Реферат: Обработка металлов давлением

В качестве исходного материала для волочения применяют ката­ную и прессованную заготовки. При производстве алюминиевой, медной и другой проволоки в качестве исходной заготовки используют катанку, получаемую непосредственно из плавильной печи через кристаллизатор и непрерывный прокатный стан. Независимо от спо­соба получения исходная заготовка перед волочением проходит тщательную предварительную подготовку, которая заключается в про­ведении того или иного вида термической обработки, удалении ока­лины и подготовке поверхности для закрепления и удержания на ней смазки в процессе волочения. Эти предварительные операции обеспе­чивают нормальное выполнение пластической деформации в волочиль­ном отверстии, способствуют получению высокого качества поверхности изделия, уменьшают усилие и энергию на волочение и снижают износ волочильного инструмента.

Термическая обработка металла перед волочением снимает наклеп, придает металлу необходимые пластические свойства, обеспечивает получение наиболее оптимальной структуры. Поэтому термическую обработку выбирают такой, чтобы в сочетании с пластической дефор­мацией она обеспечивала максимальные механические и другие ха­рактеристики обрабатываемого изделия. В зависимости от химиче­ского состава металла и назначения продукта волочения применяют отжиг, нормализацию, закалку, патентирование. Патентирование применяют для углеродистых сталей. Процесс патентирования состоит в нагреве металла выше критической точки и охлаждении его в среде с температу­рой 450…500°С. В качестве такой закалочной среды используют рас­плавленный свинец или соли.

В процессе получения готового изделия волочением термическую обработку для снятия наклепа и улучшения структуры металла можно выполнять несколько раз в зависимости от размеров исходного и конечного продуктов обработки и окончательных его качественных показателей. Го­товый продукт тоже можно подвергать окончательной термической обработке в целях придания металлу требуемых механических свойств и структуры.

При производстве проволоки и прутков волочением большое вни­мание уделяют подготовке поверхности продукта обработки перед волочением. Удаление окалины в калибровочных и волочильных це­хах производят механическим, химическим и электрохимическим способами, а также комбинациями этих способов. При механической очистке поверхности от окалины проволоку или пруток подвергают периодическим перегибам в разных плоскостях между роликами, после чего металл поступает на завершающую очистку стальными щетками. Такой способ экономически целесообразен, пригоден для очистки поверхности главным образом из углеродистой стали, ока­лина которой при перегибах сравнительно легко разрушается и опа­дает. Из механических способов, обеспечивающих достаточно успеш­ную очистку поверхности металла, находит применение дробеструй­ная обработка. Под действием ударов дроби из отбеленного чугуна. стального литья или высокопрочной мелко нарезанной стальной про­волоки окалина на поверхности обрабатываемого изделия разрых­ляется и удаляется. Этот способ очистки поверхности металла от ока­лины во многих случаях не требует дополнительного травления и наиболее часто применяется в калибровочных цехах.

Химические способы удаления окалины получили широкое рас­пространение благодаря своей надежности, хотя они менее эконо­мичны по сравнению с механическими способами. Травление углеро­дистых и ряда легированных сталей производят в серной или соляной кислотах. Высоколегированные стали (кислотоупорные, нержавеющие и др.) травят в смесях кислот (серная и соляная, серная и азотная и др.). Медь и ее сплавы травят в 5...10%-ной серной кислоте при темпера­туре 30...60°С. Травление металла в кислотах для очистки от окалины обычно производят с добавлением в ванну присадок (ингибиторов травления), которые значительно уменьшают скорость растворения основного металла, но не влияют на скорость растворения окалины, что предот­вращает перетравливание. Кроме того, присадки снижают диффузию водорода (Н₂ ) в металл, уменьшают загазованность травильных от­делений, улучшают условия труда.

Непосредственно после травления металл тщательно промывают для удаления остатков раствора кислоты, солей железа, шлама, тра­вильной присадки, грязи. Промывку производят немедленно после травления, так как задержка ведет к высыханию травильной жид­кости и выделению труднорастворимых солей железа. Обычно про­мывку ведут сначала в горячей воде, что обеспечивает интенсивное растворение солей, а затем для лучшего удаления шлама — в струе холодной воды из шланга под давлением около 0,7 МПа.

После удаления окалины наносят подсмазочный слой, который должен хорошо удерживать смазку при волочении и способствовать предохранению налипания металла на рабочую поверхность волоки.

После травления, промывки, нанесения подсмазочного слоя металл сушат в специальных камерах при циркуляции воздуха температурой 300...350°С. Сушка удаляет влагу, а также устраняет возможную тра­вильную (водородную) хрупкость, которая может возникнуть от того, что часть водорода, образующегося при травлении, диффунди­рует в металл и вызывает ухудшение его пластических свойств.

Все операции по подготовке поверхности металла к волочению вы­полняют в специальном изолированном помещении. Для травления и обработки поверхности проволоки и прутков существуют травильные машины периодического и непрерывного действия. Обработка в машинах непрерывного действия обес­печивает быстрое и равномерное травление изделий любых сечений. Этот способ является наиболее прогрессивным, так как в непрерыв­ном процессе можно сочетать термическую обработку, удаление ока­лины и нанесение подсмазочного слоя. Такая поточная обработка обеспечивает полную автоматизацию процесса, повышает качество металла, снижает трудоемкость операций.

После процесса волочения прутки помимо термической обработки во многих случаях правят, шлифуют, полируют и в зависимости от назначения наносят на них защитные покрытия, например, цинкованием, лужением, хромированием, кадмированием, алитированием, лакировкой и др. Правку обычно выполняют на роликоправильных машинах, которые устанавливают или в потоке производства, или отдельно. Шлифовка поверхности калиброванных прутков на глубину до 0,15...0,30 мм используется для удаления поверхностных дефек­тов, снятия обезуглероженного слоя, придания точных размеров по­перечному сечению прутка и др.

Для регламентации технологических операций составляются тех­нологические карты, в которых расписан весь технологический про­цесс по подготовке металла к волочению, маршрут волочения, способы начальной, промежуточной и окончательной термических обработок, операций отделки и пр. Так как маршрут волочения представляет собой последовательность изменения размеров поперечного сечения исходного материала на волочильном стане, а на одной установке обычно получают изделия с различными размерами поперечного се­чения, то для каждого из них должен быть свой маршрут волочения.

Определяя маршрут обработки металла на станах многократного волочения, необходимо учитывать кинематику стана, т. е. вытяжки должны согласовываться с частотой вращения и размерами диаметра каждого барабана. Маршрут, принятый без учета кинематики стана, особенно для станов, работающих со скольжением не только затруд­няет процесс волочения, но и делает его невыполнимым. Лишь на станах с автоматической регулировкой скоростей можно допускать некоторое несоответствие принятых вытяжек и заданных скоростей.

Прессование металла

Прессование металла — это вытеснение с помощью пуан­сона металла исходной заготовки (чаще всего цилиндрической фор­мы), помещенной в контейнер, через отверстие матрицы.

Этот способ пластической обработки находит широкое приме­нение при деформировании как в горячем, так и в холодном состоянии металлов, имеющих не только высокую податливость, но и обладаю­щих значительной природной жесткостью, а также в одинаковой мере применим для обработки металлических порошков и неметалли­ческих материалов (пластмасс и др.).

Прессованием изготовляют прутки диаметром З...250 мм, трубы диаметром 20...400 мм при толщине стенки 1,5...12 мм, полые про­фили с несколькими каналами сложного сечения, с наружными и внутренними ребрами, разнообразные профили с постоянным и изме­няющимся (плавно или ступенчато) сечением по длине. Профили для изготовления деталей машин, несущих конструкций и других изделий, получаемые прессованием, часто оказываются более экономичными, чем изготовляемые прокаткой, штамповкой или от­ливкой с последующей механической обработкой. Кроме того, прес­сованием получают изделия весьма сложной конфигурации, что ис­ключается при других способах пластической обработки.

К основным преимуществам прессования металла относятся: возможность успешной пластической обработки с высокими вытяжками, в том числе малопластичных металлов и сплавов; возможность полу­чения практически любого поперечного сечения изделия, что при обработке металла другими способами не всегда удается; получение широкого сортамента изделий на одном и том же прессовом оборудо­вании с заменой только матрицы; производство изделий с высокими качеством поверхности и точностью размеров поперечного сечения, что во многих случаях превышает принятую точность при пластиче­ской обработке металла другими способами (например, при прокатке). К недостаткам получения изделий прессованием следует отнести:

повышенный расход металла на единицу, изделия из-за существенных потерь в виде пресс-остатка; появление в некоторых случаях заметной неравномерности механических и других свойств по длине и попереч­ному сечению изделия; сравнительно высокую стоимость прессового инструмента.

Основным признаком разновидностей процесса прессования яв­ляется наличие или отсутствие поступательного перемещения металла относительно стенок приемника (контейнера), за исключением неболь­ших участков вблизи матрицы, называемых мертвыми зонами, где перемещение металла отсутствует. Наряду с наиболее распространен­ным методом прессования. с прямым истечением, ко­торое используется для получения сплошных и полых изделий, ши­рокое применение получил обратный (обращенный) метод, а также другие схемы истечения металла. Каждый из этих методов имеет определенные преимущества. Так, например, при боковом истечении металла помимо удобств приема пресс-изделия обеспечивается минимальная разница механических свойств изделия в поперечном и продольном направлениях.

Процесс прессования выполняется в условиях неравномерного всестороннего сжатия металла, что положительно сказывается на увеличении его пластичности. Поэтому прессованием можно обраба­тывать металлы и сплавы с низкой природной пластичностью. Однако трехосное сжатие вызывает необходимость значительных усилий при обработке. Поэтому прессование требует повышенного расхода энер­гии на един