Материаловедение

 К примеру:  при обработке резанием за  один час работы револьверного  станка можно получить 20 болтов (без  резьбы) диаметром 12 мм и длиной 25 мм, на четырехшпиндельном автомате можно получить 80 таких же станков. Болтовысадочная ковочная машина за час дает 4200 штук таких же болтов.

При современных  методах холодной штамповки, чеканки, калибровки, а также холодной высадке  можно получить заготовки, почти  не требующие обработки резаньем.

 К основным  способам обработки металлов  давлением относятся процессы  прокатки, волочения, прессования  (выдавливания), свободной ковки,  горячей и холодной объемной  штамповки, а также листовой  или холодной штамповки. 

Прокатка

 Сущность процесса  прокатки заключается в деформировании (обжатии) металла между вращающимися  валками, зазор между которыми  меньше толщины обжимаемой заготовки. 

 В результате  обжатия поперечное сечение заготовки  уменьшается, а длина и ширина  увеличивается. Деформацию заготовки  обычно определяют относительным обжатием, %

 Практика производится  гладкими цилиндрическими волоками  и волоками, имеющими на своей  поверхности особые проточки, называемые  ручьями. При плотном соприкосновении  волоков их ручьи образуют  закрытые контуры, называемые калибрами. Комплект практичных волоков со станиной называют рабочей клетью.

Практика гладкими волоками дает листы и ленты, а  ручьевыми волоками – различные  прокатные профили.

Обычно относительное  обжатие заготовки за один проход не превышает даже для горячего металла 70 – 30 %, поэтому окончательный профиль  продукта получается многократным процессом  повторения обработки заготовки  при постепенном уменьшении зазора между волоками. При каждом пропуске заготовки площадь её поперечного  сечения уменьшается, а форма  и размеры постепенно приближаются к требуемым.

 При горячей  прокатке стали гладкими волоками  угол захвата равен 15-24°, при  холодной – 3-8°, сортового металла  25-27°. 

Технологический процесс  современного прокатного производства, не зависимо от вида получаемой продукции, состоит из нескольких этапов: подготовки исходного материала, нагрев его (в  случае горячей прокатки), прокатки и отделки. Кроме того, на всех стадиях  прокатки осуществляется контроль за ходом процесса и состоянием оборудования.  

Волочение

При волочении заготовку  протягивают через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемое волокой. При этом сечение отверстия меньше исходного сечения заготовки.

В результате волочения  поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина увеличивается.

Процесс волочения  осуществляется в холодном состоянии  и используется для получения  тонкой проволоки (от 0.002 до 5 мм), калиброванных  продуктов различного профиля и  тонкостенных труб. При это получают изделие точных размеров, заданной геометрической формы, с чистой и гладкой поверхностью.

 Заготовками могут  служить прокат (катаная проволока,  прутки, трубы), а так же прессованные  профили (прутки, трубы). Окончательные  размеры изделий обеспечиваются  протягиванием (волочением заготовки)  через несколько последовательно  расположенных волок, так как  степень обжатия материала за  один проход сравнительно не  велика. Волока (фильер, глазок) изготавливаются  из инструментальной стали (У7, У12, Х12М), металлокерамических сплавов (ВК3, ВК6) или технического алмаза. 

Технологический процесс  волочения состоит из 3 основных стадий:

1. подготовка металла  (очистка от окалины, смазывания, заделка концов);

2. волочение по  определенному режиму;

3. отделки (удаление  дефектов, правка, разрезание на  мерные длины, маркировка, консервационное  смазывание и пр.). 

Прессование

 Прессование –  это процесс выдавливания металла,  заключенного в замкнутой плоскости  контейнера, через отверстие матрицы,  сечение которого меньше площади  сечения контейнера, а форма соответствует  форме готового изделия.

Процесс прессования  осуществляется при температурах горячей  обработки металлов давлением, т.е. при их высокой пластичности.

 Прессованию подвергают  алюминий, медь и сплавы на  их основе, цинк, олово, свинец. Прессованием  получают разнообразные профили  (см. рис.) из специальных сталей, титановых сплавов и других малопластичных металлов; профили сложной формы, которые не могут быть получены другим способом; обычные профили небольших размеров (например, трубы из цветных металлов).

При прессовании  металл подвергается всестороннему  неравномерному сжатию и поэтому  имеет весьма высокую пластичность.

 Прутки диаметром  3-250мм; трубы диаметром 20-400мм со  стенкой 1,5-12, профили сплошные, полые,  с постоянными и переменными 

Исходной заготовкой для прессования служит слиток, или  прокат круглого сечения. Прессование  производится на горизонтальных либо вертикальных гидравлических прессах.

Процесс прессования  высокопроизводителен и обеспечивает высокую точность профиля получаемых изделий. Простая замена инструмента  – матрицы – позволяет легко  переходить к изготовлению изделия  другого вида.

Особые требования при прессовании предъявляются  к инструменту (матрицам, прессшайбам, пуансонам) работающему в условиях высоких температур и больших нагрузок. Обычно этот инструмент изготавливают из высоколегированных сталей и сплавов, содержащих вольфрам, ванадий, молибден, хром, и другие элементы.

Метод прессования  в силу сложности оборудования и  высокой стоимости инструмента  применяются главным образом  в условиях массового производства сложных профилей.

К недостаткам прессования  следует отнести большие отходы металла, т.к. весь металл не может быть выдавлен из контейнера. 

Ковка

Ковка – вид горячей  обработки металлов давлением, при  котором металл деформируется с  помощью универсального инструмента. Нагретую заготовку укладывают на плоский  боек и верхним бойком последовательно  деформируют отдельные ее участки. Металл свободно течет в стороны, не ограниченные рабочими поверхностями  инструмента, в качестве которого применяют  плоские или фигурные (вырезные бойки, а также различный подкладочный инструмент).

 Ковкой получают  заготовки для последующей механической  обработки. Их называют поковками.

В единичном и  мелко серийном производствах ковка экономически более целесообразна, чем штамповка, т.к. при ковке используется универсальный инструмент.

 К основным  формообразующим операциям относятся:  осадка, высадка, протяжка, прошивка, отрубка, гибка.

Осадка – операция уменьшения высоты заготовки при  увеличении площади ее поперечного  сечения.

 Высадка –  металл осаживается лишь на  части длины заготовки.

 Протяжка –  операция удлинения заготовки  или ее части за счет уменьшения  площади поперечного сечения.

Прошивка – операция получения полостей в заготовке  за счет вытеснения металла.

 Отрубка – операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформируемого инструмента.

 Гибка – операция  придания заготовке прогнутой  формы по заданному контуру. 

25.  Прокатное производство. Сущность прокатки

Прокатка металлов, способ обработки металлов и металлических  сплавов давлением, состоящий в  обжатии их между вращающимися валками  прокатных станов. Валки имеют  большей частью форму цилиндров, гладких или с нарезанными на них углублениями (ручьями), которые при совмещении двух валков образуют т. н. калибры (см. Валки прокатные, Калибровка прокатных валков, Профилировка валков).

Дрессировка (от франц. dresser — выправлять) в технике, операция отделки в производстве тонких полос из стали и цветных металлов, состоящая в холодной их прокатке с очень малыми обжатиями (не более 3%). Как правило, металл подвергается Д. после термической обработки. В результате Д. предел текучести повышается на 30—50 Мн/м2 (3—5 кгс/мм2), благодаря чему снижается возможность образования на металле при холодной штамповке линий сдвига, портящих поверхность изделий. Д. необходима для листового металла, подвергаемого холодной штамповке с глубокой вытяжкой, например стальных листов, предназначенных для изготовления деталей кузовов автомобилей (так называемых автолистов), жести и т.п. При Д. в зависимости от назначения листового металла его поверхность подвергают различной степени обработки; при этом происходит его частичное выравнивание. Д. производят на дрессировочных станах (см. Прокатный стан), в основном в один, реже в несколько проходов.

