Механічна обробка металів

Мал. 2.14. Схеми силових болтів:

а — крапкового; б — з кутою голівкою

пройшла попередню обробку тиском. Таким чином, сутність обробки металу тиском полягає в цілеспрямованій пластичній деформації, що надає йому певні форму й розміри, у ході якої руйнується грубозерниста лита структура, усуваються пористість і рихлість, поліпшується металургійна якість і створюється сприятливе орієнтування структурних складових металу, що знову утворилися,.

Внаслідок сприятливих структурних змін, що відбуваються при обробці тиском, метал одержує більше високий комплекс міцнісних і пластичних властивостей у порівнянні з литим. При гарячій обробці тиском, коли метал володіє великою пластичністю при малій міцності, його зерна витягуються й трансформуються у волокна.

Волокниста будова металу забезпечує важливі переваги в порівнянні зі звичайною зернистою структурою, оскільки міцність деформованого металу на розрив уздовж волокон виявляється значно вище, ніж у поперечному напрямку.

Те ж можна сказати й про опір навантаженням: міцність на зріз волокон значно більша, ніж уздовж них. Знаючи характер навантажень окремих елементів деталей в експлуатаційних умовах, необхідно при виготовленні заготовок надавати волокнам найвигідніше орієнтування, що відповідає характеру навантаження відповідних елементів деталей, і цим забезпечувати великий запас міцності деталей. Наприклад, показаний на мал. 2.14, б болт, виготовлений з дотриманням даного принципу міцніший ніж зображений на мал. 2.14, а, де голівка легко зрізується.

Заготовки для деталей, отримані обробкою тиском, прийнято називати куванням.. Вихідними заготовками для великих кувань, як правило, служать сталеві злитки. Заготовки для дрібних кувань одержують шляхом розрізання на шматки-болванки так званих прокатних профілів - металевих балок або прутків різної форми поперечного перерізу, одержуваних прокаткою.

Прокатка. Прокатка являє собою процес деформування злитка або іншої довгастої металевої заготовки між двома обертовими валками, відстань між робочими поверхнями яких менше висоти заготовки (мал. 2.15). Метою прокатки є одержання різноманітної продукції, що відрізняється профілями й розмірами поперечного переріза, а також довжинами балок, прутків і складають так званий сортамент прокату. Сортамент сталевого прокату включає наступні п'ять основних груп (мал. 2.16):

сортовий прокат простого й фасонного профілю. Простий профіль (мал. 2.16, а) використовується для різання на заготовки, які йдуть або на подальшу обробку тиском — кування або штампування, або на механічну обробку для виготовлення різних деталей. Фасонний профіль (мал. 2.16, б) головним чином використовується для різних будівельних конструкцій, включаючи залізничні колії;

аркушевий прокат ділиться на товстолистову сталь товщиною понад 4 мм і тонколистову 0, 2—3, 75 мм; труби безшовні різного діаметра з різною товщиною стінок, різноманітного призначення;

спеціальний прокат включає в себе вагонні колеса, шпунтові палі, автоободи й т.д.;

періодичний прокат (мал. 2.16, в) - прокат з періодичнозмінним за довжиною профілем. Він використовується як заготовки для штампування (наприклад, заготовок шатунів автомобільних двигунів) або безпосередньо для механічної обробки.

Мал. 2.15. Схема прокатки із вказівкою діючих сил

Мал. 2.16. Сортамент сталевого прокату

Це пояснюється тим, що при здавлюванні розтину заготовки між валками витяжка металу в основному відбувається в напрямку найменшого опору, тобто в зовнішню сторону. Деформації й витяжці в поперечному напрямку перешкоджають тертя об поверхню валків. Тому що загальна витяжка металу заготовки складається з витяжок його окремих зерен, які повинні перетворитися у волокна. Заготовка захоплюється в робочий простір між валками й переміщається силами тертя, що виникають між нею й валками (див. мал. 2.15).

Прокатка металів здійснюється на прокатних станах. Основними робочими елементами прокатних станів є валки, що мають циліндричну форму. Валки розміщаються в основній частині прокатного стана — робочій кліті. Робоча частина валка називається бочкою: бочки можуть бути гладкими або канавковими. Перші застосовуються для прокатки листів і стрічок, а другі - для сортового металу. Канавки являють собою кільцеві вирізи на поверхні валка. Співпадаючі канавки верхнього й нижнього валків утворять калібри, за допомогою яких сортовому прокату поступово надаються необхідні профілі.

