Литье под регулируемым давлением

К литью под регулируемым давлением относят способы литья, сущность которых заключается в том, что заполнение полости формы расплавим и затвердевание отливки происходит под действием избыточного давления воздуха или газа. В практике наибольшее применение нашли следующие процессы литья под регулируемым давлением: литье под низким давлением, литье под низким давлением с противодавлением, литье вакуумным всасыванием, литье вакуумным всасыванием с кристаллизацией под давлением (вакуумно-компрессионное литье).

Главными преимуществами являются возможность получения заготовок с минимальными припусками на механическую обработку или без неё и минимальной шероховатостью необработанных поверхностей, а также обеспечение высокой производительности и низкой трудоёмкости изготовления деталей.

Применяется для литья поршней, головок блока цилиндров из алюминиевых сплавов и т. д., втулок, элементов подшипников.

 

Литье в оболочковые формы

Литье в оболочковые формы появилось как попытка автоматизировать изготовление разрушаемых форм. На нагретую модель, выполненную из металла, насыпается смесь песка с частицами неполимеризованного термореактивного материала. Выдержав эту смесь на поверхности нагретой заготовки определенное время, получают слой смеси, в котором частицы пластмассы расплавились и полимеризовались, образовав твердую корку (оболочку) на поверхности модели. При переворачивании резервуара излишняя смесь ссыпается, а корка, с помощью специальных выталкивателей, снимается с модели. Далее, полученные таким образом оболочки, соединяют между собой склеиванием силикатным клеем, устанавливают в опоках и засыпают песком, для обеспечения прочности при заливке металла. Также получают керамические стержни для формирования внутренних полостей отливок.

Литье в оболочковые формы по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы имеет существенное преимущество — простоту автоматизации получения форм. Но надо отметить, что литьем в оболочковые формы невозможно получать крупногабаритные отливки и изделия особо сложной формы.

Литье в оболочковые формы отливают: радиаторы парового и водяного отпления, детали автомобилей и ряда машин.

 

Центробежное литье

Принцип центробежного литья заключается в том, что заполнение формы расплавом и формирование отливок происходят при вращение формы либо вокруг горизонтальной, вертикальной или наклонной оси, либо при её вращение по сложной траектории.

Технология центробежного литья обеспечивает целый ряд преимуществ, зачастую недостижимых при других способах, к примеру:

· высокая износостойкость.

· высокая плотность металла.

· отсутствие раковин.

· в продукции центробежного литья отсутствуют неметаллические включения и шлак.

Центробежным литьем получают литые заготовки, имеющие форму тел вращения:

· втулки

· венцы червячных колес

· барабаны для бумагоделательных машин

· роторы электродвигателей.

Наибольшее применение центробежное литье находит при изготовлении втулок из медных сплавов, преимущественно оловянных бронз.

По сравнению с литьем в неподвижные формы центробежное литье имеет ряд преимуществ: повышаются заполняемость форм, плотность и механические свойства отливок. Однако для его организации необходимо специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу литья: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм.

 

Литье по газифицируемым моделям

Технология литья по газифицированным моделям является одной из самых перспективных и развивающихся в настоящее время технологий литья. Эту технологию можно отнести к способу литья по выплавляемым моделям, но отличие в отличии от данных сходных способов модель удаляется (газифицируется) не до заливки, а в процессе заливки формы металлом, который вытесняя (замещая) «испаряющуюся модель» из формы, занимает освободившиеся пространство полости формы.

Основными преимуществами отливок, изготовленных по этой технологии являются следующие:

· высокая точность получаемых отливок даже при сложной конфигурации. (7-12 класс по ГОСТ 26645-85)

· качество и плотность металла в отливке обеспечивается за счет частичного вакуумирования в процессе литья.

· высокое качество поверхности отливок (RZ 80) позволяет в некоторых случаях совсем отказаться от механической обработки, которая была бы необходима при другом способе изготовления.

· минимальный припуск на механическую обработку если она всё же необходима.

· полная идентичность отливок в серии.

Области применения литья по газифицированным моделям – это отливки различной серийности, от единичного производства до промышленных серий.

Материалы отливок – это практически все марки чугунов от СЧ15 до ВЧ-50, износостойкие ИЧХ. Стали – от простых углеродистых ст. 20-45 до высоколегированных, теплостойких и жаропрочных. Бронзы – практически все литейные марки бронз.

Основной развес отливок от 1 до 300 кг. Штучное изготовление – до 1 тн.

 

Непрерывное литье

Сущность способа состоит в том, что жидкий металл равномерно и непрерывно заливают в охлаждаемую форму-кристаллизатор с одного конца и в виде затвердевшего слитка (прутка, трубы, заготовки квадратного, прямоугольного или другого сечения). Затем его вытягивают специальным механизмом с другого конца. С помощью этого способа можно получать отливки из всех известных черных и цветных сплавов.

При непрерывном литье возможно получат получение слитка, трубы, профиля неограниченной длины и требуемого поперечного сечения.

Способ непрерывного литья используют также и для получения слитков из цветных и черных сплавов. Практически все алюминиевые сплавы для передела прокаткой в листы, профили и другие изделия разливают в слитки данным методом.

 

Литье металла в ХТС

- формы из холодно-твердеющих смесей. COLD-BOX-AMIN -технология. Холодно-твердеющие смеси – это специальные смеси, которые после изготовления не требуют нагрева в сушильных печах. Благодаря связующим составляющим и отвердителям, они самозатвердевают на воздухе за 10-15 мин. Эта технология очень похожа на традиционную (литье металла в песчано-глинистые формы), только в виде связующего вещества для смесей песка применяют искусственные смолы. Для отверждения смол применяется продувка стержневых ящиков различными третичными аминами. Возможность получать отливки 7 класса точности по ГОСТ 26645-85.

Холодно-твердеющие смеси крайне редко применяются в качестве общих формовочных материалов вследствие высокой стоимости связующих и затруднительной регенерации смесей. Применение ХТС для изготовления форм экономически оправдано в том случае, когда отношение массы формы к массе заливки металла не превышает 3:1. Поэтому эти смеси используются преимущественно для изготовления стержней, позволяющих формовать полости в отливке.

Технология литья в ХТС позволяет обеспечить высокое качество поверхности литья, отсутствие газовых дефектов и засоров в отливке.

 

 

Способ литья	Материалы отливок	Форма и размеры	Точность (квалитеты), шероховатость (Rz, мкм)	Область применения
Литье в песчано-глинистые формы	Чугун, сталь, цветные металлы	Крупногабаритные, сложной формы	Грубее 14 кв Rz =300	Все отрасли машиностроения, от массового до единичного производства
Литье в оболочковые формы	Чугун, сталь, цветные металлы	Масса менее 1т. Размеры и форма ограниченны	Грубее 14 кв Rz =300	Серийное и массовое производство
Литье в кокиль	Алюминиевые и медные сплавы	Масса до 250 кг, форма ограниченна условиями извлечения отливки из кокиля	12-14 кв Rz >40	Серийное и массовое производство
Литье под давлением	Алюминиевые, цинковые, реже медные сплавы	Масса до 200 кг, форма ограниченна условиями раскрытия прессформы	7-12 кв Rz =0,63…40	Крупносерийное массовое производство
Литье по выплавляемым моделям	Сталь, спец. сплавы, медные сплавы	Форма ограниченна, масса до 20 кг, в художественном литье не ограничена	10-14 кв Rz =2,5…40	Серийное производство сложных по форме изделий, в том числе тугоплавких сплавов
Центробежное литье	Чугун, сталь, цветные металлы	Форма тел вращения, трубы диаметром до 1200 мм и длинной 7000 мм	9-11 кв	Серийное и массовое производство
Литье по газифицируемым моделям	Чугун, сталь, бронза	Масса от 1 до 300 кг Возможность получать детали сложной формы	12-14 кв Rz =40 (для стали Rz =80)	От единичного до массового производства
Литье металла в ХТС	Чугун, сталь, цветные металлы	Масса от 5 кг до 5 т. Максимальные габариты 2500×2200×1200	10-12 кв Rz>40	От единичного до массового производства

Вернуться назад

 

Сущность литейного производства состоит в получении заготовок или деталей путём заливки расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки или детали. При охлаждении залитый металл затвердевает и сохраняет конфигурацию полости формы. Литые заготовки (отливки) в дальнейшем подвергают механической обработке.

Литьём получают отливки как простой, так и сложной конфигурации с внутренними полостями. Масса отливок колеблется от нескольких граммов до нескольких сотен тонн.

Важнейшей задачей литейного производства является получение отливок, по форме и размерам приближающихся к готовой детали, что существенно сокращает обработку резанием.

Для изготовления отливок служит литейная форма, которая представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. Литейные формы изготавливают как из неметаллических материалов (песчаные формы, формы, изготовленные по выплавляемым моделям, оболочковые формы и др.), так и из металлов (кокили, пресс-формы для литья под давлением, изложницы для центробежного литья).

Литье в песчаные формы является самым распространенным способом изготовления отливок. Этим способом изготавливают разнообразные по конфигурации отливки из чугуна, стали и сплавов цветных металлов от нескольких десятков грамм до сотен тонн с толщиной стенки от 3 – 5 до 1000 мм и длиной до 10 000 мм. Сущность литья в песчаные формы заключается в получении отливок из расплавленного металла, затвердевшего в формах, которые изготовлены из формовочных смесей путем уплотнения с использованием модельного комплекта.

Литье по выплавляемым моделям – процесс получения отливок из расплавленного металла в формах, не требующих разъема, так как рабочая полость образуется благодаря удалению (вытеканию) легкоплавкого материала модели при ее предварительном нагревании. Выплавляемые модели изготавливают из модельных составов, состоящих из двух и более компонентов.

Для изготовления модельных составов широко используют модельный состав, содержащий парафин, буроугольный воск и кубовый остаток. Этот состав хорошо заполняет полость пресс-формы, дает четкий и чистый отпечаток. Выплавляемые модели изготавливают в пресс-формах, состоящих из двух и более частей, с вертикальным или горизонтальным разъемами. Для извлечения моделей в конструкции пресс-форм предусматривают специальные толкатели.

Заливку форм по выплавляемым моделям производят сразу же после прокалки в нагретом состоянии. Заливка может быть свободной, под действием центробежных сил, в вакууме и т.д. После затвердевания залитого металла и его охлаждения отливки удаляют из формы механическими, а затем химическими методами, обрубают их и, как правило, подвергают термической обработке.

Изготовление отливок литьём по выплавляемым моделям механизировано и автоматизировано. В массовом производстве используют автоматические установки для изготовления моделей, приготовление суспензии и нанесение её на блоки моделей и обсыпки их песком, для прокаливания и заливки форм. Эти установки объединяют транспортными устройствами в единую систему. Литьё по выплавляемым моделям обеспечивает получение точных и сложных отливок из различных сплавов массой 0,02 – 15 кг с толщиной стенок 0,5 – 5 мм.

Литьём по выплавляемым моделям изготавливают многие детали и заготовки для машиностроительной, авиационной и других отраслей промышленности.

Недостатком этого способа является сложность и длительность процесса производства отливок, применение специальной дорогостоящей оснастки.

Литье в оболочковые формы – процесс получения отливок из расплавленного металла в формы, изготовлен­ные по горячей модельной оснастке из специальной смеси с термореактивными связующими материалами. Формо­вочную смесь приготовляют из мелкозернистого кварце­вого или цирконового песков перемешиванием с термо­

реактивными связующими материалами. В формовочную смесь добавляют увлажнители (керосин, глицерин), растворители (ацетон, этиловый спирт) и другие вещества.

При изготовлении оболочковых форм модельную плиту нагревают в печи до 200 – 250 °С и пульверизатором наносят смазочный материал для облегчения последующего съёма оболочки, затем плиту закрепляют на опрокидывающемся бункере с формовочной смесью и поворачивают на 180°. Формовочную смесь насыпают на модельную плиту и выдерживают 10 – 30 с.

Под действием теплоты, исходящей от модельной плиты, термоактивная смола в пограничном слое расплавляется, склеивает песчинки и отвердевает с образованием песчано-смоляной оболочки толщиной 5 – 15 мм (в зависимости от времени выдержки). Бункер возвращается в исходное положение, излишки формовочной смеси осыпаются с оболочки. Модельная плита с оболочкой прокаливается в печи при температуре 300 – 350 °С, при этом смола переходит в твёрдое необратимое состояние. Твёрдая оболочка снимается с модели с помощью специальных выталкивателей.

Кроме оболочковых форм, этим способом изготавливают оболочковые стержни, используя нагреваемые стержневые ящики. При сборке форм полуформы склеивают специальным клеем на прессах, что обеспечивает высокую прочность шва.

Заливка форм производится в вертикальном или горизонтальном положении оболочки. Выбивка отливок производится на вибрационных решетках или на специальных выбивных установках.

В промышленности внедрены многопозицион­ные автоматические машины и автоматические линии для изготовления оболочковых форм и стержней. Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую точность отливок, малую шероховатость поверхности, снижает расход формовочных материалов и объем механической обработки, является высокопроизводительным, процес­сом. В оболочковых формах изготавливают отливки мас­сой 0,2 – 50 кг и толщиной стенки 3 – 15 мм из всех литей­ных сплавов.

Изготовление отливок в металлических формах осуществляется различными способами. Наибольшее распространение получили литье в кокиль, под давлением и центробежное.

Литье в кокиль – изготовление отливок из расплавлен­ного металла в металлических формах-кокилях. Форми­рование отливки происходит при интенсивном отводе теплоты от расплавленного металла, от затвердевающей и охлаждающейся отливки к массивному металлическому кокилю.

Основные элементы кокиля – полуформы, поддоны, стержни и т.д. – обычно изготавливают из серого и высокопрочного чугунов, стали и алюминиевых сплавов литьём, механической обработкой и т.д.

Отливки простой конфигурации изготавливают в неразъёмных кокилях (рис. 2.1, а). Несложные отливки с небольшими выступами и впадинами на наружных поверхностях изготавливают в кокилях с вертикальным разъёмом (рис. 2.1, б). При изготовлении крупных, простых по конфигурации отливок используют кокили с горизонтальными разъёмами (рис. 2.1, в). Кокили с комбинированным разъёмом применяют при изготовлении сложных отливок. Полости в отливках получают с помощью песчаных или металлических стержней. Металлические стержни удаляют из отливки после образования в ней прочной корки.

Расплавленный металл в форму подводят сверху, снизу (сифоном), сбоку – через щелевидный питатель или питатели, расположенные на нескольких уровнях. Для удаления воздуха и газов по плоскости разъёма кокиля прорезают вентиляционные каналы. Отливки из плоскости кокиля извлекают выталкивателями. Заданный тепловой режим литья обеспечивается системой подогрева и охлаждения кокиля. Все операции технологического процесса механизированы и автоматизированы.

Литье в кокиль позволяет сократить, а во многих случаях полностью избежать расхода формовочных и стержневых смесей, трудоемких операций формовки и выбивки форм, повысить точность размеров отливок и уменьшить шероховатость поверхности, снизить в 2раза объем механической обработки отливок. Литьем в кокиль получают разнообразные отливки с толщиной стенок 3 – 100 мм и массой 0,1 – 500 кг.

Литьё под давлением – процесс получения отливок в металлических формах (пресс-формах), при котором заливка расплавленного металла в форму и формирова­ние

отливки осуществляется под давлением при интенсив­ном отводе теплоты от залитого металла, затвердевающей и охлаждающейся отливки к массивной металлической пресс-форме.

Отливку изготавливают на специальных ма­шинах литья под давлением с холодной или горячей камерой прессования.

При изготовлении отливок на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования порцию расплавленного металла заливают в камеру прессования. Пресс-форма состоит из подвижной и неподвижной полуформ. В пресс-форму металл подаётся под действием плунжера. Полости в отливке получают установкой в форму металлических стержней. После затвердевания пресс-форма раскрывается, и отливка удаляется из полости выталкивателями. Машины с холодной камерой прессования применяют для изготовления отливок массой до 45 кг. Давление плунжера на расплавленный металл составляет 50 – 100 МПа и более.

Литьё под давлением является высокомеханизированным и автоматизированным процессом. Литьё под давлением позволяет получать отливки, максимально приближенные по форме и размерам к готовой детали, дает возможность изготовить сложные тонкостенные отливки с толщиной стенок 0,8 – 6 мм и отверстиями диаметром до 1 мм, массой от нескольких граммов до 45 кг.

Недостатком этого способа является высокая стоимость, сложность изготовления, ограниченныйсрок службы пресс-форм, опасность появления трещин в от­ливках.

Центробежное литье – процесс получения отливок из расплавленного металла во вращающихся формах. Формирование отливки осуществляется в поле действия центробежных сил, что измельчает их структуру, очищает расплав от неметаллических включений, повышает меха­нические свойства и герметичность отливок. Центробеж­ным литьем изготавливают отливки на специальных маши­нах с горизонтальной или вертикальной осью вращения.Схемы изготовления отливок на центробежных машинах представлены на рис. 2.2.

Для изготовления отливок центробежным литьём используют автоматические однопозиционные и многопозиционные карусельные машины, в которых управление всеми технологическими операциями процесса осуществляется от ЭВМ.

При центробежном литье исключаются затраты на изготовление стержней, меньше расход металла на литниковую систему, лучше заполняемость форм металлом, выше плотность отливки, чем при литье в песчаные формы.

Давление

Обработка металлов давлением основана на их способности в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на деформируемое тело (заготовку) внешних сил.

Если при упругих деформациях деформируемое тело полностью восстанавливает исходные форму и размеры после снятия внешних сил, то при пластических деформациях изменение формы и размеров, вызванные действием внешних сил, сохраняются и после прекращения действия этих сил. Упругая деформация характеризуется смещением атомов относительно друг друга на величину, меньшую межатомных расстояний, и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исходное положение. При пластических деформациях атомы смещаются относительно друг друга на величины, большие межатомных расстояний, и после снятия внешних сил не возвращаются в свое исходное положение, а занимают новые положения равновесия.

Для начала перехода атомов в новые положения равновесия необходима определенная величина действующих напряжений, зависящая от межатомных сил и характера взаимного расположения атомов (типа кристаллической решетки, наличия и расположения примесей, формы и размеров зерен поликристалла и т.п.).

Так как сопротивление смещению атомов в новые положения изменяется не пропорционально смещению, то при пластических деформациях линейная связь между напряжениями и деформациями обычно отсутствует.

Напряжения, вызывающие смещение атомов в новые положения равновесия, могут уравновешиваться только силами межатомных взаимодействий. Поэтому под нагрузкой при пластическом деформировании деформация состоит из упругой и пластической составляю­щих, причем упругая составляющая исчезает при разгрузке (при снятии деформирующих сил), а пластическая составляющая приводит с остаточному изменению формы и размеров тела.

В новые положения равновесия атомы могут переходить в результате смещения в определенных параллельных плоскостях, без существенного изменения расстояний между этими плоскостями. При этом атомы не выходят из зоны силового взаимодействия, и деформация происходит без нарушения целостности металла, плотность которого практически не изменяется. Скольжение одной части кристаллической решетки относительно другой происходит по плоскостям наиболее плотного размещения атомов (плоскостям скольжения).

В реальных металлах кристаллическая решетка имеет линейные дефекты (дислокации), перемещение которых облегчает скольжение.

Величина пластической деформации не безгранична, при определенных ее значениях может начаться разрушение металла.

На величину пластической деформации, которую можно до­стичь без разрушения (предельная деформация), оказывают влияние многие факторы, основные из которых: механические свойства металла (сплава), температурно-скоростные условия деформирова­ния и схема напряженного состояния. Последний фактор оказывает большое влияние на значение предельной деформации.

Наибольшая предельная деформация достигается при отсутствии растягивающих напряжений и увеличении сжимающих. В этих условиях (схема, неравномерного всестороннего сжатия) даже хрупкие материалы типа мрамора могут получать пластические деформации. Схемы напряженного состояния в различных процессах и операциях

обра­ботки давлением различны, вследствие чего для каждой операции, металла и температурно-скоростных условий существуют свои оп­ределенные предельные деформации.

Существенными преимуществами обработки металлов давлением, по сравнению с обработкой резанием, являются: возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышение производительности труда, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой за­готовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износо­стойкостью и т.д.) при наименьшей их массе. Эти и другие преимущества обработки металлов давлением (отмеченные ниже) способствуют неуклонному росту ее удельного веса в металлообработке.

Совершенствование технологических процессов обработки металлов давлением, а также применяемого оборудования позволяет расширять номенклатуру деталей, изготавливаемых обработкой давлением, увеличивать диапазон деталей по массе и размерам, а также повы­шать точность размеров полуфабрикатов, получаемых обработкой металлов давлением.

Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяют на два вида:

1) для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления из них деталей только обработкой резанием или с использованием предварительного пластического формоизменения, основными разновидностями таких процессов являются прокатка, прессование и волочение;

2) для получения деталей или заготовок (полуфабрикатов), имеющих приближенно формы и размеры готовых деталей и требующих обработки резанием лишь для придания им окончательных размеров и получения поверхности заданного качества; основными разновидностями таких процессов являются ковка и штамповка.

Прокатка (рис. 3.1, а) заключается в обжатии заготовки 2между вращающими валками 1. Силами трения (Р_тр) заготовка втяги­вается между валками, а силы (Р), нормальные к поверхности валков, уменьшают поперечные размеры заготовки.

Прессование (рис. 3.1, б) заключается в продавливании заго­товки 2, находящейся в замкнутой форме 3, через отверстие матрицы1,причем форма и размеры поперечного сечения выдавленной части заготовки соответствуют форме и размерам отверстия матрицы, а длина ее пропорциональна отношению площадей поперечного се­чения исходной заготовки и выдавленной части и перемещению давящего инструмента 4.

Волочение (рис. 3.1, в) заключается в протягивании заготовки 2через сужающуюся полость матрицы 1; площадь поперечного се­чения заготовки уменьшается и получает форму поперечного сече­ния отверстия матрицы.

Ковкой (рис. 3.1, г) изменяют форму и размеры заготовки 2путем последовательного воздействия универсальным инструмен­том 1 на отдельные участки заготовки.

Штамповкой изменяют форму и размеры заготовки с помощью специализированного инструмента – штампа (для каждой детали изготавливают свой штамп). Различают объемную (рис. 3.1, д) и листовую (рис. 3.1, е) штам­повку.

При объемной штамповке сортового металла (рис. 3.1 д) на заготовку, являющуюся обычно отрезком прутка, воздействуют штампом 1, причем металл заполняет полость штампа, приобретая ее форму и размеры.

Листовой штамповкой (см. рис. 3.1 е) получают плоские и пространственные полые детали из заготовок, у которых толщина значительно меньше размеров в плане (лист, лента, полоса). Обычно заготовка деформируется с помощью пуансона 1 и матрицы 2.

Прокатке подвергают до 90 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. При прокатке металл пласти­чески деформируется вращающимися валками. Взаимное расположе­ние валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными. Выделяют три основных вида прокатки: продольную, попе­речную и поперечно-винтовую.

При продольной прокатке заготовка деформируется между двумя валками, вращающимися в разные стороны, и переме­щается перпендикулярно к осям валков.

При поперечной прокатке валки, вращаясь в одном направлении, придают вращение заготовке и деформируют ее.

При поперечно-винтовой прокатке валки располо­жены под углом и сообщают заготовке при деформировании враща­тельное и поступательное движения.

В процессе прокатки металл непрерывно втягивается в зазор между валками под действием сил трения между металлом и вал­ками. Для осуществления процесса прокатки необходима определен­ная величина этих сил трения. Так, при наиболее распространенной продольной прокатке (рис. 3.2,а) на заготовку со стороны валков действуют нормальные силы (N) и сила трения (Т).

Форму поперечного сечения прокатанной полосы называют профилем. Совокупность форм и размеров профилей, получаемых прокаткой, называют сортаментом. В России почти весь сортамент проката изготавливается в соответствии со стандартами (государственными, общесоюзными). В стандартах на сортамент проката приве­дены: площадь поперечного сечения, размеры, масса 1 м длины про­филя и допустимые отклонения от номинальных размеров. Сорта­мент прокатываемых профилей разделяется на четыре основные группы: сортовой, листовой, трубы и специальные виды проката.

Сортовой прокат (рис. 3.2, б) делят на профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоуголь­ник) и фасонные (швеллер, рельс, угловой и тавровый и т.д.). Круглую и квадратную сталь прокатывают соответственно с диаметром или стороной квадрата 5 – 250 мм; шестигранную – с диаметром вписанного круга 6 – 100 мм; полосовую – шириной 10 – 200 мм и толщиной 4 – 60 мм.

Цветные металлы и их сплавы прокатывают преимущественно на простые профили: круглый, квадратный, прямоугольный.

Листовой прокат из стали и цветных металлов исполь­зуют в различных отраслях промышленности. Листовую сталь разделяют на толстолистовую (толщиной 4 – 160 мм) и тонколистовую (толщиной менее 4 мм).

Трубы разделяют на бесшовные и сварные. Бесшовные трубы прокатывают диаметром 30 – 650 мм с толщиной стенки 2 – 160 мм из углеродистых и легированных сталей, а сварные – диаметром 5 – 2500 мм с толщиной стенки 0,5 – 16 мм из углеродистых и низко­легированных сталей.

К специальным видам проката относят колеса, кольца, шары, периодические профили с периодически изменяющейся формой и площадью поперечного сечения вдоль оси заготовки.

Ковка – вид горячей обработки металлов давлением, при котором металл деформируется с помощью универсального ин­струмента.

Нагретую заготовку (рис. 3.3)укладывают на нижний боек 3 и верхним бойком 2 последовательно деформируют отдельные ее участки. Металл свободно течет в стороны, не ограни­ченные рабочими поверхностями инструмента, в качестве которого применяют плоские или фигурные (вырезные) бойки, а также различ­ный подкладной инструмент.

Ковкой получают заготовки для последующей механической об­работки. Эти заготовки называют коваными поковками, или просто поковками.

Ковка является единственно возможным способом изготовления тяжелых поковок (до 250 т) типа валов гидрогенераторов, турбин­ных дисков, коленчатых валов судовых двигателей, валков прокат­ных станов и т.д. Поковки меньшей массы (десятки и сотни кило­граммов) можно изготавливать и ковкой, и штамповкой.

Хотя штам­повка имеет ряд преимуществ перед ковкой, в единичном и мелкосе­рийном производствах ковка обычно экономически более целесооб­разна. Объясняется это тем, что при ковке используют универсаль­ный (годный для изготовления различных поковок) инструмент, а изготовление специального инструмента (штампа) при небольшой партии одинаковых поковок экономически невыгодно.

Исходными заготовками для ковки тяжелых крупных поковок служат слитки массой до 320 т. Поковки средней и малой массы изготавливают из блюмов и сортового проката квадратного, круглого или прямоуголь­ного сечений.

Горячая объемная штамповка – это вид обработки металлов давлением, при котором формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так, что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки.

В качестве заготовок для горячей штамповки в подавляющем большинстве случаев применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные (мерные) заготовки, хотя иногда штампуют из прутка с последующим отделением поковки непосредственно на штамповочной машине. Мерные заготовки отрезают от прутка различными способами: на кривошипных пресс-ножницах, механическими пилами, газовой резкой и т.д.

По сравнению с ковкой штамповка имеет ряд преимуществ. Горячей объемной штамповкой можно получать поковки сложной конфигурации без напусков, что при ковке невозможно. Допуски на штампованную поковку в 3 – 4 раза меньше, чем на кованую. Вследствие этого значительно сокращается объем последующей обработки резанием. Штампованные поковки обрабатывают только в местах сопряжения с другими деталями, и эта обработка может сводиться только к шлифованию.

Производительность штамповки значительно выше – десятки и сотни поковок в час. В то же время штамп – дорогостоящий инструмент и пригоден только для изготовления какой-то одной, конкретной поковки. В связи с этим штамповка экономически целесообразна лишь при изготовлении достаточно больших партий одинаковых поковок.

Кроме того, для объемной штамповки поковок требуются большие усилия деформирования, чем для ковки таких же поковок. Поковки массой в несколько сот килограммов для штамповки счи­таются крупными. В основном штампуют поковки массой 20 – 30кги только в отдельных случаях – массой до 3 т.

Горячей объемной штамповкой изготавливают заготовки для ответственных деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, самолетов, железнодорожных вагонов, станков и т.д.

Обычно под холодной штамповкой понимают штамповку без предварительного нагрева заготовки. Для металлов и сплавов, применяемых при штамповке, такой процесс деформирования соот­ветствует условиям холодной деформации.

Холодную штамповку можно подразделитьна объемную штам­повку (сортового металла) и листовую штамповку (листового ме­талла). Такое подразделение целесообразно, потому что характер деформирования, применяемые операции и конструкции штампов для объемной и листовой штамповки значительно различаются между собой. Основные разновидности холодной объемной штамповки: холодное выдавливание, холодная высадка и холодная объемная формовка.

При холодном выдавливании заготовку помещают в полость, из которой металл выдавливают в отверстия, имеющиеся в рабочем инструменте. Выдавливание обычно выполняют на кривошипных или гидравлических прессах в штампах, рабочими частями которых являются пуансон и матрица. Различают прямое, обратное, боковое и комбинированное выдавливание.

Холодную высадку выполняют на специальных холодновысадочных автоматах. Штампуют заготовки из прутка или проволоки. Пруток подается до упора, поперечным движением ножа отрезается заготовка требуемой длины и последовательно переносится с помощью спе­циального механизма в позиции штамповки, на которых из заготовки получают деталь.

На холодновысадочных автоматах штампуют заготовки диа­метром 0,5 – 40 мм из черных и цветных металлов, а также детали с местными утолщениями, сплошные и с отверстиями (заклепки, болты, винты, гвозди, шарики, ролики, гайки, звездочки, накидные гайки и т.п.).

Штамповкой на холодновысадочных автоматах обеспечиваются достаточно высокая точность размеров и хорошее качество поверхности, вследствие чего некоторые детали не требуют последующей обработки резанием. Так, в частности, изготавливают метизные изделия (винты, болты, шпильки), причем и резьбу получают на автоматах обработкой давлением – накаткой.

Холодная штамповка в открытых штампах заключается в придании заготовке формы детали путем заполнения полости штампа металлом заготовки.

Холодная объемная штамповка требует значительных удельных усилий вследствие высокого сопротивления металла деформированию в условиях холодной деформации и упрочнения металла в процессе деформирования. Упрочнение сопровождается и уменьшением пла­стичности.

Для уменьшения вредного влияния упрочнения и облегчения процесса деформирования при холодной штамповке оформление детали обычно расчленяют на переходы, между которыми заготовку подвергают рекристаллизационному отжигу. Отжиг снижает удельные усилия при штамповке на последующих переходах и повышает пластичность металла, что уменьшает опасность раз­рушения заготовки в процессе деформирования и увеличивает до­пустимую степень деформации.

Холодной объемной штамповкой можно изготавливать пространственные детали сложных форм (сплошные и с отверстиями). Холодная объемная штамповка обеспечивает получение деталей со сравнительно высокими точностью размеров и качеством поверхности. Это уменьшает объем обработки резанием или даже исключает ее.

В качестве заготовки при листовой штамповке используют полученные прокаткой лист, полосу или ленту, свернутую в рулон. Толщина заготовки при холодной штамповке обычно не более 10 мм и лишь в сравнительно редких случаях – более 20 мм. Детали из заготовок толщиной более 20 мм штампуют с нагревом до ковочных температур (горячая листовая штамповка), что позволяет значительно уменьшить усилие деформирования по сравнению с холодной штамповкой. Холодная листовая штамповка получила более широкое применение, чем горячая.

Листовой штамповкой изготавливают самые разнообразные плоские и пространственные детали массой от долей грамма и размерами, исчисляемыми долями миллиметра (например, секундная стрелка ручных часов), и детали массой в десятки килограммов и размерами, составляющими несколько метров (детали корпусов автомобиля, самолета ракеты).

Для деталей, получаемых листовой штамповкой, характерно то, что толщина их стенок незначительно отличается от толщины исходной заготовки. При изготовлении листовой штамповкой пространственных деталей заготовка обычно испытывает значительные пластические деформации. Это обстоятельство вынуждает предъявлять к материалу заготовки достаточно высокие требования по пластичности.

К преимуществам листовой штамповки относятся:

ü возможность получения деталей минимальной массы при заданной их прочности и жесткости;

ü достаточно высокие точность размеров и качество по­верхности, позволяющие до минимума сократить отделочные опера­ции обработки резанием;

ü сравнительная простота механизации и автоматизации процессов штамповки, обеспечивающая высокую производительность, хорошую приспособляемость к масштабам производства, при которой листовая штамповка может быть экономически целесообразной и в массовом, и в мелкосерийном производстве.