X. Жидкой штамповкой и др.

5.18 Технологические особенности изготовления отливок из различных сплавов

В ЛП основными КМ являются сплавы, обладающие рядом преимуществ перед чистыми металлами:

- более прочны;

- могут изменять свойства с изменением химического состава;

- имеют более низкую температуру плавления;

- более высокую жидкотекучесть и меньшую объемную и линейную усадку.

Наиболее высокой жидкотекучестью обладают силумины, бронзы, кремнистая латунь, серый чугун, цинковые и оловянные сплавы; средней -углеродистые и низкоуглеродистые стали, белый чугун, латуни (кроме кремнистой), дюалюмины; более низкой – магниевые сплавы и высоколегированные стали.

Наибольшей линейной усадкой обладают легированные стали (более 2,5%), алюминиевые бронзы (1,7- 2,5 %), углеродистые стали (около 2%), деформируемые латуни (1,5-2,0%); средней- литейные латуни (1,5-1,8%), оловянные бронзы (1,4-1,6%), белые чугуны (около 1,5%); наименьшей – серые чугуны (около 1%).

Все литейные сплавы делятся на черные и цветные:

- черные: чугуны и стали;

- цветные: сплавы на основе меди (бронзы, латуни), алюминия (силумины, дюалюмины), магния, титана, вольфрама, молибдена, ниобия и др.

Выбирая сплав для отливки необходимо учитывать его свойства и стоимость. Если принять за стоимость отливки из серого чугуна за 100% , то стоимость отливки из ковкого чугуна составит 130%, из стали - 150%, из цветных сплавов – 300-600%. Поэтому в машиностроении изготавливаются 74% отливок - из серого чугуна, 21% из стали, 3%- из ковкого чугуна и 2% - из цветных сплавов.

5.19 Виды брака и контроль качества отливок

Брак отливок делят на исправимый и неисправимый. Оливки с неисправимым браком направляются на переплавку, а исправимый брак устраняется.

Высокий процент литейного брака повышает себестоимость продукции и отражается на работе всего завода. Особенно опасен брак, который образуется внутри сечения отливки и обнаруживается только при механической обработке.

Причинами брака отливок могут быть свойства исходных материалов, а также нарушение технологии изготовления форм и стержней, приготовления жидкого металла и заливки форм.

Основными видами брака отливок является:

1) Газовые пузыри;

2) Песчаные и шлаковые раковины;

3) Усадочные раковины;

4) Холодные трещины;

5) Горячие трещины;

6) Заливы;

7) Недолив.

Брак отливок исправляется: наплавкой, заделкой замазками или мастиками, пропиткой.

Указанные дефекты отливок выявляются различными методами контроля. Контроль размеров отливок позволяет своевременно предупредить массовый брак из-за износа или коробления модели и стержневых ящиков. Механические свойства и микроструктура контролируется испытаниями и исследованием отдельно изготовленных или отлитых совместно с заготовкой образцов. Внутренние дефекты отливок выявляются методами радиографической или ультразвуковой дефектоскопии. Отливки, которые по условию должны выдерживать повышенное давление жидкости или газа, подвергаются гидравлическим или пневматическим испытаниям при давлениях несколько превышающих рабочее давление.

5.20 Условное обозначение отливок

I.Отливки из металлов и сплавов:

1) Пример условного обозначения точности отливки 8-го класса размерной точности, 5-й степени коробления, 4-й степени точности поверхностей, 7-го класса точности массы с допуском смещения 0,8 мм:

Точность отливки 8-5-4-7См0,8мм ГОСТ26645-85;

2) Условное обозначение точности отливок при контролируемых показателях или при сокращенной номенклатуре норм точности:

Точность отливки 8-0-0-7 ГОСТ 26645-85;

3) Пример обозначения номинальных масс, равных для детали, -20,35кг, для припусков на обработку -3,15 кг, для технологических припусков – 1,35 кг, для отливки -24,85 кг:

Масса 20,35-3,15-1,35-24,85 ГОСТ 26645-85;

4)Для необрабатываемых отливок или при отсутствии технологических припусков соответствующие величины обозначаются «0»:

Масса 20,35-0-1,35-21,70 ГОСТ 26645-85

или

Масса 20,35-0-0-20,35 ГОСТ 26645-85

II. Отливки из серого чугуна:

Согласно ГОСТ1855-55.

Лекция 6. Технология обработки давлением

6.1 Общие сведения

ОМД основана на использовании одного из основных свойств металлов пластичности.

