Його суть полягає в тому, що формоутворення деталі відбувається в результаті послідовної кристалізації металу – його «наморожування». У рідкий метал 1 занурюють поплавок 2, в якому є отвір, форма якого ідентична перерізу виробу. В отвір вставляють затравку 4 і дуже повільно витягують з одночасним охолодженням. Якщо одночасно з рухом угору затравку повертати, то можна отримати гвинтові виступи тощо.

Литтям наморожуванням можна отримати не тільки деталі складного перерізу, а й з одночасним покращанням металу, бо цей метод лиття діє подібно до зонної очистки металу.

Лиття з одночасним покращанням металу здійсню-ється і при способі лиття вакуумним всмоктуванням (рис. 7.8).

Рис. 7.8

Його суть полягає в тому, що у форму метал не заливається, а всмоктується за рахунок створеного вакууму у формі. Водоохолоджуюча форма 1 (рис. 7.8, а) встановлюється над ковшем 2 з рідким металом так, щоб нижня частина форми занурювалась у розплавлений метал. Вакуумним насосом з форми відкачується повітря, що спричинює всмоктування металу у форму, де він кристалі-зується.

Покращання металу здійснюється за рахунок його дегазації. Отримані таким способом відливки не мають газових раковин, щільні.

За допомогою цього способу, отримують втулки, кільця, гайки, дрібні зубчаті колеса, частіше всього з мідних сплавів.

При виробництві великогабаритних тонкостінних відливок типу панелей з магнієвих та алюмінієвих сплавів використовують лиття вижиманням (рис. 7.9).

Рис. 7.9

Суть цього способу полягає в тому, що після заливки металу в металоприймальник автоматично повертається рухома матриця до упору в нерухому. Метал вижимається з приймальника і заповнює порожнину між матрицями.

Чавунний лист або стрічку можна отриматид литтям прокаткою рідкого металу (рис. 76).

Його суть полягає в тому, що рідкий метал з металоприймальника поступає між валики, які обертаються назустріч один одному. Валики охолоджуються водою. Метал кристалізується між валиками і витягується ними.

Останнім часом застосовується також штамповка рідкого металу. Суть цього способу полягає в тому, що металіч-ний пуансон опускається у матрицю, де знаходиться розплавлений метал і видавлює його, заповнюючи простір між матрицею і пуансоном. Після кристалізації металу утворюється відливка.

Рис. 7.10

Питання для самостійної роботи

1. Які переваги має спосіб виготовлення деталей литтям над іншими способами їх формоутворення?

2. Як урахувати припуски при виготовленні моделей?

3. Як підвищити рідкотекучість ливарних металів?

4. Як виготовити отвори та порожнини в деталях, які виготовляються литтям?

5. Які переваги та недоліки має лиття в піщано-глиняні форми над іншими способами лиття?

Розділ VІІІ. ОБРОБКА МЕТАЛІВ ТИСКОМ

8.1. Загальні відомості про обробку металів тиском

Обробка металів тиском (ОМТ) – це один з прогресивних способів формоутворення деталей, який базується на пластичній деформації металів.

Процеси ОМТ відрізняються від ливарного виробни-цтва і особливо обробки різанням високою продуктив-ністю, економною витратою матеріалу та покращенням механічних властивостей металу.

Тиском виготовляють профільні вироби (рейки, кутники, двутаври, швелери тощо) та листовий метал.

В основі обробки металів тиском лежить три закони:

1. Об’єм заготовки до обробки тиском дорівнює об’єму виготовленого виробу (закон рівності об’ємів).

2. При пластичній деформації кожна точка в металі переміщується в сторону найменшого опору (закон найменшого опору).

3. Пластична деформація настає тоді, коли прикладена напруга рівна або більша напруги межі текучості металу.

Кожний з перелічених законів на перший погляд є очевидним, проте має суттєве значення при розрахунках на практиці. Закон рівності об’ємів дозволяє брати необхідну кількість матеріалу для виготовлення того чи іншого виробу. Хоча на практиці треба враховувати незначну втрату металу на окалину (1 – 2%). Знання закону найменшого опору дозволяє орієнтуватись, куди буде переважно деформуватись метал при прикладенні зовнішнього тиску. Наприклад, якщо взяти з металу заготовку кубічної форми і наносити по ній удари молотом, то, користуючись цим законом, не важко відповісти, як буде змінюватись форма заготовки і чому в кінцевому результаті буде точний круг.

Третій закон ОМТ пов’язаний з силовою характеристикою деформації. Найкращі умови зміни форми заготовки у форму виробу виникають, коли метал тече, тобто тоді, коли прикладене зусилля не тільки більше за необхідне для пружної деформації, а й здатне викликати явище текучості металу.

Пластична деформація металу може відбуватись ковзанням і двойникуванням (рис. 8.1).

а) б) в)

Рис. 8.1

Ковзання являє собою зсув однієї частини металу відносно іншої вздовж певних кристалографічних площин і напрямків. Зсув відбувається, як правило, по найбільш щільноупакованим атомним площинам і напрямкам.

При двойникуванні деформація зосереджується в невеликому об’ємі металу, причому частина, яка зміщуєть-ся, є ніби дзеркальним відображенням частини, яка не деформувалась.

Якщо металам з решітками ГЦК і ОЦК більш властива деформація ковзанням, то з ГЩУ решіткою – двойникування. Деформація двойникуванням у металах з решітками ГЦК і ОЦК може проявитись лише при низьких температурах і високих швидкостях деформації.

Металографічне вивчення механізму деформації показало, що по мірі деформації зерна повертаються і витягуються в напрямку діючого навантаження і поступово набувають однакову або близьку кристалічну орієнтацію (текстуру), структура стає волокнистою, а квазіізотропний метал – анізотропним. Це явище називається наклепом.

При цьому метал має найбільшу міцність. Коли ж перейти межу наклепу, то виникають тріщини, розшарування металу. Тому подальша деформація можлива лише при відновленні (рекристалізації) структури спеціальним відпалом.

Деформування металу в значній мірі залежить від температури. Нагрів металу сприяє зменшенню опору деформації та підвищенню його пластичності.

Розрізняють холодну та гарячу деформації, які здійснюються відповідно при температурах нижче і вище температури рекристалізації. При гарячій обробці метал практично не наклепується, а при холодній зміцнення росте в залежності від степені деформації. Тому при холодній обробці для отримання великої зміни форми застосовують проміжний рекристалізаційний відпал.

Гарячій обробці підлягає більшість металів та сплавів, тому що це сприяє зменшенню енергетичних витрат. Проте при гарячій обробці на поверхні металу утворюється окалина, яка при деформації вдавлюється в середину металу і приводить до надривів, тріщин.

Вибір холодної і гарячої ОМТ залежить від багатьох факторів. Він здійснюється в кожному конкретному випадку окремо.

Зміна механічних властивостей металу залежить від швидкості деформації. Збільшення швидкості деформації частіше приводить до росту зміцнення і зсуву гарячої обробки в бік більш високих температур. Пластичність змінюється не однозначно – можливе як її підвищення, так і зниження.

Наприклад, сама по собі пластична мідь при малих швидкостях деформації в області температур 300 – 600°С стає дуже крихкою, а підвищення швидкості деформування приводить до усунення провалу пластичності. Аналогічно відбувається і в латуней, нікелю, алюмінію та ін.

Будь-який процес ОМТ характеризується осередком деформації та коефіцієнтом деформації.

Розглянемо для прикладу осередок деформації і його параметри при повздовжній прокатці між двома валками (рис. 8.2).

Рис. 8.2

Осередок деформації (на рисунку заштрихована ділянка) характеризується дугою захвату АВ і кутом захвату α. Зміну висоти H₂– H₁, ширини B₁– B₀ і довжини L – L₀ після деформації називають відповідно абсолютним стисненням, уширенням та витяжкою. Значно зручніше висотну, поперечну та поздовжню деформармацію заготов-ки характеризувати відповідними коефіцієнтами:

стиснення α = , уширення β = і витяжки μ =.

Ці коефіцієнти зв’язані між собою, оскільки об’єм заготовки до деформації рівний об’єму після деформації.

; ; α = βμ.

Виходячи з характеру обробки виділяють такі види ОМТ: прокатку, пресування, ковку, штамповку та волочіння.