Масса 20,35-0-0-20,35 ГОСТ 26645-85

II. Отливки из серого чугуна:

Согласно ГОСТ1855-55.

Лекция 6. Технология обработки давлением

6.1 Общие сведения

ОМД основана на использовании одного из основных свойств металлов пластичности.

Пластичность необратимое изменение формы и размеров тела под действием внешних сил без нарушения его целостности, которое сопровождается изменениями структуры и механических свойств металла.

Пластическая деформация перемещение атомов относительно друг друга на расстояния больше межатомных из одних равновесных положений в новые.

При пластической деформации в отличие от упругой нет линейной зависимости между напряжениями и деформациями.

Получение заготовок деталей, а в некоторых случаях и самих деталей требуемых размеров и форм при обработке давлением достигается пластическим перемещением - сдвигом частиц металла. В этом заключается основное отличие и преимущество ОМД по сравнению с ОМР, при которой форма изделия получается удалением части заготовки. Поэтому ОМД характеризуется малыми отходами. Она является высокопроизводительным процессом, т.к. изменение размеров и формы заготовки достигается однократным приложением внешнего усилия. Указанные особенности обусловливает непрерывное возрастание роли ОМД в машиностроении. ОМД подвергается 90% всей выплавляемой стали и 50% цветных металлов.

6.2 Факторы, влияющие па пластичность металла

1.Влияние состава

Наибольшей пластичностью обладают чистые металлы. Сплавы и твердые растворы обычно более пластичны, чем сплавы, образующие химические соединения. Компоненты сплава также влияют на его пластичность. С повышением содержания углерода в стали пластичность уменьшается. При содержании углерода выше 1,5% сталь с трудом поддаётся ковке. Кремний понижает пластичность стали. В легированных сталях хром и вольфрам уменьшают, а никель и ванадий повышают пластичность стали. Сера придаёт стали хрупкость- красноломкость. Марганец нейтрализует вредное действие серы. Фосфор увеличивает пределы прочности и текучести, но уменьшает, особенно при низких температурах, пластичность и вязкость стали, вызывая её хладноломкость.

2.Влияние температуры

По мере повышения температуры нагрева пластичность металлов обычно возрастает, а прочность уменьшается. Однако в углеродистых сталях при температурах 100-400°С пластичность уменьшается, а прочность возрастает – зона хрупкости (синеломкости) стали.

3.Скорость деформации

Скорость деформации это изменение степени деформации ( ) в единицу времени (t).

Т.е.(17)

От скорости деформации надо отличать скорость деформирования.

Скорость деформирования скорость движения деформирующего инструмента.

В общем случае с увеличением скорости деформации предел текучести возрастает, а пластичность падает. Особенно резко уменьшается пластичность некоторых высоколегированных сталей, магниевых и медных сплавов. При обработке давлением нагретого металла это можно объяснить влиянием двух противоположных процессов: -прочнение при деформации;- разупрочнение вследствие рекристаллизации.

При больших скоростях деформации разупрочнение может отставать от упрочнения. Кроме того, следует учитывать тепловой эффект пластической деформации, который выражается в том, что энергия, расходуемая на пластическую деформацию, превращается в основном в тепло.

4. Напряженное состояние

Напряженное состояние в элементарно малом объеме характеризуется схемой главных напряжений.

Главные напряжения - это нормальные напряжения, действующие в трех взаимно перпендикулярных площадках, на которых касательные напряжения равны нулю.

Деформированное состояние характеризуется схемой главных деформаций, т.е.

деформаций в направлении трех осей, перпендикулярных к площадкам, в которых касательные напряжения отсутствует.

Совокупность схем главных напряжений и главных деформаций позволяет судить о характере главных напряжений и деформаций при различных видах обработки давлением и пластичности металла: чем больше сжимающие напряжения и меньше напряжения и деформации растяжения, тем выше пластичность обрабатываемого металла.

6.3 Холодная и горячая обработка металлов давлением

Наклеп упрочнение металлов при пластической деформации. В результате
упрочнения пластические свойства металлов могут снизиться настолько, что дальнейшая
деформация вызывает разрушение.

При нагреве наклепанного металла до температур, составляющих 0,2-0,3 от температуры плавления тип (возврате), частично уменьшаются искажения кристаллической решетки и внутренние напряжения без изменения микроструктуры и свойств деформированного металла.

