольшое число обжатий, высокая производительность, малоотходность по сравнению с ковкой и обработкой резанием. Себестоимость штамповки в 2-3 раза ниже себестоимости изготовления детали резанием. Однако эти преимущества реализуются только в серийном специализированном производстве из-за большой стоимости штампов. В развитых промышленных странах горячей объемной штамповкой изготовляют по 1–1,5 млн т в год стальных поковок.

Листовая штамповка – это один из наиболее прогрессивных видов производства. Она имеет ряд технологических и экономических преимуществ перед другими способами обработки металлов давлением, а именно: – получение жестких и прочных деталей малого веса и сложной формы; – высокая производительность на основе автоматизации; – экономное использование материала; – низкая стоимость изделий. Изделия штампуют из полосовой, листовой или ленточной заготовок сталей, цветных металлов, металлов с пластмассовыми покрытиями. По способу пластической деформации штамповку листа подразделяют на резку, гибку, вытяжку и формовку (см. ниже). В зависимости от толщины заготовки различают тонколистовую (до 4 мм) и толстолистовую штамповку; заготовки толщиной более 15–20 мм штампуют в горячем состоянии.[3] В одном штампе обычно экономически выгодно совмещать несколько операций штамповки. По способу совмещения операций различают штамповку: – совмещенную, которая осуществляется в несколько операций одновременно за один ход пресса и за одну установку заготовки в штампе; – последовательную – осуществляется, когда несколько операций осуществляются последовательно отдельными пуансонами за несколько ходов пресса при перемещении заготовки между ними, так что за каждый ход пресса получается готовая деталь; – совмещено-последовательную, где комбинируются первые два варианта.

Заключение

В данной статье рассмотрены следующие способы обработки заготовок давлением:

штамповка, листовая штамповка, ковка, полунепрерывное прессование, прессование, прокат, продольный прокат. Каждый из способов проанализирован с перспективой на сегодня. По итогу можно сказать, что каждый из этих способов востребован. Так как каждый способ даёт такие результаты, как: Получение заготовок с высокими механическими и технологическими свойствами за счёт изменения кристаллической решётки и физико-механических свойств материала. Возможность получения готовых изделий без последующей обработки резанием. Высокая производительность процесса. Но у каждого способа есть недостатки: Ограничения по массе, габаритам и материалу (необходима хорошая пластичность). В ряде случаев – значительные отходы материала и, как следствие, малый КИМ. В ряде случаев – высокая стоимость оснастки.

Библиографический список

Глущенков В.А.Специальные виды штамповки: учеб пособие. // [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lib-bkm.ru/12736 (дата обращения: 12.01.2019)

Фролов К.В. Искусство Машиностроение. Энциклопедия // [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lib-bkm.ru/13665 (дата обращения: 10.01.2019)

Синицкий О.В. Моделирование процессов ОМД [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lib-bkm.ru/13809 (дата обращения: 09.01.2019)

Миропольский Ю.А. Холодная штамповка на автоматах // [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lib-bkm.ru/13609 (дата обращения: 12.01.2019)

Кокорин В.Н. Технологические расчеты в процессах холодной листовой штамповки // [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lib-bkm.ru/13056 (дата обращения: 11.01.2019)

Килов А.С. Обработка материалов давлением в промышленности [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lib-bkm.ru/load/85-1-0-1762 (дата обращения: 12.01.2019).

Живов Л.И. Кузнечно-штамповочное оборудование [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lib-bkm.ru/load/85-1-0-1813 (дата обращения: 12.01.2019).

Кобелев А.Г. Теория и технология процессов ковки и прессования: Составление чертежа поковки и разработка технологии ковки [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lib-bkm.ru/13618 (дата обращения: 13.01.2019)

Килов А.С., Килов К.А. Производство заготовок. Листовая штамповка: Получение заготовок из листового материала и гнутые профили [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lib-bkm.ru/load/85-1-0-2660 (дата обращения: 10.01.2019)

Таловеров В.Н. Оборудование кузнечно-прессовых цехов // [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lib-bkm.ru/load/85-1-0-1780 (дата обращения: 09.01.2019)

Код для цитирования: Скопировать