Пластичность необратимое изменение формы и размеров тела под действием внешних сил без нарушения его целостности, которое сопровождается изменениями структуры и механических свойств металла.

Пластическая деформация перемещение атомов относительно друг друга на расстояния больше межатомных из одних равновесных положений в новые.

При пластической деформации в отличие от упругой нет линейной зависимости между напряжениями и деформациями.

Получение заготовок деталей, а в некоторых случаях и самих деталей требуемых размеров и форм при обработке давлением достигается пластическим перемещением - сдвигом частиц металла. В этом заключается основное отличие и преимущество ОМД по сравнению с ОМР, при которой форма изделия получается удалением части заготовки. Поэтому ОМД характеризуется малыми отходами. Она является высокопроизводительным процессом, т.к. изменение размеров и формы заготовки достигается однократным приложением внешнего усилия. Указанные особенности обусловливает непрерывное возрастание роли ОМД в машиностроении. ОМД подвергается 90% всей выплавляемой стали и 50% цветных металлов.

6.2 Факторы, влияющие па пластичность металла

1.Влияние состава

Наибольшей пластичностью обладают чистые металлы. Сплавы и твердые растворы обычно более пластичны, чем сплавы, образующие химические соединения. Компоненты сплава также влияют на его пластичность. С повышением содержания углерода в стали пластичность уменьшается. При содержании углерода выше 1,5% сталь с трудом поддаётся ковке. Кремний понижает пластичность стали. В легированных сталях хром и вольфрам уменьшают, а никель и ванадий повышают пластичность стали. Сера придаёт стали хрупкость- красноломкость. Марганец нейтрализует вредное действие серы. Фосфор увеличивает пределы прочности и текучести, но уменьшает, особенно при низких температурах, пластичность и вязкость стали, вызывая её хладноломкость.

2.Влияние температуры

По мере повышения температуры нагрева пластичность металлов обычно возрастает, а прочность уменьшается. Однако в углеродистых сталях при температурах 100-400°С пластичность уменьшается, а прочность возрастает – зона хрупкости (синеломкости) стали.

3.Скорость деформации

Скорость деформации это изменение степени деформации ( ) в единицу времени (t).

Т.е.(17)

От скорости деформации надо отличать скорость деформирования.

Скорость деформирования скорость движения деформирующего инструмента.

В общем случае с увеличением скорости деформации предел текучести возрастает, а пластичность падает. Особенно резко уменьшается пластичность некоторых высоколегированных сталей, магниевых и медных сплавов. При обработке давлением нагретого металла это можно объяснить влиянием двух противоположных процессов: -прочнение при деформации;- разупрочнение вследствие рекристаллизации.

При больших скоростях деформации разупрочнение может отставать от упрочнения. Кроме того, следует учитывать тепловой эффект пластической деформации, который выражается в том, что энергия, расходуемая на пластическую деформацию, превращается в основном в тепло.

4. Напряженное состояние

Напряженное состояние в элементарно малом объеме характеризуется схемой главных напряжений.

Главные напряжения - это нормальные напряжения, действующие в трех взаимно перпендикулярных площадках, на которых касательные напряжения равны нулю.

Деформированное состояние характеризуется схемой главных деформаций, т.е.

деформаций в направлении трех осей, перпендикулярных к площадкам, в которых касательные напряжения отсутствует.

Совокупность схем главных напряжений и главных деформаций позволяет судить о характере главных напряжений и деформаций при различных видах обработки давлением и пластичности металла: чем больше сжимающие напряжения и меньше напряжения и деформации растяжения, тем выше пластичность обрабатываемого металла.

6.3 Холодная и горячая обработка металлов давлением

Наклеп упрочнение металлов при пластической деформации. В результате
упрочнения пластические свойства металлов могут снизиться настолько, что дальнейшая
деформация вызывает разрушение.

При нагреве наклепанного металла до температур, составляющих 0,2-0,3 от температуры плавления тип (возврате), частично уменьшаются искажения кристаллической решетки и внутренние напряжения без изменения микроструктуры и свойств деформированного металла.

При нагреве деформированных металлов выше 0,4Тпл. образуются новые равноосные зерна и свойства металла возвращаются к их исходным значениям до деформации.

Рекристаллизация процесс образования новых центров кристаллизации и новых равноосных зерен в деформированном металле при нагреве, сопровождающийся уменьшением прочности, увеличением пластичности и восстановлением других свойств.

Температура рекристаллизации наименьшая температура, при которой начинается процесс рекристаллизации.

Величина зерна после рекристаллизации зависти от степени и скорости деформации, а также температуры и длительности нагрева.

В зависимости от температурно-скоростных условий при деформировании могут происходить два противоположных процесса:

- упрочнение, вызываемое деформацией;

-разупрочнение, обусловленное рекристаллизацией.

Поэтому различаются:

1) Холодная деформация;

2) Горячая деформация.

Холодная деформация производится при температурах ниже температуры рекристаллизации и сопровождается наклепом металла.

Горячая деформация протекает при температурах выше температуры рекристаллизации.

При горячей деформации также происходит упрочнение металла горячий наклеп. Это упрочнение полностью снимается в процессе рекристаллизации. При горячей деформации пластичность металла выше, а сопротивление деформации примерно в 10 раз меньше, чем при холодной деформации.

Неполная горячая деформация - деформация, после которой происходит только частичное разупрочнение.

6.4 Влияние обработки давлением на структуру и механические свойства металлов и сплавов

Структура слитков, которые являются исходными заготовками при обработке давлением, неоднородна. Основу её составляют зерна первичной кристаллизации (дендриты) различной величины и формы, на границах которых скапливаются примеси и неметаллические включения.

В структуре слитка имеются также поры и газовые пузыри. Высокая степень деформации при высокой температуре вызывает дробление зерна, а также частичные заваривание пор.

Зерна и межкристаллические прослойки с повышенным содержанием неметаллических включений вытягиваются в направлении наибольшей деформации. В результате структура металла приобретает полосчатое - волокнистое строение. Волокнистость оказывает влияние па механические характеристики, вызывая их анизотропию. Наличие полосчатой микроструктуры и анизотропии свойств в деформированном металле необходимо учитывать при проектировании и изготовлении деталей. Надо стремиться получить с них такое расположение волокон, чтобы наибольшие растягивающие напряжения действовали вдоль, а перерезывающие усилия - поперек волокон, а также, чтобы они не перерезывались при обработке резанием. Желательно, чтобы у поверхности детали волокна повторяли её очертания.

6.5 Основные методы обработки металлов давлением

I. Прокатка:

1 )Продольная;

2) Поперечная;

3) Поперечно - винтовая;

П. Прессование:

1) Прямое;

2) Обратное;

III.Волочение;

IV. Ковка;

1)Виды:

а) машинная на молотах или на прессах;

б) ручная;

2) Основные технологические операции:

а) протяжка (вытяжка);

-разгонка,

-протяжка полого цилиндра;

-раскатка (раздача),

б) осадка;

в) прошивка;

г) гибка;

д) закручивание;

е) рубка (надрубка);

V. Объемная штамповка:

1) Виды:

а) горячая объемная штамповка;
- в открытых штампах,

- в закрытых штампах,

- штамповка выдавливанием;

б)Холодная объемная штамповка:

-холодное выдавливание (прямое, обратное, комбинированное);

-холодная высадка,

-холодная формовка (в открытых и закрытых штампах);

-холодная калибровка (чеканка);

2)Основные технологические операции для горячем объемной штамповки:

а) осадка:

б) протяжка;

в) подкатка;

г) пережим;

д) формовка;

е) гибка;

ж) обрубка (для прутка);

3)Основные технологические операции для холодном объемной штамповки (формовки):

а) осадка плоскопараллельнымп бойками;

б) открытая осадка с выдавливанием в одну пли две стороны для образования
бобышек и выступов;

в) закрытая осадка с истечением металла в одну или две полости штампа для
формовки частичных утолщений с одновременным формообразованием требуемого контура;

VI. Листован штамповка:

1)Основные технологические операции:

а)разделительные:
-отрезка;
-вырубка;
-пробивка;
-надрезка;
-проколка;
-обрезка;
-зачисчка,
-высечка;
-просечка и др.;

б) Формоизменяющие:

-гибка (V- образная, Z образная, П образная, четырехугловая);

-вытяжка (без утонения стенок, обратная, с утонением стенок);

-формовка (обжим, рельефная формовка, формовка растяжением – выпучиванием, отбортовка).