При нагреве деформированных металлов выше 0,4Тпл. образуются новые равноосные зерна и свойства металла возвращаются к их исходным значениям до деформации.

Рекристаллизация процесс образования новых центров кристаллизации и новых равноосных зерен в деформированном металле при нагреве, сопровождающийся уменьшением прочности, увеличением пластичности и восстановлением других свойств.

Температура рекристаллизации наименьшая температура, при которой начинается процесс рекристаллизации.

Величина зерна после рекристаллизации зависти от степени и скорости деформации, а также температуры и длительности нагрева.

В зависимости от температурно-скоростных условий при деформировании могут происходить два противоположных процесса:

- упрочнение, вызываемое деформацией;

-разупрочнение, обусловленное рекристаллизацией.

Поэтому различаются:

1) Холодная деформация;

2) Горячая деформация.

Холодная деформация производится при температурах ниже температуры рекристаллизации и сопровождается наклепом металла.

Горячая деформация протекает при температурах выше температуры рекристаллизации.

При горячей деформации также происходит упрочнение металла горячий наклеп. Это упрочнение полностью снимается в процессе рекристаллизации. При горячей деформации пластичность металла выше, а сопротивление деформации примерно в 10 раз меньше, чем при холодной деформации.

Неполная горячая деформация - деформация, после которой происходит только частичное разупрочнение.

6.4 Влияние обработки давлением на структуру и механические свойства металлов и сплавов

Структура слитков, которые являются исходными заготовками при обработке давлением, неоднородна. Основу её составляют зерна первичной кристаллизации (дендриты) различной величины и формы, на границах которых скапливаются примеси и неметаллические включения.

В структуре слитка имеются также поры и газовые пузыри. Высокая степень деформации при высокой температуре вызывает дробление зерна, а также частичные заваривание пор.

Зерна и межкристаллические прослойки с повышенным содержанием неметаллических включений вытягиваются в направлении наибольшей деформации. В результате структура металла приобретает полосчатое - волокнистое строение. Волокнистость оказывает влияние па механические характеристики, вызывая их анизотропию. Наличие полосчатой микроструктуры и анизотропии свойств в деформированном металле необходимо учитывать при проектировании и изготовлении деталей. Надо стремиться получить с них такое расположение волокон, чтобы наибольшие растягивающие напряжения действовали вдоль, а перерезывающие усилия - поперек волокон, а также, чтобы они не перерезывались при обработке резанием. Желательно, чтобы у поверхности детали волокна повторяли её очертания.

6.5 Основные методы обработки металлов давлением

I. Прокатка:

1 )Продольная;

2) Поперечная;

3) Поперечно - винтовая;

П. Прессование:

1) Прямое;

2) Обратное;

III.Волочение;

IV. Ковка;

1)Виды:

а) машинная на молотах или на прессах;

б) ручная;

2) Основные технологические операции:

а) протяжка (вытяжка);

-разгонка,

-протяжка полого цилиндра;

-раскатка (раздача),

б) осадка;

в) прошивка;

г) гибка;

д) закручивание;

е) рубка (надрубка);

V. Объемная штамповка:

1) Виды:

а) горячая объемная штамповка;
- в открытых штампах,

- в закрытых штампах,

- штамповка выдавливанием;

б)Холодная объемная штамповка:

-холодное выдавливание (прямое, обратное, комбинированное);

-холодная высадка,

-холодная формовка (в открытых и закрытых штампах);

-холодная калибровка (чеканка);

2)Основные технологические операции для горячем объемной штамповки:

а) осадка:

б) протяжка;

в) подкатка;

г) пережим;

д) формовка;

е) гибка;

ж) обрубка (для прутка);

3)Основные технологические операции для холодном объемной штамповки (формовки):

а) осадка плоскопараллельнымп бойками;

б) открытая осадка с выдавливанием в одну пли две стороны для образования
бобышек и выступов;

в) закрытая осадка с истечением металла в одну или две полости штампа для
формовки частичных утолщений с одновременным формообразованием требуемого контура;

VI. Листован штамповка:

1)Основные технологические операции:

а)разделительные:
-отрезка;
-вырубка;
-пробивка;
-надрезка;
-проколка;
-обрезка;
-зачисчка,
-высечка;
-просечка и др.;

б) Формоизменяющие:

-гибка (V- образная, Z образная, П образная, четырехугловая);

-вытяжка (без утонения стенок, обратная, с утонением стенок);

-формовка (обжим, рельефная формовка, формовка растяжением – выпучиванием, отбортовка).

