умк_кириенко_1

Рис. 7.7. Изготовление труб:

а – изготовление сварных труб; б – изготовление пустотелой гильзы при получении бесшовных труб; в – изготовление трубы из гильзы

Значительная экономия металла достигается за счет обработки проката (в частности, труб), называемого в черной металлургии четвертым переделом (термическое и термомеханическое упрочнение, дополнительное холодное деформирование, в том числе гнутье из полосы профилей, нанесение антикоррозионных и других покрытий).

7.6.4. Волочение и прессование

Волочение (см. рис. 7.4, б) – процесс обжатия металла при протаскивании заготовки через волоку – инструмент с отверстием, сечение которого меньше исходного сечения заготовки. В результате волочения поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина увеличивается.

Процесс волочения осуществляется в холодном состоянии и используется для получения тонкой проволоки (от 0,002 мм до 5 мм), калиброванных прутков различного профиля и тонкостенных труб, при этом получают изделия точных размеров, заданной геометрической формы, с чистой и гладкой поверхностью. Заготовками могут служить прокат (катаная проволока, прутки, трубы), а также прессованные профили (прутки, трубы). Окончательные размеры изделий обеспечиваются протягиванием (волочением заготовки) через несколько последовательно расположенных волок

111

(фильер), представляющих собой кольца, изготовленные из инструментальной стали, металлокерамических сплавов или технического алмаза.

Различают волочильные станы двух основных типов: с прямолинейным движением протягиваемых изделий и с круговым. К первому типу относятся станы с механическим (цепные и реечные), гидравлическим и пневматическим приводами, для волочения прутков и труб. На станах второго типа (барабанных) осуществляется непрерывное волочение проволоки, которая наматывается на вращающийся барабан или катушку.

Технологический процесс волочения состоит из трех основных ста-

дий: подготовки металла (очистка от окалины, смазывание, заделка концов), волочения по определенному режиму и отделки (удаление дефектов, правка, разрезание на мерные длины, маркировка).

Прессование (см. рис. 7.4, в) – процесс выдавливания металла, заключенного в замкнутой полости контейнера, через отверстие матрицы, сечение которого меньше площади сечения контейнера, а форма соответствует форме готового изделия.

Процесс прессования осуществляется при температурах горячей обработки металлов давлением, т.е. при их высокой пластичности. Прессованию подвергают алюминий, медь и сплавы на их основе, цинк, олово, свинец.

Прессованием получают разнообразные профили (рис. 7.8) из специальных сталей, титановых сплавов и других малопластичных металлов; профили сложной формы, которые не могут быть получены другим способом; обычные профили небольших размеров (например, трубы из цветных металлов).

Исходной заготовкой для прессования служит либо слиток, либо прокат круглого сечения. Прессование производится на горизонтальных или вертикальных гидравлических прессах.

Процесс прессования высокопроизводителен, обеспечивает высокую точность профиля получаемых изделий. Простая замена инструмента – матрицы – позволяет легко переходить к изготовлению изделия другого вида.

Особые требования при прессовании предъявляются к инструменту (матрицам, пресс-шайбам, пуансонам), работающему в условиях высоких температур и больших нагрузок. Обычно этот инструмент изготовляют из высоколегированных сталей и сплавов, содержащих вольфрам, ванадий, молибден, хром и другие элементы.

Метод прессования в силу сложности оборудования и высокой стоимости инструмента применяется главным образом в условиях массового производства сложных профилей.

112

Рис. 7.8. Профили, полученные прессованием

7.6.5. Свободная ковка

Свободная ковка (см. рис. 7.4, г) – способ горячей обработки металлов давлением, при котором заготовке придается заданная форма при ударах бойка молота или нажатии бойка пресса. Исходными заготовками при свободной ковке могут быть слитки или прокат (круглый, квадратный, прямоугольный), получаемые изделия называются поковками. В большинстве случаев поковка служит заготовкой для дальнейшей механической обработки.

