Заготовки из проката
На рис.2.11. показаны основные способы прокатки.
Рис.2.11. Основные способы прокатки: а – продольная; б – поперечная; в – винтовая.
При продольной прокатке металл под действием сил трения втягивается в зазор между валками, вращающимися в разных направлениях. Почти 90% всего проката (листовой и профильный) получают продольной прокаткой.
При поперечной и винтовой прокатке заготовка деформируется валками, вращающимися в одну сторону. При винтовой прокатке металл кроме вращательного движения получает еще и поступательное движение. Этот вид прокатки применяется для получения труб. На рис.2.12. представлен сортамент прокатной продукции продольной прокатки.
В нашей стране, почти все изделия, получаемые прокаткой, стандартизированы. В стандартах приведены размеры, площадь поперечного сечения, масса единицы длины профиля и допускаемые отклонения от номинальных размеров. В стандартах на профили (балки, швеллеры, уголки и т.д.), применяемые для изготовления различных конструкций, приведены так же момент сопротивления, момент инерции, радиус инерции и др.
Рис. 2.12. Сортамент прокатной продукции: 1– круг; 2 – квадрат; 3 – шестигранник; 4 – полоса; 5 – лист; 6 – сегментная сталь; 7 – овальная сталь; 8 – трехгранная сталь; 9 – равнобокий уголок; 10 – неравнобокий уголок; 11 – тавровая балка; 12 – швеллер; 13 – двутавровая балка; 14 – рельс.
Все прокатные изделия в зависимости от их формы делят на четыре основные группы: сортовую сталь, листовую сталь, трубы и специальные виды проката.
В зависимости от назначения сортовой прокат делят на профили общего (кругляк, квадрат, полосы, уголок, швеллер, двутавр и т.д.) и специального (рельсы и профили для автотракторостроения, строительства, вагоностроения и т.д.) назначения.
Основными технологическими операциями прокатного производства являются: подготовка исходного металла; нагрев; прокатка; отделка проката.
Подготовка исходных металлов (слитков и заготовок) к прокатке заключается в удалении различных поверхностных дефектов, что увеличивает выход готовой продукции.
Нагрев слитков и заготовок перед прокаткой должен обеспечить их высокую пластичность, высокое качество готового проката и получение требуемой структуры металла.
При прокатке контролируют начальную и конечную температуру, заданный режим обжатия, проверяют настройку валков, проверяют размеры и форму проката.
Отделка проката заключается в удалении окалины и резке на мерные заготовки.
Прокатку листов и полос производят в гладких валках. Уменьшение толщины прокатываемого металла в каждом проходе достигается сближением валков на заданное расстояние.
Прокатку сортового и фасонного металла (квадрата, круга, швеллера, рельса и т.д.) осуществляют в калиброванных или ручьевых валках, т.е. на рабочих поверхностях валков сделаны углубления (ручьи) требуемой формы прокатываемого изделия. Просвет между двумя углублениями в валках называется калибром.
Если прокат получают с предварительным нагревом заготовок, то это будет горячий прокат, а без нагрева – холодный прокат. Холодный прокат применяется преимущественно для изготовления листов и ленты толщиной менее 3мм.
После прокатки изделие подвергают правке (особенно листовой прокат на роликовых правильных машинах) и резке на мерные заготовки на различных разделительных машинах (ножницы, пресса и т.д.).
Различают листопрокатное, профильное и трубопрокатное производство.
Листовой прокат в автомобилестроении идет на изготовление кузовов и многих деталей подвески и рам.
Профильный металл используется как заготовки для штамповочного производства при изготовлении различных деталей сложной конфигурации двигателя, КПП, мостов и т.д., а также при ремонте для изготовления новых или ремонтных деталей посредством механической и термической обработки.
2.3. Заготовки, получаемые ковкой и штамповкой.
Ковка и штамповка характеризуются неравномерностью деформации. Для оценки величины деформации при ковке и штамповке используют коэффициент уковки, который выражается
K0c=F2/F1=H/h>l, (2.1.)
где F1 и F2 – площадь сечения поковки соответственно до и после нее.
Задачей кузнечно-штамповочного производства является получение заготовок (иногда и деталей) необходимой формы и размеров с заданной чистотой поверхности и физико-механическими свойствами.
Ковку и штамповку относят к кузнечным способам обработки. Ковка – это процесс получения заготовок путем нанесения по поверхности металла ударных нагрузок специальным инструментом (кувалда, молоток, боек). При свободной ковке металл между плоскими бойками при механизированной ковке и между кувалдой и наковальней при ручной ковке течет свободно в стороны. Свободная ковка очень трудоемкая и сложная и обычно применяется для изготовления заготовок для штамповочного производства с целью придания необходимой формы, близкой к готовой детали (например, коленчатые стальные валы др. детали).
Методом свободной ковки получают все крупные поковки массой до 250 т и более. Мелкие и средние поковки обрабатывают малыми партиями. Исходным материалом при свободной ковке служат слитки, блюмы, болванки и прутковые катаные заготовки.
Инструмент, применяемый при свободной ковке, показан на рис. 2.13.
Свободную ковку целесообразно применять в единичном производстве поковок сложной конфигурации.
Достоинства свободной ковки:
–универсальность в отношении массы, формы и размеров заготовок;
–меньше затраты на технологическую оснастку;
–возможность использования кузнечных машин небольшой мощности.
Для массового производства поковок применяют штамповку, производительность которой, в десятки раз больше, чем при свободной ковке, а квалификация рабочих, может быть значительно ниже. За счет этого достигается значительно большая точность размеров и чистота поверхности, что уменьшает припуски на последующую механическую обработку. Штамповка может быть объемной и листовой, горячей или холодной.
Рис. 2.13. Инструменты для свободной ковки: а – бойки; б – обжимка; в – наметки, пережимки и раскатки; г – топоры; д – прошивки
Наиболее характерные операции свободной ковки показаны на рис. 2.14.
Рис. 2.14. Операции свободной ковки: а – осадка; б – раздача, в – высадка; г – протяжка; д – разгонка; е – прошивка.
При горячей объемной штамповке формообразование поковок осуществляется в штампах, рабочие полости (ручьи) которых допускают течение деформируемого металла только в определенном направлении и до определенных размеров, в результате чего достигается принудительное получение заданной формы и размеров поковки. Горячей объемной штамповкой получают поковки различной формы и размеров из стали, цветных металлов и сплавов. Техпроцесс горячей штамповки состоит из следующих операций: отрезка заготовок; нагрев заготовок; собственно штамповка (в несколько переходов или операций); обрезка облоя и зачистка заусенцев; термообработка; правка и калибровка; отделка поверхности.
Штамповка может быть осуществлена в открытых и закрытых штампах. В открытых штампах поковка получается с облоем – некоторый избыток материала в исходной заготовке, вытесненным при штамповке в облойную канавку. В закрытых штампах поковка получается безоблойной. На рис. 2.15. показаны конструкции открытых и закрытых штампов.
Рис. 2.15. Штамповка в открытых (а) и закрытых (б) штампах: 1 – верхняя половина штампа; 2 – нижняя половина штампа; 3 – конфигурация поковки; 4 – магазин; 5 – мостик.
В открытых штампах вдоль всего внешнего контура штамповочного ручья по линии раздела верхней и нижней половин штампа сделана специальная узкая облойная канавка, через которую излишек металла выдавливается в полость (магазин) и образуется облой, который после получения заготовки должен удаляться вырубкой, срезанием или скалыванием. По мере затекания металла в облойную канавку, давление нарастает, что заставляет металл заполнять всю полость ручья штампа, обеспечивая хорошее формирование поковки. Отходы металла в облой могут составлять до 10...20 % от массы поковок. При штамповке в закрытых (безоблойных) штампах, металл деформируется в замкнутом пространстве. В этом случае уменьшается до 20% расход металла и исключаются затраты на обрезку облоя. Однако закрытые штампы трудновыполнимы для деталей сложной формы, очень дороги в изготовлении и быстро выходят из строя. Кроме того, требуется высокая точность по объему при изготовлении предварительной заготовки. Отклонения в большую сторону ведет к увеличению размеров получаемой заготовки и быстрому выходу из строя штампов, а в меньшую сторону – к появлению брака из-за неполного заполнения ручья штампа.
Холодная объемная штамповка выполняется как в открытых, так и закрытых штампах и является высокопроизводительным эффективным процессом изготовления небольших и точных заготовок и деталей из стали и цветных металлов и сплавов, с высокой чистотой поверхности, при этом металл упрочняется (наклепывается) и его механические и физические свойства изменяются.
Основными операциями объемной холодной штамповки являются объемная формовка, выдавливание (прессование), калибровка, высадка и чеканка(Рис. 2.16).
Объемная формовка – операция, при которой заготовку получают обжатием в открытом или закрытом штампе.
Холодное выдавливание – изготовление сплошных и полых тонкостенных изделий из толстой заготовки выдавливанием металла в зазор между пуансоном и матрицей. Оно выполняется прямым, обратным или комбинированным способами.
Рис. 2.16. Операции холодной объемной штамповки: а – объемная формовка; б,в,г – холодное выдавливание; 1 – пуансон; 2 – матрица; 3 – изделие.
Холодная калибровка применяется для получения точных размеров и снижения шероховатости заготовок, полученных горячей объемной штамповкой или литьем.
Холодная высадка применяется для образования местных утолщений заготовок требуемой формы (головки болтов, заклепок, винтов и др. деталей).
Чеканка – операция получения рифленой поверхности на деталях.
Листовая штамповка – это метод получения плоских и объемных тонкостенных изделий из листа, ленты или полосы с помощью штамповки с нагревом или без нагрева. Изготовление заготовок из листов толщиной 0,1... 5,0мм применяется обычно холодная штамповка, а при толщине листов более 5мм – горячая штамповка.
Достоинства листовой штамповки:
–возможность изготовления прочных, жестких, тонкостенных деталей простой и сложной формы;
–высокая производительность процесса;
–экономичный расход металла;
–простота процесса;
–возможность механизации и автоматизации процесса.
Листовой штамповкой получают детали кузовов, рам, емкостей, рычаги подвески и другие детали.
Все операции листовой штамповки можно разделить на разделительные (отделение одной части заготовки от другой) и формоизменяющие (получение изделий сложной формы перемещением элементарных объемов металла исходной заготовки без ее разрушения).
Разделительные операции:
–резка – последовательное отделение части материала от исходной заготовки по прямой или кривой линии;
–вырубка – единовременное отделение материала от исходной заготовки по замкнутому контуру, при этом отделяемая часть является изделием.
–пробивка – получение отверстий по замкнутому контуру внутри детали путем отделения части материала.
Формоизменяющие операции:
–правка применяется для устранения неровностей и искривлений, плоских деталей после вырубки или пробивки;
–гибка бывает одноугловая (V – образная); многоугловая;
–вытяжка – операция, превращающая плоскую заготовку в полую деталь или заготовку;
–протяжка – вытяжка с утоньшением, применяется для изготовления полых тонкостенных деталей;
–отбортовка и разбортовка – операции для образования борта по наружному контуру заготовки или по контуру ранее выполненного отверстия;
–формовка – изменение формы заготовки посредством местных деформаций.
На рис. 2.17. приведены основные разделительные операции листовой штамповки, а на рис. 2.18. – формоизменяющие операции листовой штамповки.
2.4.Заготовки порошковой металлургии.
Этот вид заготовок применяют для производства деталей, которые не могут быть изготовлены другими методами. Например, из тугоплавких металлов (вольфрам, молибден, ванадий и т.д.), из металлов, не образующих между собой сплавы, из металлов и неметаллов (медь и графит, графит и асбест, медь и асбест и другие).
Заготовки получают из порошков различных металлов, либо металлов и неметаллов (графит, кремнезем, асбест и др.) методом порошковой металлургии. Смесь порошков прессуют в прессформах под давлением (1...6)*103 кгс/см2 и затем спекают
Рис. 2.17. Разделительные операции листовой штамповки: а – резка; б – вырубка; 1– пуансон; 2 – матрица;3 – изделие; 4 – отходы.
Рис. 2.18. Формоизменяющие операции листовой штамповки: 1 – пуансоны; 2 – матрицы; 3 – изделия или полуфабрикаты
при температуре ниже температуры плавления основного компонента. Этим способом получают такие детали автомобилей как: медно-графитовые подшипники скольжения стартеров и др. узлов, накладки тормозных колодок, накладки дисков сцепления, магниты, контакты, медно-графитовые и графитовые щетки, и другие детали.
Этот способ обеспечивает возможность полной автоматизации процесса, минимальные отходы исходного сырья, высокую точность и качество изделий, не требующих последующей механической обработки.