2)Особые способы листовой штамповки:

а)штамповка пластичными средами и жидкостью (резина, полиуретан, жидкость, газ или комбинация этих сред);

б)штамповка на листоштамповочных молотах;

в)высокоскоростные методы штамповки:

- штамповка взрывом:

- электрогидравлическая штамповка;

- электромагнитная штамповка (магнитно импульсная);

г) штамповка в условиях сверхпластичности;

д) штамповка с дифференцированным нагревом;

е) ротационные методы деформирования и др.

Прокатка- обжатие металла вращающимися валками. Прокаткой получают изделия с постоянными по длине поперечным сечениям (прутки, рельсы, листы, трубы, балки и др.) или с периодической изменяющейся по длине формой.

Прессование - продавливание нагретого металла, находящегося в замкнутом объеме, через отверстие в матрице. Форма и размеры поперечного сечения выдавливаемых прутков соответствуют форме и размерам этого отверстия.

Волочение- протягивание заготовки через отверстие в волочильной матрице (волоке). Волочением получают тонкие сорта проволоки, калиброванные прутки, тонкостенные трубы.

Ковка- процесс деформирования нагретой заготовки между бойками молота или пресса. Изменение формы и размеров заготовки достигается последовательным воздействием бойков или инструмента па различные участки заготовки.

Объемная штамповка -одновременное деформирование всей заготовки в специализированном инструменте (штампе) на молотах, прессах или горизонтально -ковочных машинах. Форма и размеры внутренней полости штамма определяют форму и размеры заготовки. Листовая штамповка получение плоских и объемных полых деталей из листа или полосы с помощью штампов па холодноштамповочных прессах

6.6 Нагрев металлов перед обработкой давлением

Для повышения пластичности и уменьшения сопротивления деформированию металлы и сплавы перед обработкой давлением нагревают до определенной температуры.

Для каждого металла существует свой температурный интервал (диапазон температур начала и окончания обработки), в котором обеспечиваются оптимальные условия горячей обработки давлением:

1) Для углеродистых сталей:

а) С- 0,2-0,7% 1280-800°С;

б) С=0,8-1,3% 1100-780⁰С;

2) Для медных сплавов 900-700⁰С,

3) Дюалюмин 470-400°С;

4) Для титановых сплавов 1100-900°С.

Нагрев металла сопровождается рядом явлений, которые необходимо учитывать при
выборе температуры и режиме нагрева:

- окисление;

- обезуглероживание;

- перегрев;

- пережог.

Нагрев заготовок обычно происходит неравномерно. В начале нагреваются наружные слои, а затем за счет теплопроводности - сердцевина. При большой разности температур поверхности и сердцевины возникают температурные напряжения (снаружи- сжимающие, внутри растягивающие), которые могут привести к образованию трещин. К чему склонны особенно легированные и литые стали, у которых теплопроводность меньше, и она возрастает с увеличением сечения заготовки.

Поэтому заготовки из легированных сталей и заготовки нагревают постепенно (методически) в два этапа:

- медленный нагрев и выдержка при 700-800°С;

- нагрев до необходимой температуры с максимально возможной скоростью.

6.7 Виды брака и контроль качества заготовок, получаемых обработкой давлением

I. Виды брака поковок:

1)Брак, возникающий от исходного материала:

- риски;

- волосовины,

- закаты;

- плены;

- расслоения;

- инородные включения,

- флокены;

- несоответствие марки стали;

- несоответствие размерам профиля;

2) Брак, возникающий при резке заготовок:

- косой срез;

- заусенцы и искривление конца заготовки;

- грубый срез или скол с вырывом металла;

- торцовые трещины;

- несоответствие заготовки длине;

3) Брак, возникающий при нагреве заготовок:

- недогрев;

- перегрев,

- пережог;

- окалина;

- обезуглероживание;

4) Брак, возникающий при штамповке:

- вмятины;

- забоины;

- лом - бой;

- переполнение формы;

- недоштамповка;

- перекос;

- зажим;

- заусенец,

- кривизна;

- ослабление размера;

- отклонение по длине;

5) Характерные виды брака при штамповке па кривошипных
горячештамповочных прессах:

- незаполнение фигуры;

- коробление поковок;

- след от толкателя,

- увеличенный размер на участке перехода;

- остатки заусенца;

- зажимы;

6) Брак при штамповке выдавливанием:

- пресс - утяжина;

- прострел;

- скол наружный;

- скол внутренний,

7) Брак вследствие неправильного конструирования штампов:

- недостаточный припуск на обработку;

- негодная макроструктура;

- систематический перекос штампов,

- систематическое переполнение фигуры штампа;

- систематическое образование зажимов;

- невыдерживание размеров от заданной базы;

8) Брак от термической обработки:

- недостаточная или повышенная твердость,

- пестрота твердости;

- закалочные трещины;

9) Брак при очистке поковок от окалины:

- остатки окалины;

- забоины и вмятины при очистке;

10) Брак, выявляемый обработкой резанием:

- чернота на обрабатываемых поверхностях;

- вмятины;

- тонкая стенка.

II. Виды брака листовых заготовок:

1)Брак, обусловленный дефектами листового металла:

- расслоение,

- пузыри;

- плены;

- неметаллические включения;

- окалина,

- недогрев;
- перегрев;

- закатанные царапины;

-надрывы;

-крошка;

-царапины;

-рубцы;

-ребристость;

-волчки;

-надавы;

-схватывание;

-излом,

-пятна и полосы органических веществ,

-цвет побежалости;

-рваная кромка;

-заусенцы;

- рябизна;

2) Брак, вызванный физико -химическим состоянием материала:

- размер зерен;

- структурно - свободный цементит;

- полосы скольжения и деформационное старение листовой стали;

3)Брак, обусловленный технологическим процессом:

- искажения формы и размеров;

- рваная поверхность среды;

- наличие заусенцев;

- утонение металла штампуемой детали;

- образование складок;

- отрыв дойных частей;

- трещины;

- образование фестонов;

- налипление металла на деформирующий инструмент;

- вмятины, наплывы и др.

6.8 Конт роль штампованных поковок

Контроль поковок является неотъемлемой частью ТП штамповки и включает в себя проверку размеров и формы элементов и их механической прочности:

1)Контроль размеров поковок

При измерении размеров поковок необходимо соблюдать правило единства баз. Для проверки размеров применяются универсальные (штангенциркули, кронциркули, индикаторы и т.п.) и специальные (скобы, шаблоны и т.п.), а также контрольные приспособления.

2)Контроль механической прочности

Включает химический и металлографический анализы, механические, магнитные и другие специальные испытания поковок, а также выявление внешних и внутренних дефектов.

Выявление внешних дефектов чаще всего производят визуальным осмотром, а также при помощи магнитной дефектоскопии и люминесцентного метода. Чисто внутренние дефекты обнаруживаются ультразвуковым методом пли рентгеноскопией.

6.9 Условное обозначение поковок

I.Поковки из конструкционной углеродистой л легированной стали:

1) Пример условного обозначения поковки группы I:

Гр. I ГОСТ 8479-70;

2)Пример условного обозначения поковки группы II (III) с точностью НВ 143-179:

Гр. II (III) НВ 143-179 ГОСТ 8479-70;

3)Пример условного обозначения поковки группы IV(V) с категорией прочности КП 490:

Гр. IV(V) КП 490 ГОСТ 8479-70;

4)Пример условного обозначения поковки группы IV(V) с категорией прочности КП 490, относительным сужением не менее 50%, ударной вязкостью KCU не менее 69 Дж/м² х 10⁴ (7 кг/см²):

Гр. IV - КП 490 - 50-KCU 69 ГОСТ 8479-70;

5) Пример условного обозначения поковки группы IV с категорией прочности КП 490, временным сопротивлением не менее 655МПа, относительным удлинением не менее

14% и ударной вязкостью KCU не менее 64 Дж/м² х 10⁴:

Гр. IV - КП 490 - 655- 14- KCU 64 ГОСТ 8479-70;

П. Поковки из коррозионно - стойких сталей и сплавов:

1)Пример условного обозначения поковки группы I:

Поковка Гр. I ГОСТ 25054-81;

2)Пример условного обозначения поковки группы II, с твердостью НВ 140-200: