Технология обработки конструкционных материалов (стр. 20 из 35)
В начале прокатки заготовка приводится во вращение дополнительным зубчатым колесом, находящимся в зацеплении с валками. После выхода из зацепления шестерня вращается валками.
Станы винтовой прокатки широко применяют для прокатки стальных шаров диаметром 25…125 мм. Схема прокатки представлена на рис.11.5
Рис.11.5 Схема прокатки шаров
Валки 2 и 4 вращаются в одном направлении, в результате заготовка 1 получает вращательное движение. Для осевого перемещения оси валков располагают под углом к оси вращения. От вылета из валков заготовка предохраняется центрирующими упорами 3. В валках нарезают винтовые калибры. По характеру деформации калибр разделяется на формующий участок, где осуществляется захват заготовки и ее постепенное обжатие в шар, и отделочный участок, где придаются точные размеры шару и происходит его отделение от заготовки. Диаметр валков в 5…6 раз превышает диаметр прокатываемых шаров, и составляет 190…700 мм. Производительность стана определяется числом оборотов валков, так как за один оборот Существуют станы для прокатки ребристых труб, для накатки резьб и т.д.
Прессование
Прессование - вид обработки давлением, при котором металл выдавливается из замкнутой полости через отверстие в матрице, соответствующее сечению прессуемого профиля.
Это современный способ получения различных профильных заготовок: прутков диаметром 3…250 мм, труб диаметром 20…400 мм с толщиной стенки 1,5…15 мм, профилей сложного сечения сплошных и полых с площадью поперечного сечения до 500 см2.
Впервые метод был научно обоснован академиком Курнаковым Н.С. в 1813 году и применялся главным образом для получения прутков и труб из оловянисто-свинцовых сплавов. В настоящее время в качестве исходной заготовки используют слитки или прокат из углеродистых и легированных сталей, а также из цветных металлов и сплавов на их основе (медь, алюминий, магний, титан, цинк, никель, цирконий, уран, торий).
Технологический процесс прессования включает операции:
подготовка заготовки к прессованию (разрезка, предварительное обтачивание на станке, так как качество поверхности заготовки оказывает влияние на качество и точность профиля);
нагрев заготовки с последующей очисткой от окалины;
укладка заготовки в контейнер;
непосредственно процесс прессования;
отделка изделия (отделение пресс-остатка, разрезка).
Прессование производится на гидравлических прессах с вертикальным или горизонтальным расположением плунжера, мощностью до 10 000 т.
Применяются две метода прессования: прямой и обратный (рис.11.6)
При прямом прессовании движение пуансона пресса и истечение металла через отверстие матрицы происходят в одном направлении. При прямом прессовании требуется прикладывать значительно большее усилие, так как часть его затрачивается на преодоление трения при перемещении металла заготовки внутри контейнера. Пресс-остаток составляет 18…20% от массы заготовки (в некоторых случаях - 30…40%). Но процесс характеризуется более высоким качеством поверхности, схема прессования более простая.
Рис.11.6 Схема прессования прутка прямым (а) и обратным (б) методом
1 - готовый пруток; 2 - матрица; 3 - заготовка; 4 - пуансон
При обратном прессовании заготовку закладывают в глухой контейнер, и она при прессовании остается неподвижной, а истечение металла из отверстия матрицы, которая крепится на конце полого пуансона, происходит в направлении, обратном движению пуансона с матрицей. Обратное прессование требует меньших усилий, пресс-остаток составляет 5…6%. Однако меньшая деформация приводит к тому, что прессованный пруток сохраняет следы структуры литого металла. Конструктивная схема более сложная
Процесс прессования характеризуется следующими основными параметрами: коэффициентом вытяжки, степенью деформации и скоростью истечения металла из очка матрицы.
Коэффициент вытяжки
определяют как отношение площади сечения контейнера 
к площади сечения всех отверстий матрицы 
.Степень деформации:
Скорость истечения металла из очка матрицы пропорциональна коэффициенту вытяжки и определяется по формуле:
где:
- скорость прессования (скорость движения пуансона).При прессовании металл подвергается всестороннему неравномерному сжатию и имеет очень высокую пластичность.
К основным преимуществам процесса относятся:
возможность обработки металлов, которые из-за низкой пластичности другими методами обработать невозможно;
возможность получения практически любого профиля поперечного сечения;
получение широкого сортамента изделий на одном и том же прессовом оборудовании с заменой только матрицы;
высокая производительность, до 2…3 м/мин.
Недостатки процесса:
повышенный расход металла на единицу изделия из-за потерь в виде пресс-остатка;
появление в некоторых случаях заметной неравномерности механических свойств по длине и поперечному сечению изделия;
высокая стоимость и низкая стойкость прессового инструмента;
высокая энергоемкость.
Волочение
Сущность процесса волочения заключается в протягивании заготовок через сужающееся отверстие (фильеру) в инструменте, называемом волокой. Конфигурация отверстия определяет форму получаемого профиля. Схема волочения представлена на рис.11.7
Рис.11.7 Схема волочения
Волочением получают проволоку диаметром 0,002…4 мм, прутки и профили фасонного сечения, тонкостенные трубы, в том числе и капиллярные. Волочение применяют также для калибровки сечения и повышения качества поверхности обрабатываемых изделий. Волочение чаще выполняют при комнатной температуре, когда пластическую деформацию сопровождает наклеп, это используют для повышения механических характеристик металла, например, предел прочности возрастает в 1,5…2 раза.
Исходным материалом может быть горячекатаный пруток, сортовой прокат, проволока, трубы. Волочением обрабатывают стали различного химического состава, цветные металлы и сплавы, в том числе и драгоценные.
Основной инструмент при волочении - волоки различной конструкции. Волока работает в сложных условиях: большое напряжение сочетается с износом при протягивании, поэтому их изготавливают из твердых сплавов. Для получения особо точных профилей волоки изготавливают из алмаза. Конструкция инструмента представлена на рис.11.8
Рис.11.8 Общий вид волоки
Волока 1 закрепляется в обойме 2. Волоки имеют сложную конфигурацию, ее составными частями являются: заборная часть I, включающая входной конус и смазочную часть; деформирующая часть II с углом в вершине
(6…18 0 - для прутков, 10…24 0 - для труб); цилиндрический калибрующий поясок III длиной 0,4…1 мм; выходной конус IV.Технологический процесс волочения включает операции:
предварительный отжиг заготовок для получения мелкозернистой структуры металла и повышения его пластичности;
травление заготовок в подогретом растворе серной кислоты для удаления окалины с последующей промывкой, после удаления окалины на поверхность наносят подсмазочный слой путем омеднения, фосфотирования, известкования, к слою хорошо прилипает смазка и коэффициент трения значительно снижается;
волочение, заготовку последовательно протягивают через ряд постепенно уменьшающихся отверстий;
отжиг для устранения наклепа: после 70…85% обжатия для стали и 99% обжатия для цветных металлов;
отделка готовой продукции (обрезка концов, правка, резка на мерные длины и др.)
Технологический процесс волочения осуществляется на специальных волочильных станах. В зависимости от типа тянущего устройства различают станы: с прямолинейным движением протягиваемого металла (цепной, реечный); с наматыванием обрабатываемого металла на барабан (барабанный). Станы барабанного типа обычно применяются для получения проволоки. Число барабанов может доходить до двадцати. Скорость волочения достигает 50 м/с.
Процесс волочения характеризуется параметрами: коэффициентом вытяжки и степенью деформации.
Коэффициент вытяжки определяется отношением конечной и начальной длины или начальной и конечной площади поперечного сечения:
Степень деформации определяется по формуле:
Обычно за один проход коэффициент вытяжки
не превышает 1,3, а степень деформации 
- 30%. При необходимости получить большую величину деформации производят многократное волочение.