Дипломная работа: Объемная штамповка и обработка металлов резанием

правки;

термической обработки;

очистки поковок от окалины;

калибровки;

контроля готовых поковок.

Операции, которые производят с поковкой после ее штамповки, называют отделочными.

1.5 Нагрев металлов перед обработкой давлением

При нагреве металла с повышением температуры уменьшается его временное сопротивление, а относительное удлинение увеличивается. Таким образом, при деформировании стали, нагретой, например, до температуры 1200 С, можно достичь большего формоизменения при меньшем приложенном усилии, чем при деформировании ненагретой стали. Все металлы и сплавы имеют тенденцию к увеличению пластичности и уменьшению сопротивления деформированию при повышении температуры в случае выполнения ряда требований, предъявляемых к процессу нагрева. Так, каждый металл должен быть нагрет до вполне определенной максимальной температуры. Если нагреть, например, сталь до температуры, близкой к температуре плавления, наступает пережог, выражающийся в появлении хрупкой пленки между зернами металла вследствие окисления их границ. При этом происходит полная потеря пластичности. Пережог исправить нельзя, пережженный металл может быть отправлен только на переплавку.

Ниже температуры пережога находится зона перегрева. Явление перегрева заключается в резком росте размеров зерен. Вследствие того, что крупнозернистой первичной кристаллизации (аустенит), как правило, соответствует крупнозернистая вторичная кристаллизация (феррит + перлит или перлит + цементит), механические свойства изделия, полученного обработкой давлением из перегретой заготовки, оказываются низкими. Брак по перегреву в большинстве случаев можно исправить отжигом. Однако для некоторых сталей (например, хромоникелевых) исправление перегретого металла сопряжено со значительными трудностями, и простой отжиг оказывается недостаточным.

Максимальную температуру нагрева, то есть температуру начала горячей обработки металлов давлением, следует назначить такой, чтобы не было пережога и перегрева. В процессе обработки нагретый металл обычно остывает, соприкасаясь с более холодным инструментом и окружающей средой. Заканчивать горячую обработку давлением следует также при вполне определенной температуре, ниже которой пластичность вследствие упрочнения (рекристаллизация не успевает произойти) падает и в изделии возможно образование трещин. Но при высоких температурах заканчивать деформирование нецелесообразно (особенно для сплавов, не имеющих фазовых превращений). В этом случае после деформирования зерна успевают вырасти и получается крупнозернистая структура, характеризующаяся низкими механическими свойствами.

Каждый металл и сплав имеет строго определенный температурный интервал горячей обработки давлением. Например, алюминиевый сплав АК4 470-350 С; медный сплав Бр.АЖМц 900-750 С; титановый сплав ВТ8 1100-900 С. Для углеродистых сталей температурный интервал нагрева можно определить по диаграмме состояния в зависимости от содержания углерода. Например, для стали 45 температурный интервал 1200-750 С, а для стали У10 1100-850С.

Заготовка должна быть равномерно нагрета по всему объему до требуемой температуры. Разность температур по сечению заготовки приводит к тому, что вследствие теплового расширения между более нагретыми поверхностными слоями металла и менее нагретыми внутренними слоями возникают напряжения. Последние тем больше, чем больше разность температур по сечению заготовки, и могут возрасти настолько, что в центральной зоне с растягивающими напряжениями при низкой пластичности металла образуются трещины. Разность температур по сечению увеличивается с повышением скорости нагрева, поэтому существует допустимая скорость нагрева. Наибольшее время требуется для нагрева крупных заготовок из высоколегированных сталей из-за их низкой теплопроводности. Например, время нагрева слитка массой из легированной стали составляет 24 ч.

Однако с увеличением времени нагрева увеличивается окисление поверхности металла, та как при высоких температурах металл активнее химически взаимодействует с кислородом воздуха. В результате на поверхности, например, стальной заготовки образуется окалина – слой, состоящий из оксидов железа: Кроме потерь металла с окалиной, последняя, вдавливаясь в поверхность заготовки при деформировании, вызывает необходимость увеличения припусков на механическую обработку. Окалина увеличивает износ деформирующего инструмента, так как ее твердость значительно больше твердости горячего металла.

При высоких температурах на поверхности стальной заготовки интенсивно окисляется не только железо, но и углерод: происходит так называемое обезуглероживание. Толщина обезуглероженного слоя в отдельных случаях достигает 1,5-2 мм.

Для уменьшения окисления заготовки нагревают в нейтральной или восстановительной атмосфере.

Материал из которого изготовлена деталь № 40 – Сталь 25

Назначение – оси валы, соединительные муфты, собачки, рычаги, вилки, шайбы, валики, болты, фланцы, тройники, крепежные детали, другие неответственные детали; после ХТО – винты, втулки, собачки и другие детали, к которым предъявляют требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины.

Заменитель стали 20, 30.

Массовая доля элементов в % по ГОСТ 1050 - 88
C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	As	N	Cu
0,22-0,3	0,17-0,37	0,50-0,80	≤0,040	≤ 0,035	≤ 0,25	≤ 0,30	≤ 0,08	≤ 0,008	≤ 0,3

Температура критических точек, ºС
Ac1	Ac3	Ar1	Ar3
735	835	680	825

Плотность – 7820 кг/м3.

Технологические свойства:

Температура ковки, : начала 1280, конца 700. Охлаждение на воздухе.

Обрабатываемость резанием: , в горячекатаном состоянии при .

Свариваемость: сваривается без ограничений, кроме деталей после ХТО. Способы сварки – РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС.

Флокеночувствительность – не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости – не склонна.

Механические свойства в зависимости от ковочных температур
Температура, ºС	, Мпа	, Мпа	,%	,%	Состояние материала и условия испытаний
20	310	490	28	58	после прокатки; образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм, скорость деформирования 16 мм/мин, скорость деформации 0,009 1/с
200	320	560	13	44
300	200	540	22	57
400	165	465	25	66
500	150	330	28	70
700	130	145	41,5	76,5	после прокатки; скорость деформирования 0,009 мм/мин
800	69	96	56,7	78,4
900	47	79	52,9	95,3
1000	40	54	59,7	100
1100	24	38	66,2	100
1200	14	23	101	100
1300	20	25	66,6	100

1.6 Нагревательное устройство

Одним из наиболее распространенных нагревательных устройств является камерная печь.

В камерной печи заготовки 2 укладывают на под 1 печи через окно 4 и после прогрева до заданной температуры извлекают через то же окно. Рабочее пространство печи нагревают сжиганием газа с помощью горелок 3, служащих для смешения газа с воздухом и подачи смеси в печь. Продукты сгорания отводят через дымоход 5 в рекуператор – теплообменник, в котором поступающий к горелкам воздух нагревается теплотой горячих уходящих газов. Подогрев воздуха до температуры 350-500 С позволяет экономить до 25 % топлива. Камерные печи периодического действия применяют на производств, где часто меняется типоразмер нагреваемых заготовок. Для нагрева очень крупных заготовок используют камерные печи с выдвижным подом. Наиболее распространены камерные печи с неподвижным подом, применяемые в кузнечных цехах. Рабочее пространство этих печей выполняют в форме параллелепипеда длиной 0,6-2 м, шириной 0,6-1,5 м и высотой до 1 м. производительности печей – 70-600 кг/ч, расход тепла – 5000-7000 кДж/кг.