2)Особые способы листовой штамповки:

а)штамповка пластичными средами и жидкостью (резина, полиуретан, жидкость, газ или комбинация этих сред);

б)штамповка на листоштамповочных молотах;

в)высокоскоростные методы штамповки:

- штамповка взрывом:

- электрогидравлическая штамповка;

- электромагнитная штамповка (магнитно импульсная);

г) штамповка в условиях сверхпластичности;

д) штамповка с дифференцированным нагревом;

е) ротационные методы деформирования и др.

Прокатка- обжатие металла вращающимися валками. Прокаткой получают изделия с постоянными по длине поперечным сечениям (прутки, рельсы, листы, трубы, балки и др.) или с периодической изменяющейся по длине формой.

Прессование - продавливание нагретого металла, находящегося в замкнутом объеме, через отверстие в матрице. Форма и размеры поперечного сечения выдавливаемых прутков соответствуют форме и размерам этого отверстия.

Волочение- протягивание заготовки через отверстие в волочильной матрице (волоке). Волочением получают тонкие сорта проволоки, калиброванные прутки, тонкостенные трубы.

Ковка- процесс деформирования нагретой заготовки между бойками молота или пресса. Изменение формы и размеров заготовки достигается последовательным воздействием бойков или инструмента па различные участки заготовки.

Объемная штамповка -одновременное деформирование всей заготовки в специализированном инструменте (штампе) на молотах, прессах или горизонтально -ковочных машинах. Форма и размеры внутренней полости штамма определяют форму и размеры заготовки. Листовая штамповка получение плоских и объемных полых деталей из листа или полосы с помощью штампов па холодноштамповочных прессах

6.6 Нагрев металлов перед обработкой давлением

Для повышения пластичности и уменьшения сопротивления деформированию металлы и сплавы перед обработкой давлением нагревают до определенной температуры.

Для каждого металла существует свой температурный интервал (диапазон температур начала и окончания обработки), в котором обеспечиваются оптимальные условия горячей обработки давлением:

1) Для углеродистых сталей:

а) С- 0,2-0,7% 1280-800°С;

б) С=0,8-1,3% 1100-780⁰С;

2) Для медных сплавов 900-700⁰С,

3) Дюалюмин 470-400°С;

4) Для титановых сплавов 1100-900°С.

Нагрев металла сопровождается рядом явлений, которые необходимо учитывать при
выборе температуры и режиме нагрева:

- окисление;

- обезуглероживание;

- перегрев;

- пережог.

Нагрев заготовок обычно происходит неравномерно. В начале нагреваются наружные слои, а затем за счет теплопроводности - сердцевина. При большой разности температур поверхности и сердцевины возникают температурные напряжения (снаружи- сжимающие, внутри растягивающие), которые могут привести к образованию трещин. К чему склонны особенно легированные и литые стали, у которых теплопроводность меньше, и она возрастает с увеличением сечения заготовки.

Поэтому заготовки из легированных сталей и заготовки нагревают постепенно (методически) в два этапа:

- медленный нагрев и выдержка при 700-800°С;

- нагрев до необходимой температуры с максимально возможной скоростью.

6.7 Виды брака и контроль качества заготовок, получаемых обработкой давлением

I. Виды брака поковок:

1)Брак, возникающий от исходного материала:

- риски;

- волосовины,

- закаты;

- плены;

- расслоения;

- инородные включения,

- флокены;

- несоответствие марки стали;

- несоответствие размерам профиля;

2) Брак, возникающий при резке заготовок:

- косой срез;

- заусенцы и искривление конца заготовки;

- грубый срез или скол с вырывом металла;

- торцовые трещины;

- несоответствие заготовки длине;

3) Брак, возникающий при нагреве заготовок:

- недогрев;

- перегрев,

- пережог;

- окалина;

- обезуглероживание;

4) Брак, возникающий при штамповке:

- вмятины;

- забоины;

- лом - бой;

- переполнение формы;

- недоштамповка;

- перекос;

- зажим;

- заусенец,

- кривизна;

- ослабление размера;

- отклонение по длине;

5) Характерные виды брака при штамповке па кривошипных
горячештамповочных прессах:

- незаполнение фигуры;

- коробление поковок;

- след от толкателя,

- увеличенный размер на участке перехода;

- остатки заусенца;

- зажимы;

6) Брак при штамповке выдавливанием:

- пресс - утяжина;

- прострел;

- скол наружный;

- скол внутренний,

7) Брак вследствие неправильного конструирования штампов:

- недостаточный припуск на обработку;

- негодная макроструктура;

- систематический перекос штампов,

- систематическое переполнение фигуры штампа;

- систематическое образование зажимов;

- невыдерживание размеров от заданной базы;

8) Брак от термической обработки:

- недостаточная или повышенная твердость,

- пестрота твердости;

- закалочные трещины;

9) Брак при очистке поковок от окалины:

- остатки окалины;

- забоины и вмятины при очистке;

10) Брак, выявляемый обработкой резанием:

- чернота на обрабатываемых поверхностях;

- вмятины;

- тонкая стенка.

