Основні види обробки металів

Деталі машин, верстатів і приладів виготовляють різними методами: відливанням, обробкою тиском (прокаткою, волочінням, пресуванням, куванням і штампуванням), зварюванням і механічною обробкою на металообробних верстатах.

Ливарне виробництво. Сутність ливарного виробництва полягає в тому, що вироби або заготовки деталей машин отримують заливанням розплавленого металу в форми. Отримана лита деталь називається відливанням.
Модельний комплект
а – роздільна модель виливка, б – роз’ємний стрижневий ящик, в – виливок втулки з ливникової системою, г – стрижень.

Технологічний процес ливарного виробництва складається з підготовки формувальних і стрижневих сумішей, виготовлення форм і стрижнів, плавки металу, складання і заливки форми, видалення виливків з форми і в окремих випадках термічної обробки виливків.

Лиття застосовують для виготовлення найрізноманітніших деталей: станин металорізальних верстатів, блоків циліндрів автомобілів, тракторів, поршнів, поршневих кілець, радіаторів опалення і т. П.

Виливки виготовляють з чавуну, стали, мідних, алюмінієвих, магнієвих і цинкових сплавів, що володіють необхідними технологічними і технічними властивостями. Найбільш поширеним матеріалом є чавун – найдешевший матеріал, що володіє високими ливарними властивостями і низькою температурою плавлення.

Фасонні виливки з підвищеною міцністю і високою ударною .вязкостью виготовляють з вуглецевих сталей марок 15Л, 35Л, 45Л і т. Д. Буква Л означає литу сталь, а цифри – середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка.

Ливарну форму, порожнина якої є відбиток майбутнього виливка, отримують з формувальної суміші за допомогою дерев’яної або металевої моделі.

Як матеріал для формувальних; сумішей застосовують вживану формувальну землю (горілу), нові елементи – кварцовий пісок, формувальну глину, добавки, сполучні речовини (смоли, рідке скло та ін.), пластифікатори, розпушувачі та інші. Вибір їх залежить від геометрії виливки, її ваги і товщини стінок, хімічного складу заливається металу.

Стрижні, призначені для отримання в відливання порожнин і отворів, виготовляють з стрижневою суміші в спеціальних ящиках.

Стрижнева суміш зазвичай складається з малоглинистих піску і сполучних речовин.

В індивідуальному і дрібносерійному виробництві ливарні форми виконують ручним способом (формують), використовуючи дерев’яні моделі, в поточно-масовому виробництві – на спеціальних машинах (формувальних), по модельним плитам (металева плита з міцно закріпленими на ній частинами моделі) і в двох опоках.

Чавун виплавляють у вагранках (шахтних печах), сталь – в конверторах, дугових і індукційних електричних печах, а кольорове лиття – в плавильних тигельних горнах. Метал, виплавлений в вагранках, спочатку розливається в ковші, а потім через литниковую систему (систему каналів в формі) – у форму.

Після заливки і охолодження виливок виймають (вибиває) з форми, видаляють прибутку (живильники), очищають від задирок, залишків літніковойсистеми і пригоріла землі.

Спеціальні способи лиття. Крім лиття в земляні форми, на заводах в даний час застосовують такі прогресивні способи лиття: лиття в металеві форми (кокілі) відцентрове лиття, лиття під тиском, точне лиття по виплавлюваних моделях, лиття в оболонкові форми. Ці способи дозволяють отримувати деталі більш точної форми і з невеликими припусками на механічну обробку.

Лиття в металеві форми. Цей спосіб полягає в тому, що розплавлений метал заливають не в разову земляну форму, а в постійну металеву, виготовлену з чавуну, сталі або інших сплавів. Металева форма витримує від декількох сот до десятків тисяч заливок.

Відцентрове лиття. При цьому способі розплавлений метал заливається в бистровращающейся металеву форму і під дією відцентрових сил притискається до її стінок. Метал зазвичай заливають на машинах з вертикальною, горизонтальною і похилою віссю обертання.

Відцентрове лиття застосовують для виготовлення втулок, кілець, труб і т. П.

Лиття під тиском – це спосіб отримання фасонних виливків у металевих формах, при якому метал в форму заливають під примусовим тиском. Таким способом отримують дрібні фасонні тонкостінні деталі автомобілів, тракторів, лічильних машин та т. Д. Матеріалом для виливків служать мідні, алюмінієві і цинкові сплави.

Лиття під тиском проводиться на спеціальних машинах.

Точне лиття по виплавлюваних моделях. Цей спосіб заснований на застосуванні моделі з суміші легковиплавляемих матеріалів – воску, парафіну і стеарину. Лиття здійснюється наступним чином. За металевою прессформе з великою точністю виготовляють воскову модель, яку склеюють в блоки (ялинки) із загальною ливниковою системою і облицьовують вогнетривким формувальних матеріалом. Як облицювальний матеріал застосовують суміш, що складається з кварцового піску, графіту, рідкого скла та інших компонентів. При висиханні і випалюванні форми облицювальний шар утворює міцну кірку, яка дає точний відбиток воскової моделі. Після цього воскова модель виплавляється, а форма прожарюється. Розплавлений метал заливають у форму звичайним способом. Точним литтям виготовляють дрібні фасонні та складні деталі автомобілів, велосипедів, швейних машин і т. П.

Лиття в оболонкові форми є різновидом лиття в разові земляні форми. Підігріта до 220-250 ° С металева модель майбутнього виливка обсипається з бункера формувальної сумішшю, що складається з дрібного кварцового піску (90-95%) і термореактивної бакелітовій смоли (10-5%). Під дією тепла смола в шарі суміші, що стикається з плитою, спочатку плавиться, потім твердне, утворюючи на моделі міцну піщано-смоляних оболонку. Після просушування оболонкову напівформу з’єднують з відповідною їй іншою полуформой, в результаті чого виходить міцна форма. Корковое лиття застосовують для відливання сталевих і чавунних деталей верстатів, машин, мотоциклів і т. Д.

Основними дефектами виливків у ливарному виробництві є: викривлення – зміна розмірів і контурів виливки під впливом усадочних напруг; газові раковини – порожнечі, розташовані на поверхні і всередині виливків, які виникають від неправильного режиму плавки; усадочні раковини – закриті або відкриті порожнечі в відливання, одержувані в результаті усадки металу при охолодженні.

Незначні дефекти в відливання усувають заваркою рідким металом, просоченням термореактивними смолами і термічною обробкою.

Обробка металу тиском. При обробці металу тиском широко використовують пластичні властивості металів, т. Е. Їх здатність в певних умовах під дією прикладених зовнішніх сил змінювати, не руйнуючись, розміри і форму і зберігати отриману форму після припинення дії сил. При обробці тиском змінюються також структура і механічні властивості металу.

Щоб підвищити пластичність металу і зменшити величину роботи, що витрачається на деформацію, перед обробкою тиском метал необхідно нагріти. Метал зазвичай нагрівають при певній температурі, яка залежить від його хімічного складу. Для нагріву застосовують сурми, нагрівальні полум’яні печі і електронагрівальні установки. Більшу частину оброблюваного металу нагрівають в камерних і методичних (безперервних) печах з газовим обігрівом. Для підігріву під прокатку великих сталевих зливків, що надходять неостиглого з сталеплавильних цехів, використовують нагрівальні колодязі. Кольорові метали і сплави нагрівають в електричних печах. Нагрівання чорних металів здійснюється двома способами: індукційним і контактним. При індукційному способі заготовки нагріваються в індукторі (соленоїді), за яким пропускають струм високої частоти, за рахунок тепла, що виникає під дією індукційного струму. При контактному електронагріванні струм великої величини пропускають через нагрівається заготовку. Тепло виділяється в результаті провідникові нагрівається заготовки.

До видів обробки металів тиском відносяться прокатка, волочіння, пресування, вільна кування і штампування.

Прокатка – наймасовіший спосіб обробки металів тиском, який здійснюється шляхом пропуску металу в зазор між обертовими в різних напрямках валками, внаслідок чого зменшується площа поперечного перерізу вихідної заготовки, а в ряді випадків змінюється її профіль. Схема прокатки зображена на рис. 31.

Прокаткою отримують не тільки готові вироби (рейки, балки), а й сортовий прокат круглого, квадратного, шестигранного профілів, труби і т. П. Прокатка проводиться на блюмінгах, слябінгах, сортових, листових, трубопрокатних і інших станах, на гладких і каліброваних валках з струмками (калібрами) певної форми. На блюмінгах з великих і важких злитків прокочують заготівлі квадратного перетину, звані блюмів, на слябінгах – заготовки прямокутного перетину (сталеві диски), звані слябами.

Сортові стани використовують для прокатки з блюмів сортових і фасонних профілів, листові стани – для листової прокатки з слябів в гарячому і холодному стані, а трубопрокатні стани – для прокатки безшовних (суцільнотягнутих) труб. Бандажі, дискові колеса, кульки для підшипників, зубчастих коліс і т. П. Прокочують на станах спеціального призначення

Волочіння. Цей спосіб полягає в протягуванні металу в холодному стані через отвір (фильер) в матриці, поперечний переріз якого менше, ніж у оброблюваної заготовки. При волочінні площа поперечного перерізу зменшується, завдяки чому довжина заготовки збільшується. Волочіння піддають чорні і кольорові метали і сплави в прутках, дроті і трубах. Волочіння дозволяє отримувати матеріали точних розмірів і з високою якістю поверхні.

Волочінням отримують сегментні шпонки, сталевий дріт діаметром 0,1 мм, голки для медичних шприців і т. Д.

Волочіння роблять на волочильних станах. Як інструмент застосовують волочильні дошки і матриці, що виготовляються з інструментальної сталі і твердих сплавів.

Пресування. Воно здійснюється продавлювання металу через отвір матриці. Профіль пресованого металу відповідає конфігурації отвори матриці, залишаючись постійним по всій довжині. Пресуванням виготовляють прутки, труби та різні складні профілі з таких кольорових металів, як олово, свинець, алюміній, мідь і т. Д. Пресують зазвичай на гідравлічних пресах зусиллям до 15тис. т.

Кування. Операція, при якій металу ударами інструментів надають необхідну зовнішню форму, називається куванням. Ковку, здійснювану під плоскими бойками, називають вільною, так як зміна форми металу при цьому виді обробки не обмежується стінками особливих форм (штампів) і метал «тече» вільно. Вільним куванням можна виготовляти найважчі поковки – аж до 250 т. Вільна кування розділяється на ручну і машинну. Ручне кування в основному застосовують при виготовленні дрібних виробів або при ремонтних роботах. Машинна кування – це основний вид вільного кування. Вона виконується на кувальних пневматичних або пароповітряних молотах, рідше – на кувальних гідравлічних пресах. При ручному куванні інструментом є ковадло, кувалда, зубило, пробійники, кліщі і т. Д. При машинної куванні робочим інструментом служать бойки кувальних молотів і пресів, допоміжним – розкочування, прошивки і кльоші. Крім допоміжного інструменту, застосовують машини, звані маніпуляторами, призначені для утримання, переміщення та кантування важких заготовок в процесі кування.

Основними операціями технологічного процесу вільного кування є: осаду (зменшення висоти заготовки), витяжка (подовження заготовки), прошивка (отримання отворів), рубка, зварювання і т. П.

Штампування. Спосіб виготовлення виробів тиском за допомогою штампів, т. Е. Металевих форм, обрисів і форма яких відповідає обрису і формі виробів, називають штампуванням. Розрізняють об’ємну і листове штампування. При об’ємної штампування поковки штампують на штампувальних і кувальних пресах. Штампи складаються з двох частин, кожна з яких має порожнини (струмки). Обриси струмків відповідають формі виготовленої поковки. Поковки можна штампувати і на пароповітряних молотах одинарної і подвійної дії падаючої частиною (бабою) вагою до 20-30 т і кривошипних пресах із зусиллям до 10 тис. Т. При штампуванні нагріта заготовка під дією удару молота деформується і заповнює порожнину штампа, надлишок металу ( облой) надходить в спеціальну канавку і потім обрізається на пресі. Дрібні поковки штампують з прутка довжиною до 1200мм, а великі – з штучних заготовок.

Листовим штампуванням виготовляють тонкостінні деталі з листів і стрічок різних металів і сплавів (шайби, сепаратори підшипників, кабіни, кузови, крила та інші деталі автомобілів і приладів). Листовий метал товщиною до 10мм штампують без нагріву, більш 10мм – з нагріванням до кувальних температур.
Листове штампування зазвичай виробляють на кривошипних і листоштампувальних пресах простого і подвійного дії.

В умовах масового виробництва підшипників, болтів, гайок та інших деталей широке застосування знаходять спеціалізовані ковальські машини. Найбільшого поширення набула горизонтально-кувальні машина.
Основні дефекти прокату і поковок. При прокатці заготовок можуть виникати такі дефекти: тріщини, волосовини, полон, заходи.

Тріщини утворюються через недостатнього прогрівання металу або при великому стисненні в валках.

Волосовини з’являються на поверхні прокату у вигляді витягнутого волоса в тих місцях металу, де були газові бульбашки, раковини.

Полон виникають при прокатці неякісних злитків.

Заходи – це дефекти на кшталт складок, що виходять при неправильному прокаті.

У ковальсько-штампувального виробництва можуть бути такі види шлюбу: забоїни, недоштамповка, перекіс і т. Д.

Забоїни, або вм’ятини, – це прості пошкодження поковки, що утворюються при неточною укладанні заготовки в струмок штампа перед ударом молота.

Недоштамповка, або «не добили», – це збільшення поковки по висоті, що виникає через недостатню кількість сильних ударів молота або через охолодження заготовки, в результаті чого метал втрачає пластичність.

Перекіс, або зсув, – це вид шлюбу, при якому верхня половина поковки зміщується або перекошується щодо нижньої.

Усунення дефектів і шлюбу досягається правильним виконанням технологічних процесів прокатки, кування і штампування.

Зварювання металів. Зварювання – один з найважливіших технологічних процесів, які застосовуються у всіх галузях промисловості. Сутність процесів зварювання полягає в отриманні нероз’ємного з’єднання сталевих деталей шляхом місцевого нагрівання до плавлення або до пластичного стану. При зварюванні плавленням метал розплавляється по крайках, що з’єднуються, перемішується в рідкій ванні і твердне, утворюючи після охолодження шов. При зварюванні в пластичному стані з’єднуються частини металу нагрівають до м’якого стану і під тиском з’єднують в одне ціле. Залежно від видів енергії, яка застосовується для нагріву металу, розрізняють хімічну та електричну зварку.

Хімічна зварювання. При цьому виді зварювання джерелом нагрівання служить тепло, одержуване при хімічних реакціях. Вона поділяється на термітну і газове зварювання.

Термітне зварювання заснована на використанні в якості горючого матеріалу терміту, що представляє собою механічну суміш алюмінієвого порошку і залізної окалини, розвиваючого при горінні температуру до 3000 ° С. Цей вид зварювання застосовують для зварювання трамвайних рейок,-решт електричних проводів, сталевих валів і інших деталей.

Газове зварювання здійснюють нагріванням металу полум’ям горючого газу, що спалюється в струмені кисню. Як горючих газів при газовій зварці і різанні металів використовують ацетилен, водень, природний газ і т. П., Але найбільш поширеним є ацетилен. Максимальна температура газового полум’я 3100 ° С.

Апаратурою для газового зварювання служать сталеві балони і зварювальні пальники зі змінними наконечниками, а матеріалом – конструкційні маловуглецеві стали. У якості присадочного матеріалу для зварювання сталей використовують спеціальну зварювальний дріт.

Газовим зварюванням можна виконувати зварювання чавунів, кольорових металів, наплавлення твердих сплавів, а також кисневу різку металів.

Електричне зварювання. Вона поділяється на дугову і контактне зварювання. При дугового зварювання енергія, необхідна для нагрівання і розплавлення металу, виділяється електричною дугою, а при контактної електрозварювання-під час проходження струму по деталі, що зварюється.

Дугове електрозварювання здійснюють на постійному і змінному струмі. Джерелом тепла для такого виду зварювання є електрична дуга.

Зварювальний дуга живиться постійним струмом від зварювальних машин-генераторів, змінним струмом – від зварювальних трансформаторів.

...
ПОДІЛИТИСЯ: