Лекция 4. ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ (ОМД).
Обработка металлов давлением (ОМД) – технологический процесс формоизменения металлического тела (заготовки) за счет пластической деформации под воздействием на тело внешних сил.
Все технологические процессы ОМД, принято делить на процессы, завершающие металлургический цикл (прокатка, прессование, волочение) и процессы производства заготовок деталей и готовых деталей, применяемые в машиностроении (ковка, горячая штамповка, холодная и полугорячая объёмная штамповка, штамповка с локальным нагружением, листовая штамповка, а также накатка и другие специализированные процессы).
Процессы, завершающие металлургический цикл
Прокатка
Прокатка – вид ОМД, заключающийся в пластической деформации заготовки между вращающимися валками с целью получения заданных форм, размеров и физико-механических свойств.
Прокатку принято делить на продольную и специальную.
Специальные виды прокатки:
Поперечная,
Поперечно-винтовая,
Поперечно-клиновая,
4.профилирование плоского проката (листов и лент).
Продольной прокатке подвергают до 75…80 всей выплавляемой стали и большую часть сплавов цветных металлов. При продольной прокатке (рис. 13.2) заготовка 1 подается к двум вращающимся в разные стороны валкам 2. Оси валков параллельны, заготовка движется поступательно.
Рис. 3.2. Схема продольной прокатки: а - установившийся процесс; б - силы, действующие на заготовку в момент захвата; 1 – заготовка; 2 – валок; N – нормальная сила; Т – сила трения; R – равнодействующая сила; А-В – дуга захвата; - угол захвата; - угол трения; hn-1, bn-1 – толщина и ширина заготовки; hn, bn – толщина и ширина изделия; D – диаметр валка.
В точках соприкосновения заготовки с валками возникает нормальная сила N, направленная по радиусу, и сила трения «Т », направленная по касательной к окружности. Сила R - равнодействующая сил N и Т. Дугу АВ называют дугой захвата, центральный угол - углом захвата, угол между силами N и R - углом трения.
Процесс поперечной прокатки осуществляют на двух (рис. 3.3, а) или трех вращающихся в одну сторону валках 1. Заготовка 2 в виде прутка, кольца или трубы круглого сечения в процессе прокатки вращается в другую сторону. Оси валков и заготовки параллельны, в процессе прокатки обычно сближаются.
Поперечной прокаткой получают заготовки цилиндрических шестерен с зубьями (модуль 7…15 мм при горячей деформации, модуль 5…7 мм при холодной), а также бочкообразные ролики подшипников и другие детали с заданным внешним и внутренним профилем.
Процесс поперечно-винтовой прокатки осуществляют на двух или трех (рис. 13.3, б) косо расположенных валках, вращающихся в одну сторону. Оси валков могут пересекаться или скрещиваться.
Рис. 3.3. Схемы прокатки: а – поперечной в двух валках; б - поперечно-винтовой прокатки профиля переменного по длине сечения с пересекающимися осями валков; 1 - валок; 2 - заготовка; 3 – изделие; ωВ - направление вращения валков; ωЗ, VЗ - вращательное, и поступательное движения заготовки; Р – осевая сила.
В процессе прокатки заготовка получает вращательное, противоположную по отношению к валкам сторону, и поступательное движение. Если сил трения для обеспечения захвата металла валками при поперечно-винтовой прокатке недостаточно, то к заготовке прикладывают осевое усилие лили на начальном этапе, или на протяжении всего процесса прокатки. При прокатке в двух валках для устойчивости положения заготовки устанавливают направляющие холостые валки или направляющие линейки.
Поперечно-винтовой прокаткой получают гильзы, сортовой прокат, круглые сплошные и полые переменного по длине сечения профили, в том числе периодический прокат, заготовки деталей в виде сплошных и полых тел вращения (специальный прокат).
Гильза - тонкостенная относительно небольшой длины труба, служит заготовкой для раскатки труб заданных размеров продольной и поперечно-винтовой прокаткой. Параметры прокатки (соотношение диаметров валков и заготовки, угол между осями валков и заготовки и наклона конической части валка) подбираются так, чтобы из-за неравномерности деформации в центральной части заготовки создались растягивающие радиальные напряжения. Под действием этих напряжений металл в центральной зоне заготовки разрыхляется и образуется полость. Чтобы предупредить образование трещин на поверхности полости и получить заготовку трубы заданных размеров, устанавливают оправку. Оправку устанавливают с опережением момента самопроизвольного образования полости. Оправку укрепляют на стержне, конец которого закреплен во вращающейся опоре. После окончания прокатки гильзу снимают со стержня и направляют на трубопрокатные станы.
Прокат переменного по длине сечения, в том числе периодический прокат, поперечное сечение которого периодически изменяется, используют в виде фасонной заготовки при горячей штамповке, что позволяет применить более простые штампы, увеличить производительность при штамповке, снизить отходы и улучшить качество продукции. Периодический прокат применяют также в виде заготовок для обработки резанием, что позволяет значительно повысить производительность, сократить расход металла и объем доделочных операций. Периодической прокаткой получают заготовки полуосей автомобиля, шатунов автомобильного двигателя, осей вагонов и тепловозов, лопаток турбин и др.
Поперечно-винтовой прокаткой получают заготовки шаров диаметром 18…125 мм для подшипников качения, шаровых мельниц и др. назначения, колец и роликов подшипников качения, втулок заднего колеса велосипеда, ватерных колец для текстильной промышленности и кольцевых деталей, червячных колес, винтов и сверл, теплообменников грузовых автомобилей и других профилированных труб, а также бандажи колес и колеса локомотивов и др.
Поперечно-клиновой прокаткой получают заготовки ступенчатых валов, крупных шаровых пальцев и других деталей переменного по длине сечения. Поперечно-клиновая прокатка значительно более производительна, чем поперечно-винтовая, дает большую точность размеров за счет наличия калибрующей части ручья, в которой расстояние между поверхностями заготовки и валков не изменяется.
За последние годы получила распространение холодная поперечно-клиновая прокатка относительно небольших деталей для получения поперечных канавок и других элементов, которые не могут быть получены холодной объемной штамповкой и накаткой по известным схемам.
Процесс поперечно-клиновойпрокатки осуществляют двумя валками с клиновыми ручьями (рис. 13.4), оси валков и заготовки параллельны. Валки вращаются в одну сторону, заготовка в другую. Заготовка кроме вращательного, получает поступательное движение, ручьи обычно вытачивают не на валке, а на сменных сегментах, закрепленных на валках.
Рис. 3.4. Схема поперечно-клиновой прокатки: 1 - нижний валок; 2, 3 - клиновые ручьи; 4 - верхний валок; 5 – заготовка; nВ - направление вращения валков; nЗ - вращательное движение заготовки.
Профилирование плоского проката (листов и лент).
Продукция, получаемая прокаткой, называется прокатом.
Перечень выпускаемого проката с указанием профиля, размеров и допусков на них называется сортаментом. Сортамент проката принято делить на четыре группы:
1. сортовой прокат;
2.плоский прокат;
3.трубы;