II. Виды брака листовых заготовок:

1)Брак, обусловленный дефектами листового металла:

- расслоение,

- пузыри;

- плены;

- неметаллические включения;

- окалина,

- недогрев;
- перегрев;

- закатанные царапины;

-надрывы;

-крошка;

-царапины;

-рубцы;

-ребристость;

-волчки;

-надавы;

-схватывание;

-излом,

-пятна и полосы органических веществ,

-цвет побежалости;

-рваная кромка;

-заусенцы;

- рябизна;

2) Брак, вызванный физико -химическим состоянием материала:

- размер зерен;

- структурно - свободный цементит;

- полосы скольжения и деформационное старение листовой стали;

3)Брак, обусловленный технологическим процессом:

- искажения формы и размеров;

- рваная поверхность среды;

- наличие заусенцев;

- утонение металла штампуемой детали;

- образование складок;

- отрыв дойных частей;

- трещины;

- образование фестонов;

- налипление металла на деформирующий инструмент;

- вмятины, наплывы и др.

6.8 Конт роль штампованных поковок

Контроль поковок является неотъемлемой частью ТП штамповки и включает в себя проверку размеров и формы элементов и их механической прочности:

1)Контроль размеров поковок

При измерении размеров поковок необходимо соблюдать правило единства баз. Для проверки размеров применяются универсальные (штангенциркули, кронциркули, индикаторы и т.п.) и специальные (скобы, шаблоны и т.п.), а также контрольные приспособления.

2)Контроль механической прочности

Включает химический и металлографический анализы, механические, магнитные и другие специальные испытания поковок, а также выявление внешних и внутренних дефектов.

Выявление внешних дефектов чаще всего производят визуальным осмотром, а также при помощи магнитной дефектоскопии и люминесцентного метода. Чисто внутренние дефекты обнаруживаются ультразвуковым методом пли рентгеноскопией.

6.9 Условное обозначение поковок

I.Поковки из конструкционной углеродистой л легированной стали:

1) Пример условного обозначения поковки группы I:

Гр. I ГОСТ 8479-70;

2)Пример условного обозначения поковки группы II (III) с точностью НВ 143-179:

Гр. II (III) НВ 143-179 ГОСТ 8479-70;

3)Пример условного обозначения поковки группы IV(V) с категорией прочности КП 490:

Гр. IV(V) КП 490 ГОСТ 8479-70;

4)Пример условного обозначения поковки группы IV(V) с категорией прочности КП 490, относительным сужением не менее 50%, ударной вязкостью KCU не менее 69 Дж/м² х 10⁴ (7 кг/см²):

Гр. IV - КП 490 - 50-KCU 69 ГОСТ 8479-70;

5) Пример условного обозначения поковки группы IV с категорией прочности КП 490, временным сопротивлением не менее 655МПа, относительным удлинением не менее

14% и ударной вязкостью KCU не менее 64 Дж/м² х 10⁴:

Гр. IV - КП 490 - 655- 14- KCU 64 ГОСТ 8479-70;

П. Поковки из коррозионно - стойких сталей и сплавов:

1)Пример условного обозначения поковки группы I:

Поковка Гр. I ГОСТ 25054-81;

2)Пример условного обозначения поковки группы II, с твердостью НВ 140-200:

Поковка Гр. II НВ 140-200 ГОСТ 25054-81

3)Пример условного обозначения поковки группы III, коррозионно-стойкая, с твердостью НВ 140-200:

Поковка Гр. Ill K-HВ I40-200 ГОСТ 25054-81;

4) Пример условного обозначения поковки группы IV, коррозионно-стойкая, из стали марки 08Х22Н6Т с пределом текучести 343 МПа, пределом прочности 539 МПа, относительным удлинением 18%, относительным сужением 35%, ударной вязкостью KCU 0,6М/7а:

Поковка Гр. IV К-08Х22Н6Т- 343 - 539- 18- 35- KCU 0,6 ГОСТ 5054-81.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: