БІЛОРУСЬКИЙ ГОСУДРАСТВЕННИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНФОРМАТИКИ І РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
Кафедра ЕТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«Пружна і пластична деформація металів. Способи обробки металів тиском »
МІНСЬК, 2008
Поняття про пружну та пластичної деформації металів
Деформація - зміна форми і розмірів твердого тіла під впливом прикладених до нього навантажень. Розрізняють деформацію пружну (оборотну) і пластичну (необоротну)
Пружною деформацією називають таку, яка зникає після зняття навантажень, тобто тіло відновлює свою початкову форму. Пластична деформація залишається після зняття зовнішньої навантаженні, (тіло не відновлює початкову форму і розміри).
Пластична деформація супроводжується зсувом однієї частини кристала щодо іншої на відстань, що значно перевищують відстані між атомами в кристалічній решітці металів і сплавів.
Здатність металів і сплавів до пластичної деформації має важливе практичне значення, тому що всі процеси обробки металів тиском засновані на пластичному деформуванні заготовок.
Величина пластичної деформації не безмежна, за певних її значеннях може починатися руйнування металу.
При пластичної деформації змінюється не тільки форма, а й властивості деформованого металу. У реальному поликристаллическом металі відбувається зміна форм зерен (кристалітів) дроблення окремих зерен, а також орієнтація їх певних кристалографічних осей у напрямі течії металу. Переважна орієнтація зерен називається текстурою. Текстура металів обумовлює анізотропію їх механічних, магнітних і електричних властивостей. У загальному випадку анізотропія властивостей металу негативно позначається при подальшій його обробки та експлуатації виробів. У деяких випадках спеціально прагнуть створити максимально текстурованим в певних напрямках для підвищення механічної міцності або магнітно-електричних властивостей.
Сутність холодної та гарячої обробки металів тиском
У залежності від температурно-швидкісних умов деформування розрізняють холодну і гарячу деформацію.
Холодна деформація характеризується зміною форми зерен, які витягуються в напрямку найбільш інтенсивної течії металу. При холодній деформації формозмінення супроводжується зміною механічних та фізико-хімічних властивостей металу. Це явище називають зміцненням (наклепом). Зміна механічних властивостей у тому, що при холодній пластичній деформації в міру її збільшення зростають характеристики міцності, а характеристики знижуються. Метал стає більш твердим, але мене пластичним. Зміцнення виникає внаслідок повороту площин ковзання, збільшення спотворень кристалічної решітки в процесі холодного деформування (накопичення дислокацій біля кордону зерен).
Зміна, внесені холодної деформацією в структуру і властивості металу не оборотні. Вони можуть бути усунені, наприклад за допомогою термічної обробки (відпалом).
У цьому випадку відбувається перебудова, при якій за рахунок додаткової теплової енергії, збільшується рухливість атомів і в твердому металі без фазових перетворень з безлічі центрів ростуть новий зерна замінюють собою витягнуті "деформовані зерна".
Явище зародження і зростання, нових равноосная зерен замість деформованих, витягнутих, яке відбувається при певних температурах, називається рекристалізацією. Для чистих металів рекристалізація починається при абсолютній температурі, рівної 0,4 абсолютній температурі плавлення металу. Гаряча обробка металів металів тиском проводиться при температурах, значно перевищують температуру їх рекристалізації, коли швидкість процесу зміцнення, викликаного деформацією. При цьому мікроструктура металу після обробки тиском виявляється равноосной, без слідів зміцнення. Зерна в металі виходять тим дрібніше, чим більше ступінь деформації.
Перед гарячої обробкою тиском метали і стали нагрівають до певної температури (початок гарячої обробки тиском) для підвищення їх пластичності і зменшення опору деформації. Однак у процесі обробки температура металу знижується. Мінімальна температура, при якій можна робити обробку, називається температурою закінчення обробки тиском. Область температури між початком і закінченням, в якій метал або сплав має найкращу пластичністю, найменшою схильністю до зростання зерна і мінімальним опором деформуванню, називають температурним інтервалів гарячої обробки тиском.
При цьому температура нагріву металу вибирається такий, щоб не виник, вапно або перегрів. Перепалив, характеризується окисленням металу на кордоні зерен, в результаті чого він стає крихким і при ударі руйнується. Перегрів супроводжується різким зростанням розмірів зерен, внаслідок чого погіршуються механічні властивості.
Кожен метал і сплав має свій строго певний температурний інтервал гарячої обробки тиском. Наприклад, алюмінієвий сплав АК4 - 470-350С; мідний сплав БрАЖМц - 900-750С; титановий сплав ВТ8-1100-900С; сталь 45 - 1200-750С.
Заготовка повинна бути рівномірно нагріта по всьому об'єму до необхідної температури. Нагрівання здійснюється в різних печах і нагрівальних пристроях. Вибір способу нагріву заготовок визначається техніко-економічних міркуваннями.
Способи обробки металів тиском
Обробка металів тиском дає можливість отримати виріб, який отримує остаточну форму після додаткової обробки, або готовий виріб, не потребує подальшій зміні розмірів. Обробка тиском забезпечує масове виробництво деталей однакового розміру з мінімальними витратами часу та праці. Цей вид обробки має ряд істотних переваг перед іншими способами щодо продуктивності та економії металу, оскільки в результаті одноразового прикладання зусилля можна значно змінити форму і розміри деформируемой заготовки. Крім того, пластична деформація супроводжується зміною фізико-механічних властивостей металу, заготовки, що можна використовувати для отримання деталей з найкращими експлуатаційними властивостями (міцністю, жорсткістю, високу зносостійкість і т.д.) при найменшій їх масі.
Наприклад: при обробці різанням за одну годину роботи револьверного верстата можна отримати 20 болтів (без різьби) діаметром 12 мм і довжиною 25 мм, на четирехшпіндельном автоматі можна отримати 80 таких же верстатів. Болтовисадочная кувальних машин за годину дає 4200 штук таких же болтів.
При сучасних методах холодної штампування, карбування, калібрування, а також холодної висадки можна отримати заготовки, що майже не вимагають обробки різанням.
До основних способів обробки металів тиском відносяться процеси прокатки, волочіння, пресування (витискування), вільного кування, гарячої та холодної об'ємного штампування, а також листовий або холодної штампування.
Прокатка
Сутність процесу прокатки полягає в деформуванні (обтисненні) металу між обертовими валками, зазор між якими менше товщини обтисненій заготовки.
Рис. 1. Прокатка
У результаті обтиснення поперечний переріз заготовки зменшується, а довжина і ширина збільшується. Деформацію заготівлі зазвичай визначають відносним обтисненням,%:
, (1)
де - Висота заготовки.
Практика проводиться гладкими циліндричними волоками і волоками, що мають на своїй поверхні особливі проточки, звані струмками. При щільному зіткненні волоків їх струмки утворюють закриті контури, звані калібрами. Комплект практичних волоків зі станиною називають робочою кліттю.
Практика гладкими волоками дає листи та стрічки, а струмків волоками - різні прокатні профілі.
Зазвичай відносне обтиснення заготовки за один прохід не перевищує навіть для гарячого металу 70 - 30%, тому остаточний профіль продукту виходить багаторазовим процесом повторення обробки заготовки при поступовому зменшенні зазору між волоками. При кожному пропуску заготівлі площа її поперечного перерізу зменшується, а форма й розміри поступово наближаються до необхідних.
При гарячій прокатці стали гладкими волоками кут захоплення дорівнює 15-24 °, при холодній - 3-8 °, сортового металу 25-27 °.
Технологічний процес сучасного прокатного виробництва, не залежно від виду одержуваної продукції, складається з кількох етапів: підготовки вихідного матеріалу, нагрів його (у разі гарячої прокатки), прокатки і обробки. Крім того, на всіх стадіях прокатки здійснюється контроль за ходом процесу і станом обладнання.
Волочіння
При волочіння заготівлю простягають через поступово звужується отвір в інструменті, зване волокою. При цьому перетин отвору менше вихідного перерізу заготовки.
Рис. 2. Волочіння
У результаті волочіння поперечний переріз заготовки зменшується, а довжина збільшується.
Процес волочіння здійснюється в холодному стані і використовується для отримання тонкого дроту (від 0.002 до 5 мм), каліброваних продуктів різного профілю та тонкостінних труб. При це отримують виріб точних розмірів, заданої геометричної форми, з чистою та гладкою поверхнею.
Заготовками можуть служити прокат (катана дріт, прутки, труби), а так само пресовані профілі (прутки, труби). Остаточні розміри виробів забезпечуються простяганням (волочінням заготовки) через кілька послідовно розташованих волок, так як ступінь обтиснення матеріалу за один прохід порівняно не велика. Волока (фильер, вічко) виготовляються з інструментальної сталі (У7, У12, Х12М), металокерамічних сплавів (ВК3, ВК6) або технічного алмазу.
Технологічний процес волочіння складається з 3 основних стадій:
1. підготовка металу (очищення від окалини, змащування, закладення кінців);
2. волочіння по певному режиму;
3. обробки (видалення дефектів, правка, розрізання на мірні довжини, маркування, консерваційні змазування тощо).
Рис. 3. Приклади профілів, одержуваних волочінням і т. д.