Различают ручную и машинную свободную ковку. Ручная ковка для получения мелких штучных поковок производится на наковальне с помощью кувалды и различного вспомогательного инструмента и применяется при ремонтных работах.

Машинная ковка, осуществляемая на кузнечно-прессовых машинах с помощью бойков, обжимок и других инструментов, позволяет получать поковки массой до 250 т. Основным оборудованием при свободной ковке являются ковочные молоты с массой падающих частей от 0,5 до 16 т и ковочные прессы с усилием 5 – 150 МН. Мелкие и средние поковки (до 2 т) обычно получают на молотах, а тяжелые – на прессах. Поковки, изготовляемые на прессах, отличаются большей точностью размеров и более высокими механическими свойствами. Режимы работы прессов более спокойны, чем молотов: снижается шум, вибрации и т. д. Замена молотов прессами – одно из направлений технического прогресса в кузнечном производстве.

113

Технологический процесс свободной ковки (рис. 7.9) разрабатывают в следующей последовательности: по чертежу детали составляют чертеж поковки, выбирают последовательность и режимы кузнечных операций и нагревов заготовки, необходимое оборудование и оснастку, определяют состав бригады рабочих и нормы их выработки.

Размеры поковки должны быть больше размеров получаемой из нее детали, что предусматривают в чертеже поковки путем назначения припусков и допусков.

Рис. 7.9. Основные формообразующие операции свободной ковки:

а– осадка; б – высадка; в – вытяжка; г, д – раскатка; е – гибка;

ж– кручение; з – рубка; и, к – прошивка

Свободная ковка включает ряд операций по предварительной обработке заготовки, формообразованию и окончательной отделке изделия.

К предварительным операциям относится разрезание проката или слитков на заготовки соответственно массе и объему будущей поковки с учетом потерь металла на угар, обсечку и т.п., а также нагрев заготовок по установленному режиму.

114

Косновнымформообразующимоперациямотносятся: осадка(рис. 7.9, а), высадка (см. рис. 7.9, б), вытяжка (см. рис. 7.9, в), раскатка (см. рис. 7.9, г, д), гибка (см. рис. 7.9, е), кручение (см. рис. 7.9, ж), рубка (см. рис. 7.9, з), прошивка (см. рис. 7.9, и, к). Выбор кузнечных формообразующих операций и их последовательности производится в зависимости от необходимой формы поковки.

Окончательными операциями являются охлаждение поковок, очистка их от окалины, термическая обработка (если необходимо).

Свободной ковкой изготовляют поковки разнообразной формы и размеров. Но точность размеров и чистота поверхности поковок невысока, что усложняет и удорожает последующую механическую обработку. Кроме того, сам процесс свободной ковки трудоемок и малопроизводителен. Несмотря на недостатки, он является пока единственным способом изготовления крупногабаритных поковок для ответственных деталей гидрогенераторов, турбин, шагающих экскаваторов, прокатного оборудования и других изделий тяжелого машиностроения, к которым предъявляются требования повышенной прочности. Основными путями повышения производительности труда при свободной ковке является механизация трудоемких работ – использование кантователей, манипуляторов и других специальных машин, многобойковых прессов с инструментом, движущимся во взаимно перпендикулярных направлениях, совершенствование методов нагрева заготовок.

7.6.6. Горячая объемная штамповка

Горячая объемная штамповка (см. рис. 7.4, д) – способ обработки металлов давлением, при котором изделию (поковке) придается необходимая форма при помощи специального инструмента – штампа. При объемной штамповке металл деформируется одновременно по всему объему, а течение его происходит в полости штампа, очертания и размеры которой соответствуют будущей детали. Этот способ получения поковок отличается от свободной ковки более высокой производительностью, обеспечивает повышение механических свойств поковок, значительно меньший расход металла и широко применяется в крупносерийном и массовом производстве. Штамповкой можно изготовлять поковки массой от нескольких граммов до 200 – 350 кг, в отдельных случаях – до 2 т. Наиболее экономически целесообразна штамповка поковок до 20 кг, так как при большей их массе резко возрастают расходы на изготовление и эксплуатацию штампов.

Штампы – массивные стальные формы, состоящие из двух частей, в которых имеются полости (ручьи). Верхняя часть штампа закрепляется на подвижной части кузнечной машины, нижняя – на неподвижной. При смыкании обеих частей штампа образуется ручей, форма и размеры кото-

115

рого соответствуют изготовляемому изделию. В зависимости от степени сложности изделия используют штампы одноручьевые или многоручьевые. Штамповка поковок сложной конфигурации производится в многоручьевых штампах, ручьи которых подразделяются на заготовительные и штамповочные (черные и чистовые). В заготовительных ручьях происходит предварительное, а в штамповочных – окончательное формоизменение заготовки. Различают штамповку в открытых и закрытых штампах.

С целью снижения отходов металла применяется безоблойная штамповка в закрытых штампах. Ее внедрение стало возможным благодаря разработке методов получения заготовок точных массы и объема и их безокислительному нагреву. Применение проката периодического профиля в качестве заготовок для штамповки также способствует экономии металла, при этом сокращается технологический процесс штамповки и упрощается конструкция штампов, так как отпадает необходимость в заготовительных операциях. Особенно эффективно применение указанного проката при изготовлении таких типовых деталей, как шатуны двигателей внутреннего сгорания, всевозможные автомобильные тяги, рычаги, шарики и ролики подшипников и т.д.

Штампы изготовляют из высококачественных сталей, что сопряжено со значительными затратами как на материалы, так и на их механическую обработку, поэтому штамповка рентабельна только в условиях массового и крупносерийного производства.

Разработка технологического процесса штамповки включает кон-

струирование штампов, а в остальном производится в такой же последовательности, как и для свободной ковки.

Горячую штамповку производят на паровоздушных фрикционных молотах, кривошипных, фрикционных и гидравлических прессах, горизон- тально-ковочных машинах, ковочных вальцах и других машинах.

Штамповочное оборудование отличается от ковочного большими точностью координации движения соударяющихся частей, скоростями их рабочих движений и меньшей мощностью. Основными характеристиками молотов являются: масса падающих частей (общая масса штока, бабы и штампа), число ударов в минуту и коэффициент полезного действия (кпд). Штамповочные прессы характеризуют по развиваемому усилию, числу ходов ползуна в минуту и кпд.

Выбор оборудования определяется конкретными условиями производства: характером исходной заготовки, габаритами и степенью сложности поковки, требуемой точностью изделия, производительностью и т.п. В общем случае штамповка на прессах имеет ряд преимуществ перед штамповкой на молотах.

Прессовые поковки отличаются более высокой точностью формы и размеров, так как на прессах обеспечивается точное совмещение верхней и

116

нижней частей штампа, а наличие выталкивателей позволяет уменьшить штамповочные уклоны. При этом нормы расхода металла снижаются на 10 – 20 % по деталям типа тел вращения и на 2 – 20 % по деталям сложной конфигурации.

Прессовая штамповка легко поддается механизации и автоматизации, и оборудование для нее может быть встроено в комплексную автоматическую линию. В настоящее время применяется поточный метод штамповки на специализированных агрегатных линиях.

После штамповки изделий производят ряд завершающих операций: обрезку облоя, прошивку отверстий, правку, термическую обработку (отжиг или нормализацию), очистку от окалины и контроль качества поковок.

7.6.7. Листовая штамповка

Листовая штамповка (см. рис. 7.4, е) – процесс получения изделий или заготовок из листового материала путем деформирования его на прессах с помощью штампов. Листовой штамповкой можно получать изделия не только из металла, но и из кожи, картона, пластмасс. Ниже будет рассмотрена только листовая штамповка из металлов.

В зависимости от толщины обрабатываемого листового металла листовую штамповку делят на толстолистовую (толщина листа более 10 мм)

и тонколистовую (холодную). Толстолистовую штамповку обычно осуществляют в горячем состоянии. Тонкостенные изделия разнообразной формы получают из листа, ленты или полосы в холодном состоянии.

Холодная листовая штамповка является одним из наиболее прогрессивных и экономичных методов изготовления деталей. Объем металла, перерабатываемого этим способом, больше, чем холодной объемной штамповкой. Детали, полученные листовой штамповкой, отличаются точностью размеров, взаимозаменяемостью и в большинстве случаев не требуют дальнейшей механической обработки.

Высокая производительность процесса обеспечивается за счет большой скорости рабочего хода штамповочных прессов и применения штампов, позволяющих совмещать несколько операций таким образом, что в большинстве случаев готовая деталь получается за один ход пресса. Экономичность листовой штамповки обусловлена как высокой ее производительностью, так и высоким коэффициентом использования металла, достигающим 85 – 90 %. Чем выше удельная доля листа в сортаменте проката, перерабатываемого в машиностроении, тем выше общий коэффициент использования металла.

Листовой холодной штамповкой изготовляют детали обшивки вагонов и самолетов, кузова автомобилей и кабины тракторов. Особенно широко применяется листовая штамповка в электротехнической, приборостроительной промышленности, производстве бытовой техники и др.

117

Различают два вида операций технологического процесса листовой штамповки: разделительные и формообразующие. К разделитель-

ным операциям относятся отрезание, вырубка, пробивка, обрезка, надрезка кромки; к формообразующим – вытяжка, формовка, отбортовка, закатка и гибка.

Штампы для листовой штамповки могут быть простыми, предназначенными для выполнения одной операции (гибочные, вырубные, вытяжные), и сложными последовательного и совмещенного действия, в которых последовательно или одновременно выполняется несколько операций.

Для листовой штамповки применяются гидравлические и механические прессы (кривошипные, эксцентриковые, фрикционные). Работа на холодноштамповочных прессах предполагает повторяющиеся однообразные движения рабочего, что приводит к быстрому его утомлению. Механизация и автоматизация штамповочных работ позволяет повысить производительность труда и обеспечить его безопасность.

7.6.8. Прогрессивные способы штамповки

Высокоэкономичным и эффективным способом получения деталей из низкопластичных и труднодеформируемых металлов и сплавов является штамповка взрывом с применением тротила, аммонала и других взрывчатых веществ. При взрыве развиваются кратковременные высокие давления, под действием которых заготовка принимает форму штампа. Штамповкой взрывом получают обычно крупногабаритные детали из толстолистовых заготовок, но из-за повышенной опасности она имеет ограниченное применение.

Более широкое распространение получила относительно безопасная

электрогидравлическая штамповка. В жидкой среде создается за счёт кратковременного электрического разряда мощная ударная волна, давление которой на штамп достигает нескольких сот мегапаскалей. Изделия, получаемые в условиях всестороннего давления, отличаются высокой точностью размеров и не требуют дополнительной обработки. Установки электрогидравлической штамповки малогабаритны, легко перемещаются. Рассматриваемым методом производят легкие объемные детали для самолетов, автомобилей, тракторов, детали из листового малопластичного материала.

Для обработки сталей и сплавов с узким температурным интервалом обработки используют изотермическую штамповку. При такой обработке штамп, изготовленный из жаропрочного сплава, устанавливают в индукционный нагреватель. Штамповку производят при одинаковой и постоянной температуре заготовок и штамповых вставок. Полученные поковки обладают улучшенными структурой и свойствами. Повышение пластично-

118

сти металла и снижение усилий деформирования может быть достигнуто также при вибрационных способах горячей объемной и холодной листо-

вой штамповки.

7.6.9. Технико-экономические показатели процессов обработки металлов давлением

Оценка технико-экономической эффективности процессов обра-

ботки металлов давлением производится по следующим основным показателям: объему выпускаемой продукции (в тоннах, по номенклатуре и в стоимостных показателях) за определенный календарный период (месяц, год), съему продукции с 1 м2 производственной площади, выходу годного, расходу энергии и себестоимости.

Технико-экономические показатели технологического процесса зависят от правильности его построения и степени механизации и автоматизации, соблюдения технологической дисциплины, организации производства.

Объем выпускаемой продукции можно увеличить за счет уменьшения простоя оборудования, связанного с его ремонтом, сменой рабочего инструмента (прокатных валков, штампов), за счет механизации трудоемких работ, сокращения продолжительности нагрева заготовок, организации непрерывных процессов обработки.

Своевременный ремонт оборудования, применение высокопрочных износостойких материалов для изготовления валков прокатных станов и штампов, применение смазочно-охлаждающих средств и безокислительных методов нагрева позволяют повысить объем выпуска изделий.

Выход годного характеризует использование металла в процессе производства и исчисляется как отношение расчетной массы готовой продукции (поковки, проката) к массе исходной заготовки. Так как в себестоимости получения проката, поковок, штамповок основную долю составляют затраты на материалы, главной задачей является уменьшение отходов металла и приближение заготовок по форме, размерам и качеству поверхности к готовым изделиям.

Впрокатном производстве повышение выхода годного достигается за счет рационального раскроя слитков, использования слитков непрерывной разливки, получения прокатных профилей с минусовыми допусками.

Вкузнечно-прессовом производстве увеличение выхода годного может быть достигнуто применением электронагрева, заготовок рациональной формы (проката периодического профиля), безоблойной штамповки, сочетанием ковки и штамповки со сваркой (при изготовлении крупных и сложных по форме поковок), оптимизацией раскроя листового материала с помощью математических методов и т.д.

119

7.7.Основы технологии обработки материалов резанием

7.7.1.Назначение и сущность технологического процесса обработки материалов резанием

Резание металлов – обработка их снятием стружки для получения изделий заданных формы, размеров и обеспечения определенного технологией качества поверхности.

На большинстве машиностроительных предприятий резание является преобладающим способом обработки металлов: до 40 – 60 % деталей машин получают в результате обработки заготовок на металлорежущих станках. Совершенствование технологии резания, модернизация металлорежущего оборудования, разработка и внедрение новых методов резания металлов являются поэтому актуальными проблемами.

История возникновения металлообработки в России мало исследована, однако известно, что уже в X в. русские мастера пользовались достаточно сложными приспособлениями при изготовлении оружия, предметов домашнего обихода и т.п.

Относительно быстрое и последовательное развитие металлообработка

вРоссии получила в XVII – XVIII вв. в результате значительного развития производительных сил – объединения мелких производств, превращения их в ремесленные мастерские и далее в фабрики, оборудованные машинами.

Совершенствование конструкций станков и инструментов создало предпосылки для разработки теории резания металлов.

Основоположником отечественных исследований в области процессов резания металлов является И.А. Тиме, впервые сформулировавший в 1867 – 1880 гг. основные законы резания, сделавший важные выводы о причинах вибрации при резании и т.д.

Работы И.А. Тиме были продолжены и дополнены П.А. Афанасьевым, исследовавшим процесс стружкообразования с учетом сил трения между резцом и деталью, К.А. Зворыкиным и А.Н. Челюсткиным, которые

врезультате экспериментальных и теоретических изысканий получили основные расчетные зависимости, выявившие их влияние на стойкость инструмента, и др.

Теоретические разработки И.А. Тиме и его последователей получили дальнейшее развитие в трудах советских ученых: А.П. Соколовского, предложившего идею типизации технологических процессов и исследовавшего вопросы точности механической обработки, В.М. Кована по теории расчета припусков на обработку, Г.А. Шаумяна по определению характеристик и режимов резания при обработке на автоматах и автоматиче-

120