А. Н. Блазнов Расчет заготовок и режимов обработки при изготовлении изделий литьем, обработкой давлением, сваркой и резанием (стр. 4 из 15)

. (1.9)

В зависимости от размеров отливки на подмодельной плите устанавливается одна или несколько моделей. Допускается установка одной модели в том случае, когда для получения по ней формы необходимо использовать опоки размером не менее 400х400 мм. В противном случае на подмодельной плите устанавливается несколько моделей. Расстояние между моделями, литниковой системой и стенками опок выбирается по таблице 1.4 [4].

Таблица 1.4 – Допустимые расстояния между моделями и элементами формы

Масса отливки, кг	Допустимые расстояния, мм
	от верха модели до верха опоки	от низа модели до низа опоки	от модели до стенок опоки	от кромки стояка до стенки опоки	между кромками моделей	от кромки шлакоуловителя до кромки модели
до 5	40	40	30	30	30	30
от 5 до10	50	50	40	40	40	30
от 10 до 25	60	60	40	50	50	30
от 25 до 50	70	70	50	50	60	40
от 50 до 100	90	90	50	60	70	50
от 100 до 250	100	100	60	70	100	60
от 250 до 500	120	120	70	80	–	70

2 ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

2.1 Общие сведения о процессах обработки давлением

Обработкой давлением называют технологический процесс получения фасонных деталей или заготовок путем их пластического деформирования в нагретом или холодном состоянии.

Холодное пластическое деформирование достигается путем изменения формы и размеров зерен металла и их относительного перемещения в холодном состоянии.

В процессе обработки давлением зерна металла дробятся и вытягиваются в направлении пластического течения металла, создавая полосчатую (волокнистую) микроструктуру. Искажение кристаллической решетки приводит к возникновению напряжений в металле, изменению физико-химических свойств металла, называемому упрочнением (наклепом). При наклепе возрастают прочность и твердость, снижается пластичность.

Волокнистое строение деформированного металла приводит к анизотропии его свойств (прочность и ударная вязкость вдоль его волокон выше, чем поперек). Поэтому течение металла при обработке давлением следует направлять так, чтобы волокна совпадали с направлением наибольших напряжений в детали при ее эксплуатации.

Наклеп при холодном деформировании в 1,5 – 2 раза увеличивает прочность и твердость металла при одновременном снижении его пластичности. Поэтому в ряде случаев изделия специально подвергают упрочняющему деформированию.

Горячая обработка давлением представляет собой процесс деформирования предварительно нагретого или нагрев холоднодеформированного металла.

При этом происходят разупрочняющие процессы, называемые возвратом и рекристаллизацией. Сущность этих явлений сводится к образованию нормальной (не волокнистой) структуры при температуре, достаточной для формирования кристаллической структуры (обычно 0,4 Т_кр), т.е. действию, обратному наклепу. В результате исчезает анизотропия свойств металла, увеличивается пластичность, снижается твердость и улучшается обрабатываемость резанием.

2.2 Виды обработки давлением

Пластическое деформирование при обработке давлением, состоящее в преобразовании заготовки простой формы в деталь более сложной формы того же объема, относится к малоотходной технологии. Основная масса стали, выплавляемой в сталеплавильных цехах, поступает в прокатные цеха в виде слитков.

В зависимости от материала заготовки, формы и размеров изделий, типа производства применяют следующие виды обработки давлением: прокатку, волочение, прессование, ковку, штамповку.

Прокатка – деформирование холодного или нагретого металла вращающимися валками для изменения формы и размеров поперечного сечения и увеличения длины заготовки. Технологические процессы прокатки обычно состоят из двух стадий: прокатки слитка в полупродукт; прокатки полупродукта в готовый прокат.

Полупродуктом являются слябы (рисунок 2.1г), блюмы (рисунок 2.1д), а также более мелкие заготовки (рисунок 2.1е), которые прокатываются из блюмов.

Получаемый из полупродукта прокат применяют непосредственно в конструкциях либо в качестве заготовок для последующей ковки, штамповки, сварки. Совокупность различных профилей называют сортаментом. Сортамент прокатываемых профилей делят на четыре группы: листовой прокат, сортовой прокат, трубы и прокат специальных видов.

Листовой прокат получают прокаткой слябов на листовых станах. Листовую сталь делят также в зависимости от ее назначения на электротехническую, автотракторную, судостроительную и т.д. Изделия из холоднокатаной стали имеют более высокую точность и менее шероховатую поверхность, чем из горячекатаной.

Сортовой прокат простой формы (в сечении квадрат, круг, прямоугольник, шестигранник) и сложной фасонной формы (двутавровые балки, швеллеры, рельсы, уголки и т. п.) прокатывают на сортовых станах из блюмов и заготовок, пропуская их через ряд соответствующих калибров (рисунки 2.1п, 2.1и).

Трубы получают сваркой заготовок (рисунок 2.1к), свернутых из полосы, или прокаткой на автоматических трубопрокатных станах.

Специальные виды проката – колеса, кольца, оси, втулки, шары, сверла, зубчатые колеса, винты с крупной резьбой и т. п. – получают на деталепрокатных станах, при этом достигается большая производительность при экономном расходовании металла.

Волочение заключается в протягивании заготовок с силой Р (рисунок 2.1л) через сужающееся отверстие в инструменте, называемом волокой. Конфигурация отверстия определяет форму получаемого профиля. Исходными заготовками служат прокатные или прессованные прутки и трубы. Волочением получают проволоку диаметром от 0,002 до 10 мм и фасонные профили, а также калибруют трубы диаметром от 0,3 до 200 мм и прутки диаметром от 3 до 150 мм. Волочение производят в холодном состоянии, что обеспечивает такую же точность размеров и шероховатость поверхности, как при обработке резанием.

Прессование – это выдавливание с силой Q заготовки (рисунок 2.1м) из контейнера через отверстие в матрице, соответствующее сечению выдавливаемого профиля. Прессованием получают прутки диаметром от 3 до 250 мм, трубы диаметром от 20 до 400 мм и другие профили, сплошные и полые, с постоянным или переменным сечением.

Ковка – это деформирование усилием N нагретой заготовки (рисунок 2.1н) рабочими поверхностями универсальных инструментов – бойков при свободном течении материала в стороны. Ковкой получают разнообразные по форме и размерам поковки массой до 300 т, которые служат заготовками для последующей обработки резанием.

Штамповка – обработка заготовок из сортового или листового проката давлением с помощью специального инструмента – штампа. Ее широко применяют для серийного изготовления деталей.

Рисунок 2.1 – Схема получения заготовок давлением

В зависимости от характера деформирования и используемых заготовок холодную штамповку делят на объемную (сортового металла) и листовую (листового металла).

2.3 Объемная штамповка

Холодная штамповка производится в соответствующих штампах без нагрева заготовок и сопровождается деформированным упрочнением металла. Она обеспечивает достаточно высокую точность и малую шероховатость поверхности заготовок при малых отходах металла, низкой трудоемкости и стоимости изготовления.

Возможность осуществления холодной штамповки и качество получаемых заготовок и деталей во многом определяется качеством исходного материала. В металлургических процессах выплавки металла нужно обеспечить его химический состав и отсутствие загрязнений металла. Технологические режимы прокатки и термообработки заготовок должны способствовать получению равномерной мелкозернистой структуры металла.

В качестве заготовок для объемной штамповки используют, как правило, сортовой прокат. Большое значение имеет подготовка поверхности заготовок – удаление окалины, загрязнений и поверхностных дефектов. Заготовки смазывают для снижения силы штамповки, повышения стойкости инструмента, предотвращения трещин и других дефектов. Процессы холодной штамповки выполняют за несколько технологических проходов, постепенно приближая форму и размеры заготовок к форме и размерам готовых деталей.