Пресування
Пресування - це процес видавлювання металу, укладеного в замкнутій площині контейнера, через отвір матриці, перетин якого менше площі перерізу контейнера, а форма відповідає формі готового виробу.
Рис. 4. Схема пресування полого профілю. 1 - пуансон; 2 - метал заготовки; 3 - матриця; 4 - голка; 5 - прес-шайба;
Процес пресування здійснюється при температурах гарячої обробки металів тиском, тобто при їх високій пластичності.
Пресуванню піддають алюміній, мідь і сплави на їх основі, цинк, олово, свинець. Пресуванням отримують різноманітні профілі (див. рис.) Із спеціальних сталей, титанових сплавів та інших малопластична металів; профілі складної форми, які не можуть бути отримані іншим способом; звичайні профілі невеликих розмірів (наприклад, труби з кольорових металів).
При пресуванні метал піддається всебічному нерівномірного стиснення і тому має досить високу пластичність.
Прутки діаметром 3-250мм; труби діаметром 20-400мм із стінкою 1,5-12, профілі суцільні, порожнисті, з постійними і змінними
Вихідною заготівлею для пресування служить злиток, або прокат круглого перерізу. Пресування проводиться на горизонтальних або вертикальних гідравлічних пресах.
Процес пресування потужний: і забезпечує високу точність профілю одержуваних виробів. Проста заміна інструменту - матриці - дозволяє легко переходити до виготовлення виробу іншого виду.
Особливі вимоги при пресуванні пред'являються до інструменту (матрицями, прессшайбой, пуансонах) працює в умовах високих температур і великих навантажень. Зазвичай цей інструмент виготовляють з високолегованих сталей і сплавів, які містять вольфрам, ванадій, молібден, хром, і інші елементи.
Метод пресування у силу складності устаткування і високої вартості інструмента застосовуються головним чином в умовах масового виробництва складних профілів.
До недоліків пресування слід віднести великі відходи металу, тому що весь метал не може бути видавлений з контейнера.
Кування
Кування - вид гарячої обробки металів тиском, при якому метал деформується за допомогою універсального інструменту. Нагріту заготовку укладають на плоский бойок і верхнім бойком послідовно деформують окремі її ділянки. Метал вільно тече в сторони, не обмежені робочими поверхнями інструменту, в якості якого застосовують плоскі або фігурні (вирізні бойки, а також різний підкладковий інструмент).
Куванням отримують заготовки для подальшої механічної обробки. Їх називають поковками.
В одиничному і дрібно серійному виробництвах кування економічно більш доцільна, ніж штампування, тому що при куванні використовується універсальний інструмент.
До основних формотворчим операцій відносяться: осідання, висадка, протяжка, прошивка, отрубка, гнучка.
Осадка - операція зменшення висоти заготовки при збільшенні площі її поперечного перерізу.
Рис. 5. Осадка
Висадка - метал осаджується лише на частині довжини заготовки.
Рис. 6. Висадка
Протяжка - операція подовження заготовки або її частини за рахунок зменшення площі поперечного перерізу.
Рис. 7. Протяжка
Прошивка - операція отримання порожнин у заготівлі за рахунок витіснення металу.
Рис. 8. Прошивка
Отрубка - операція відділення частини заготовки по незамкнутому контуру шляхом впровадження в заготівлю деформівного інструменту.
Гнучка - операція додання заготівлі прогнутої форми по заданому контуру.
ЛІТЕРАТУРА
Технологія виробництва ЕОМ / А.П. Достанко, М.І. Пікуль, А.А. Хмиль: Учеб. - Мн. Обчислюємо. Школа, 2004 - 347с.
Технологія деталей радіоелектронної апаратури. Учеб. посібник для вузів / С. Є. Ушакова, В.С. Сергєєв, А.В. Ключников, В.П. Привалов; Під ред. С.Є. Ушакової. - М.: Радіо і зв'язок, 2002. - 256с.
Тявловскій М.Д., Хмиль А.А., Станішевський В.К. Технологія деталей і пе-ріферійних пристроїв ЕВА: Учеб. посібник для ВУЗів. Мн. Обчислюємо. школа, 2001. - 256с.
Технологія конструкційних матеріалів: Підручник для машинобудівних спеціальностей ВНЗ / А.М. Дольський, І.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова і ін; Під ред. А.М. Дольського. - М.: Машинобудування, 2005. - 448с.
Зайцев І.В. Технологія електроапаратобудування: Учеб. посібник для ВУЗів. - М.: Вищ. Школа, 2002. - 215с.
Основи технології найважливіших галузей промисловості: У 2 ч. Ч.1: Учеб. посібник для вузів / І.В. Ченцов, І.А.