Прокатні стани класифікуються за рядом, ознак, основними з яких є вид продукції що випускається,. У зв'язку із цим можна виділити наступні найпоширеніші види станів: сортопрокатні для випуску сортового прокату; листові й смугові стани гарячої прокатки; трубопрокатні стани; стани холодної прокатки сталі й кольорових металів (тонколистові, стрічкопрокатні, фольго­прокатні й т.д.); деталепрокатні стани для випуску спеціального періодичного прокату. Холодна прокатка стрічки з алюмінієвих сплавів здійснюється з гарячекатаних листів товщиною біля 6 мм. Стрічку товщиною до 0, 5-0, 6 мм катають без проміжного пом’якшуючого відпалу. Заготовками для холодної прокатки стрічок з міді й латуні Л62 служать згорнуті в рулони смуги товщиною 5-6 мм, отримані гарячою прокаткою зі злитків. Відпалені й протравлені рулони прокочуються на спеціальних станах до товщини 0, 01-0, 2 мм протягом чотирьох-п'яти операцій холодної прокатки, що чергуються пом’якшуючими відпалами й травленням для видалення окалини.

Тонкі аркуші й стрічку з міді або латуні одержують холодної прокатної з гарячокатаних заготовок товщиною 10—15 мм із попередньо вилученими фрезеруванням поверхневими дефектами. Прокатку ведуть до необхідної товщини в кілька обтиснень, застосовуючи проміжні відпали при 450—800 °С для відновлення пластичності металу.

Для холодної прокатки використовують однофазні латуні із вмістом цинку менш 30%, які володіють більшим запасом пластичності. Для запобігання налипання міді й латуні на сталеві валки застосовують рідке мастило (трансформаторне масло, гас; веретенне масло й т. д).

Кування й штампування. При куванні деформування металу заготовки здійснюється шляхом цілеспрямованих ударів або натискань. Залежно від використовуваного устаткування кування ділиться, на вільне і кування в штампах (штампування).

Вільне кування полягає в тому, що пластична деформація металу направляється в основному умінням оператора-коваля, від якого потрібна висока кваліфікація. Надання заготовці необхідної форми й розмірів здійснюється за рахунок виконання ряду найпростіших кувальних операцій, для реалізації яких може застосовуватися нескладний ковальський інструмент.

Мал. 2.16. Схема обрізки заусенця Мал. 2.17. Схема штампування

Нескладні заготовки штампуються в одноканавкових штампах, а складні - у багатоканавкових, у яких при переході від канавки до канавки кування поступово набуває необхідних розмірів і форм. Вихідні заготовки для штампування відрізаються від сортового прокату.

Ними можуть служити вироби періодичного прокату. Перед штампуванням метал нагрівається до певної, залежної від роду металу температури з метою підвищення його пластичності й зменшення зусиль при обробці. Вільне кування й штампування здійснюються за допомогою спеціальних кувальних або штампувальних молотів і пресів.

Внаслідок інтенсивної тепловіддачі в атмосферу й теплопередачі в стінки канавки штампа відбувається швидке охолодження заготовки, що приведе до наклепу й хрупкості її металу. Щоб уникнути утворення тріщин необхідні додаткові проміжні нагріви кольорових заготовок. При штампуванні латуні варто мати на увазі, що при температурі вище 680 °С з неї інтенсивно виганяється цинк у вигляді порошку Zn. Це тягне зміну її хімічного складу й міцнісних характеристик.

Ковка й штампування дюралюмінію здійснюється при температурі близько 380 °С зі ступенями деформації відповідно 3— 5 і 2—3 %

З метою економії металу при обробці тиском освоюються й впроваджуються більше раціональні її види.

Так, у прокатному виробництві застосовуються так звані полегшені, тонкостінні, складні, фасонні й інші економічні профілі прокату. Прокаткою виходять економічні профільні заготовки й вироби: кулі, вали, зубчасті колеса, свердла, гвинти, різні види періодичного прокату (для економії металу при штампуванні).