Характеристики материала, обрабатываемого давлением

 

При выборе металла или сплава для изготовления изделия различными способами обработки давлением необходимо учитывать пригодность материала к конкретному способу обработки. Эта пригодность характеризуется следующими основными свойствами материала.

1. Пластичность – способность материала пластически деформироваться без разрушения.

Пластичность находится в прямой зависимости от химического состава металла, структуры и фазового состава структуры материала..

1.1. Химический состав.  

С повышением содержания углерода в стали пластичность падает. Большое влияние оказывают элементы, входящие в состав сплава. Олово, свинец, сера не растворяются в железе и, располагаясь по границам зерен, ослабляют связи между ними. Кроме того, температура плавления этих элементов низкая и при нагреве под горячую деформацию они расплавляются в первую очередь, что приводит к нарушению связи между зернами и потере пластичности.

1.2. Структура металла.

Пластичность зависит и от структурного состояния металла. Металлы с мелким зерном пластичнее крупнозернистого. Металл слитков или отливок менее пластичен, чем металл после обработки давлением, так как литая структура имеет резкую структурную неоднородность (различные размеры зерен по объему изделия).

1.3. Фазовый состав структуры.

Фазовый состав структуры зависит от скорости охлаждения металла. По увеличению скорости охлаждения, образующиеся структурные составляющие можно расположить в следующей последовательности: феррит, перлит, сорбит, трости, бейнит, мартенсит. Чем выше скорость охлаждения, тем, как правило, ниже пластичность.

2. Формоизменяемость – свойство металла изменять свою форму под действием силового воздействия инструмента не разрушаясь. Формоизменяемость называется ковкостью применительно к процессам ковки, и штампуемостью применительно к объёмной и листовой штамповке. Формоизменяемость зависит от многих параметров. Наиболее существенным из них является пластичность. Чем выше пластичность материала, тем большее количество суммарного силового воздействия он выдерживает без разрушения.

 3. Деформируемость – способность материала в конкретных термомеханических условиях обработки давлением пластически деформироваться без значительного сопротивления.

       Материал, обладающий в конкретных термомеханических условиях повышенным сопротивлением пластической деформации, называется труднодеформируемым материалом, а низким – хорошо деформируемым. Деформируемость зависит от температуры нагрева металла. Как правило, с повышением температуры деформируемость улучшается.

ЛЕКЦИЯ  9-10. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ                                          ДАВЛЕНИЕМ

IV. Ковка – технологический процесс получения заготовок или деталей в результате пластического деформирования исходной заготовки в бойках без ограничения бокового течения металла.

Исходная заготовка – отливки, блюмы, слябы, прокат.

Инструмент – бойки:  

а) плоские (рис. 28Д); б) фигурные (рис. 28Д, б).

Различают ручную и машинную ковку.

Оборудование.

1. Ручная ковка

Кувалда и наковальня.

2. Машинная ковка.

Паровоздушные молоты и гидравлические прессы. 

Паровоздушные молоты – машины ударного действия. Применяются при ковке высокопластичных материалов.

Гидравлические прессы – машины статического действия. Применяются при ковке малопластичных материалов.

 

а                                                                       б     Рис. 28Д. Ковка. 1 – плоские бойки; 2 – поковка; 3 – фигурные (вырезные) бойки; Р – усилие ковки; S – боковое течение металла. Для быстрого получения поковок круглого сечения из квадратных или круглых заготовок применяют фигурные (вырезные) бойки (рис. 28Д, б), имеющие скруглённые выемки. В таких бойках заготовка получает более точную цилиндрическую форму. При этом силы Р, направленные к оси заготовки, оказывают сжимающее действие, препятствующее интенсивному течению материала в стороны и способствующее более равномерному течению материала в продольном направлении

Технология ковки.

Ковка выполняется, как правило, в горячем состоянии. К основным операциям ковки относятся: осадка (рис. 29Д), высадка (рис. 30Д), прошивка (рис. 31Д), пробивка (рис. 32Д), протяжка (рис. 33Д), разгонка (рис. 34Д), отрубка (рис. 35Д), гибка (рис. 36Д) и закручивание (рис. 37Д).

Рис. 29Д. Осадка -уменьшение высоты заготовки при увеличении площади её поперечного сечения.		а – исходное положение; б – осадка; в – потеря устойчивости при осадке; 1 – боек; 2 –плита; 3 – исходная заготовка; 4 –поковка после осадки без потери устойчивости; 5 – поковка после осадки с потерей устойчивости (брак); d1 – диаметр поковки после осадки Условие выполнения осадки без потери устойчивости h 0/ d 0 £ 2,5 h 0 – высота исходной заготовки; d 0 – диаметр исходной заготовки.
а                  б Рис. 30Д. Высадка -осадка заготовки на части ее длины.		а – исходное положение; б – высадка 1 – боек; 2 –плита; 3 – исходная заготовка; 4 –поковка после высадки; 5 - матрица
а                б Рис. 31Д. Прошивка - получение полостей в заготовке.		а – исходное положение; б –прошивка; 1 – боек; 2 –плита; 3 – исходная заготовка; 4 – прошивень.
Рис. 32Д. Пробивка - получение в заготовке сквозного отверстия		1 – боек; 2 – матрица; 3 – исходная заготовка; 4 – прошивень; 5 – выдра; 6 – поковка.
а                                     б  Рис. 33Д. Протяжка - удлинение заготовки или ее части за счет уменьшения толщины заготовки	а – исходное положение; б –протяжка; 1 – верхний боек; 2 –нижний боек; 3 – исходная заготовка; 4 – поковка после протяжки; δ – толщина исходной заготовки; δ1 – толщина поковки после протяжки; S – поперечная подача исходной заготовки в бойки.
Рис. 34Д. Разгонка – операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины.
а                                   б Рис. 35Д. Отрубка - отделение части заготовки.	1 – топор; 2 – исходная заготовка. Выполняется за 2 прохода. а – первичное внедрение топора; б – переворот заготовки и окончательная отрубка. Поскольку после первичного внедрения топора и переворота заготовки попасть точно в плоскость первоначального надруба очень трудно, то в результате рубки всегда образуется заусенец – острый выступ на поверхности металла, являющийся побочным результатом обрабатывающего воздействия.
а                          б   Рис. 36Д. Гибка- придание заготовке изогнутой формы	а – исходное положение; б –гибка; 1 – верхний фигурный боек; 2 – нижний фигурный (вырезной) боек; 3 – исходная заготовка; 4 – поковка (скоба); Р – усилие ковки.

 

  

а                                        б Рис. 37Д. Скручивание - операция, при которой часть заготовки поворачивается вокруг своей продольной оси.

а – исходное положение; б – скручивание; 1 – верхний боек; 2 – нижний боек; 3 – исходнпя заготовка; 4 – поковка после скручивания; 5 – вороток; Рз – усилие зажатия исходной заготовки в бойках; Р – усилие скручивания. Исходная заготовка 3 зажимается в бойках 1 и 2 с усилием Рз. Затем, воротком 5 с усилием Р выполняется скручивание исходной заготовки.

                                                     

Продукция ковки (рис.38Д)

 

Рис. 38Д. Продукция ковки.

Коленчатые валы судовых двигателей и двигателей тракторов, различные детали сельхозтехники

 

Требования технологичности к конструкции поковок, получаемых ковкой (Табл. 1Д)

Технологично              Нетехнологично	Следует избегать конических форм
Технологично              Нетехнологично	Следует избегать клиновых форм
Технологично               Нетехнологично	Следует избегать участков пересечений цилиндрических поверхностей между собой
Технологично                 Нетехнологично	Следует избегать участков пересечений цилиндрических и призматических поверхностей
Технологично                  Нетехнологично	Следует избегать ребристых выступов или бобышек на плоских поверхностях, а также внутренних выступов в развилинах вильчатых деталей