Технологічні процеси виготовлення заготовок (стр. 2 из 3)

Техніко-економічні показники. При литті під тиском одержують відливки високої точності (11-13 квалітети), з малою шорсткістю поверхні, складної конфігурації, з тонкими стінками, зі сплавів з поганою рідкотекучістю. Цим способом можна одержувати відливки з різьбою, отворами до 2мм, написами. Процес високопродуктивний: продуктивність сучасних машин при роботі в автоматичному режимі сягає 3000 відливків за годину.

Лиття під тиском застосовують лише для сплавів легких металів (алюмінієвих, магнієвих), рідше для цинкових і мідних, не використовують для сталі та чавуну. Процес дорогий, тому що прес-форми виготовляють із дорогих легованих сталей (вони дорожчі за кокілі у 3-5 разів). Маса відливків не більша 50 кг.

Якісні відливки можна виготовляти й іншими прогресивними способами - литтям за виплавлюваними моделями, в оболонкові форми, вакуумним засмоктуванням, електрошлаковим.

Кожен із цих способів має свої особливості, галузі використання, переваги і недоліки.

Для виявлення причин відхилення якості відливків від заданої, порушень технологічного процесу, встановлення відповідності режимів і послідовності виконання технологічних операцій, відповідності якості матеріалів для виготовлення відливків в ливарних цехах проводять технологічний контроль.

Ретельному контролю піддають відливки, ливарне оснащення, весь технологічний процес на всіх стадіях виготовлення відливків.

Контроль відливків спочатку здійснюють візуально, для виявлення дефектів, які можна виправити (тріщини, раковини, пригар, недолив). Це зовнішні дефекти.

Але є такі зовнішні дефекти, котрі виправити неможливо (перекіс, коробления). В такому випадку відливки відбраковують (вони повертаються на переплавлення).

Крім зовнішніх дефектів є внутрішні, для виявлення яких потрібні інші методи контролю.

Це рентгеноскопія, дефектоскопія, магнітоскопія, ультразвукові дослідження. їх проводять у спеціально оснащених лабораторіях.

Внутрішніми дефектами є усадкові та газові раковини, гарячі й холодні тріщини, шлакові включення. Вибірково проводять руйнівні методи контролю (наприклад, механічні випробування на міцність, твердість).

2. Виготовлення заготовок і виробів тиском

До обробки тиском належать технологічні процеси одержання заготовок, напівфабрикатів і готових виробів (деталей) із чорних і кольорових металів і сплавів шляхом деформування в холодному або гарячому стані.

Обробці тиском піддаються і неметалеві матеріали (керамічні, пластмаси, склопластики, порошки металів та ін.). Ця обробка ґрунтується на пластичності метеріалів, тобто їх здатності при певних умовах сприймати під дією зовнішніх сил залишкові деформації. При цьому тіло змінює свою форму і зберігає її.

Явище пластичної деформації можна пояснити на металах. Між атомами металевого тіла діють сили взаємного притягування і відштовхування.

У вільному стані ці сили взаємно врівноважені, атоми знаходяться у стані стійкої рівноваги. При зовнішній дії атоми виходять із вихідного стійкого стану. Зовнішнім проявом цього є зміна розмірів і форми тіла. Якщо відхилення не перевищує віддалей між атомами, зберігається їх початкове оточення, вони при звільненні від зовнішніх сил повернуться в початковий стан.

При більших змінах атоми більше відхиляються від положення рівноваги і в певний момент виходять із початкового оточення, далі займають нове положення стійкої рівноваги (рис.5).

Форма тіла змінюється безповоротно. Має місце пластична деформація. При переміщенні атомів на відповідних площинах кристалічної решітки проходить ковзання однієї частини кристалу відносно іншої.

Пластична деформація приводить до значної зміни фізичних, хімічних і механічних властивостей. Змінюються розміри і форма зерен, утворюється волокниста структура.

Рис.5. Схема ковзання при пластичній деформації

Пластичність матеріалів залежить від хімічного складу сплаву, температури нагріву перед обробкою, швидкості деформації. Так, чисті метали більш пластичні, ніж їх сплави, з підвищенням температури пластичність металів і сплавів також підвищується. Проте існує оптимальна температура, при якій пластичність найвища. Зі збільшенням швидкості деформації пластичність падає. Важливим є правильний вибір режимів нагрівання заготовок. При неправильно вибраних режимах нагрівання (температура і швидкість нагрівання, час витримування) мають місце такі явища як: окислення заліза і вуглецю в поверхневому шарі; перегрівання і перепалювання. При перегріванні утворюються великі кристали (зерна) і знижується пластичність (це можна виправити термічною обробкою), при перепалюванні окислення проходить на границях зерен, метал стає крихким і при деформаціях руйнується.