 Сортамент проката,  перечень всех прокатных профилей (с размерами), выпускаемых в стране, на металлургическом заводе (или  группе заводов), на данном прокатном  стане. Различают профильные С.  п. (перечень профилей одного назначения) и размерные С. п. (перечень  размеров одного профиля). Часто  С. п. даётся одновременно по  признаку и профилей, и размеров. Весь С. п. можно разделить  на 3 основных группы: сортовой прокат (в т. ч. специальные профили), листовой прокат и трубы.

 Плакирование (от  франц. plaquer — накладывать, покрывать), нанесение на поверхность металлических листов, плит, проволоки, труб тонкого слоя др. металла или сплава термомеханическим способом. Осуществляется в процессе горячей прокатки (например, П. листов и плит) или прессования (П. труб). П. может быть одно- и двусторонним. Применяется для получения биметалла и триметалла, для создания антикоррозийного слоя алюминия на листах, плитах, трубах из алюминиевых сплавов, нанесения латунного покрытия на листы стали (вместо электролитического покрытия) и т.д.

Катанка, горячекатаная  проволока обычно круглого сечения  диаметром от 5 до 10 мм. К. получают на специальных проволочных или  комбинированных проволочно-сортовых станах (см. Прокатный стан) и с помощью моталок сматывают в бунты. Основная масса К. идёт на производство холоднотянутой проволоки диаметром до 0,01 мм. Из стальной К. изготовляют также пружины и арматуру для железобетона.

Благодаря свойственной Прокатка непрерывности рабочего процесса она является наиболее производительным методом придания изделиям требуемой  формы. При Прокатка металл, как правило, подвергается значительной пластической деформации сжатия, в связи с чем разрушается его первичная литая структура и вместо неё образуется структура, более плотная и мелкозернистая, что обусловливает повышение качества металла. Т. о., Прокатка служит не только для изменения формы обрабатываемого металла, но и для улучшения его структуры и свойств.

 Прокатное производство, получение путём прокатки из  стали и других металлов различных  изделий и полуфабрикатов, а также  дополнительная обработка их  с целью повышения качества (термическая  обработка, травление, нанесение  покрытий). В промышленных странах  прокатке подвергается больше 4/5 выплавляемой стали. Прокатное производство обычно организуется на металлургических заводах (реже на машиностроительных); как правило, особенно в чёрной металлургии, является завершающим звеном цикла производства (см. Металлургия; о Прокатное производство как отрасли металлургической промышленности см. в статьях Чёрная металлургия, Цветная металлургия).

К основным видам  проката относятся: полупродукт, или  заготовка, листовой и сортовой прокат, катаные трубы, заготовки деталей  машин (особые виды проката) - колёса, кольца, оси, свёрла, шары, профили переменного  сечения и др. Перечень прокатываемых  изделий с указанием размеров называемым сортаментом проката, большая  часть которого в СССР стандартизована. Основное количество проката изготовляется  из низкоуглеродистой стали, некоторая  часть - из легированной стали и стали  с повышенным (больше 0,4%) содержанием  углерода. Прокат цветных металлов производится главным образом в  виде листов, ленты и проволоки; трубы  и сортовые профили из цветных  металлов изготовляются преимущественно  прессованием (см. Прессование металлов).

Прокатка стали. производство стального проката на современном металлургическом заводе осуществляется двумя способами. При первом исходным материалом служат слитки (отлитые в изложницы), которые перерабатываются в готовый прокат обычно в 2 стадии. Сначала слитки нагревают и прокатывают на обжимных станах в заготовку. После осмотра заготовки и удаления поверхностных дефектов (закатов, трещин и т.п.) производят повторный нагрев и прокатку готовой продукции на специализированных станах. Размеры и форма сечения заготовки зависят от её назначения: для прокатки листового и полосового металла применяют заготовки прямоугольного сечения шириной 400-2500 мм и толщиной 75-600 мм, называемые слябами; для сортового металла - заготовки квадратного сечения размером примерно от 60ґ60 см до 400ґ400 мм, а для цельнокатаных труб - круглого сечения диаметром 80-350 мм.