Для правильного вибору режимів нагрівання перед обробкою тиском металів і сплавів використовують діаграми стану. Нагрівають заготовки перед обробкою тиском у полуменевих та електричних печах. За принципом дії їх поділяють на камерні (температура всього об'єму однакова) і методичні (температура в різних частинах печі неоднакова).

Основними способами обробки металів тиском є прокатування, волочіння, пресування, вільне кування і штампування.

Прокатування. Прокатуванням називається процес, при якому виливок або заготовка деформується обертовими валами прокатного стану. При цьому довжина і ширина заготовки збільшується, а товщина зменшується. При прокатуванні одержують готові вироби або заготовки для наступної обробки вільним куванням, штампуванням, волочінням, пресуванням або різанням. Прокатують біля 80% сталі та більше половини кольорових металів і сплавів. Для одержання потрібного профілю заготовку прокатують багаторазово.

Є три основні схеми цього процесу - прокатування поздовжнє, поперечне і поперечно-гвинтове (рис.6).

Рис. 6. Схеми прокатування

При поздовжньому прокатуванні (рис.6 а) валки обертаються в різні боки, деформуючи заготовку, яка рухається перпендикулярно до осей валків. Обов'язковою умовою прокатування є контактне тертя між валками та деформованим металом. Умова захвату - коефіцієнт тертя між валками і заготовкою має бути більший від тангенса кута захвату (а)

При поперечному прокатуванні (рис.6 б) валки обертаються в один бік і осі їх паралельні, а заготовка деформується ними при обертанні навколо своєї осі.

При поперечно-гвинтовому прокатуванні (рис.6 в) прокатні валки обертаються в один бік, осі їх розташовані під певним кутом, а заготовка обертається і водночас переміщується вздовж своєї осі.

Інструментом прокатування є валки. Вони можуть мати гладку поверхню, ступінчасту, рівчакову (калібровану) (рис.7). Валки одержують литтям із відбіленого чавуну або з вуглецевої і легованої сталі.

Обладнанням для процесу прокатування є прокатні стани. Прокатний стан має привід, передавальний механізм і робочу машину. Робоча машина має одну або декілька робочих клітей. Прокатні стани класифікують за призначенням, кількістю клітей, кількістю валків у них, схемою розміщення клітей.

Рис.7. Прокатні валки

Сукупність профілів різного поперечного перерізу і розмірів, що одержують при прокатуванні, називають сортаментом. Розрізняють сортовий (простий і фасонний) (рис.8 а, б), листовий, трубний і спеціальний (рис.8 в)

прокат.

Рис.8. Сортамент прокатування

Техніко-економічні показники.

Прокатування є високопродуктивним процесом. Годинна продуктивність прокатного стану визначається за формулою:

А =

, т/год.

де,G -маса заготовки;

К- коефіцієнт використання стану (0,85-0,90);

Т- ритм прокатування.

Прокатний стан може виготовити за рік до 4 млн. т прокату.

Прокатуванню властивий високий вихід придатних виробів і малі втрати металу. Відходи становлять 5-7%. Заготовки максимально наближені до готових виробів, тобто якість виробів висока. Цей процес характеризується високим рівнем комплексної механізації й автоматизації. Більшість процесів повністю автоматизовані. Разом з тим, при прокатуванні значні витрати енергетичні - 50-650 квтгод/т. І як наслідок - підвищення собівартості окремих профілів.

Волочіння.

При волочінні заготовки протягують через отвір. При цьому збільшується довжина і зменшується поперечний переріз заготовки (рис.9). Заготовки протягують найчастіше в холодному, рідше в гарячому стані.

Заготовками для волочіння є прокат (прути, труби, дріт), а також пресовані вироби (прути, труби). При волочінні зменшується діаметр цих заготовок, поліпшується їх якість.

Рис.9. Схема волочіння

Інструментомво точіння є волочильна дошка (волока, матриця), в якій зроблено один або декілька отворів. Отвір називають вічком або фільєром. Вічко має 4 зони (рис. 10) -вхідну зону 1, робочий конус 2, калібруючу стрічку 3 і вихідну зону 4. Робоча частина матриці виготовляється з інструментальних сталей, твердих сплавів і технічних алмазів. Якщо вихідний переріз треба значно зменшити, то волочіння повторюють декілька разів.