/>/>БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДРАСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ ИРАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
КафедраЭТТ
РЕФЕРАТ
Натему:
«Упругаяи пластическая деформация металлов. Способы обработки металлов давлением»
МИНСК,2008
Понятиеоб упругой и пластической деформации металлов
Деформация – изменение формы иразмеров твердого тела под воздействием приложенных к нему нагрузок. Различаютдеформацию упругую (обратимую) и пластическую (необратимую)
Упругойдеформацией называют такую, которая исчезает после снятия нагрузок, т.е. теловосстанавливает свою первоначальную форму. Пластическая деформацияостается после снятия внешней нагрузке, (тело не восстанавливает первоначальнуюформу и размеры).
Пластическаядеформация сопровождается смещением одной части кристалла относительно другойна расстояние, значительно превышающие расстояния между атомами вкристаллической решетке металлов и сплавов.
Способностьметаллов и сплавов к пластической деформации имеет важное практическоезначение, т.к. все процессы обработки металлов давлением основаны напластическом деформировании заготовок.
Величинапластической деформации не безгранична, при определенных ее значениях можетначинаться разрушение металла.
Припластической деформации изменяется не только форма, но и свойствадеформируемого металла. В реальном поликристаллическом металле происходитизменение форм зерен (кристаллитов) дробление отдельных зерен, а такжеориентация их определенных кристаллографических осей в направлении теченияметалла. Преимущественная ориентация зерен называется текстурой.Текстура металлов обусловливает анизотропию их механических, магнитных иэлектрических свойств. В общем случае анизотропия свойств металла отрицательносказывается при дальнейшей его обработки и эксплуатации изделий. В некоторыхслучаях специально стремятся создать максимально текстурованный в определенныхнаправлениях для повышения механической прочности или магнитно-электрическихсвойств.
/>
Сущность холодной и горячей обработки металловдавлением
В зависимости от температурно-скоростных условий деформированияразличают холодную и горячую деформацию.
Холодная деформация характеризуется изменением формы зерен,которые вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металла. Прихолодной деформации формоизменение сопровождается изменением механических ифизико-химических свойств металла. Это явление называют упрочнением(наклепом). Изменение механических свойств состоит в том, что при холоднойпластической деформации по мере ее увеличения возрастают характеристики прочности,а характеристики снижаются. Металл становится более твердым, но менепластичным. Упрочнение возникает вследствие поворота плоскостей скольжения,увеличение искажений кристаллической решетки в процессе холодногодеформирования (накопление дислокаций у границы зерен).
Изменение, внесенные холодной деформацией в структуру и свойстваметалла не обратимы. Они могут быть устранены, например с помощью термическойобработки (отжигом).
В этом случае происходит перестройка, при которой за счетдополнительной тепловой энергии, увеличивается подвижность атомов и в твердомметалле без фазовых превращений из множества центров растут новый зерназаменяющие собой вытянутые “деформированные зерна”.
Явление зарождения и роста, новых равнооснах зерен взамендеформированных, вытянутых, происходящее при определенных температурах,называется рекристаллизацией. Для чистых металлов рекристаллизацияначинается при абсолютной температуре, равной 0,4 абсолютной температуреплавления металла. Горячая обработка металлов металловдавлением производится при температурах, значительно превышающих температуру ихрекристаллизации, когда скорость процесса упрочнения, вызванного деформацией.При этом микроструктура металла после обработки давлением оказываетсяравноосной, без следов упрочнения. Зерна в металле получаются тем мельче, чембольше степень деформации.
Перед горячей обработкой давлением металлы и стали нагревают доопределенной температуры (начало горячей обработки давлением) для повышения ихпластичности и уменьшения сопротивления деформации. Однако в процессе обработкитемпература металла понижается. Минимальная температура, при которой можно производитьобработку, называется температурой окончания обработки давлением. Областьтемпературы между началом и окончанием, в которой металл или сплав обладаетнаилучшей пластичностью, наименьшей склонностью к росту зерна и минимальнымсопротивлением деформированию, называют температурным интервалов горячейобработки давлением.
При этом температура нагрева металла выбирается такой, чтобы невозник, пережег либо перегрев. Пережег, характеризуется окислением металла награнице зерен, в результате чего он становится хрупким и при ударе разрушается.Перегрев сопровождается резким ростом размеров зерен, вследствие чегоухудшаются механические свойства.
Каждый металл и сплав имеет свой строго определенный температурныйинтервал горячей обработки давлением. Например, алюминиевый сплав АК4 –470-350С; медный сплав БрАЖМц – 900-750С; титановый сплав Вт8 -1100-900С; сталь45 – 1200-750С.
Заготовка должна быть равномерно нагрета по всему объему дотребуемой температуры. Нагрев осуществляется в различных печах и нагревательныхустройствах. Выбор способа нагрева заготовок определяется технико-экономическихсоображениями.
/>/>Способы обработки металлов давлением
Обработка металлов давлением дает возможность получить изделие,которое получает окончательную форму после дополнительной обработки, илиготовое изделие, не нуждающееся в дальнейшем изменении размеров. Обработкадавлением обеспечивает массовое производство деталей одинакового размера сминимальными затратами времени и труда. Этот вид обработки имеет рядсущественных преимуществ перед другими способами в отношении производительностии экономии металла, поскольку в результате однократного приложения усилия можнозначительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того,пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойствметалла, заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшимиэксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостьюи т.д.) при наименьшей их массе.
К примеру: при обработке резанием за один час работы револьверногостанка можно получить 20 болтов (без резьбы) диаметром 12 мм и длиной 25 мм, на четырехшпиндельномавтомате можно получить 80 таких же станков. Болтовысадочная ковочная машина зачас дает 4200 штук таких же болтов.
При современных методах холодной штамповки, чеканки, калибровки, атакже холодной высадке можно получить заготовки, почти не требующие обработкирезаньем.
К основным способам обработки металлов давлением относятсяпроцессы прокатки, волочения, прессования (выдавливания), свободной ковки,горячей и холодной объемной штамповки, а также листовой или холодной штамповки.
/>/>Прокатка
Сущность процесса прокатки заключается в деформировании (обжатии)металла между вращающимися валками, зазор между которыми меньше толщиныобжимаемой заготовки.
/>
Рис.1. Прокатка
В результате обжатия поперечное сечение заготовки уменьшается, адлина и ширина увеличивается. Деформацию заготовки обычно определяютотносительным обжатием, % :
/>, (1)
где /> -высота заготовки.
Практика производится гладкими цилиндрическими волоками иволоками, имеющими на своей поверхности особые проточки, называемые ручьями.При плотном соприкосновении волоков их ручьи образуют закрытые контуры,называемые калибрами. Комплект практичных волоков со станиной называют рабочейклетью.
Практика гладкими волоками дает листы и ленты, а ручьевымиволоками – различные прокатные профили.
Обычно относительное обжатие заготовки за одинпроход не превышает даже для горячего металла 70 – 30 %, поэтому окончательныйпрофиль продукта получается многократным процессом повторения обработкизаготовки при постепенном уменьшении зазора между волоками. При каждом пропускезаготовки площадь её поперечного сечения уменьшается, а форма и размерыпостепенно приближаются к требуемым.
При горячей прокатке стали гладкимиволоками угол захвата равен 15-24°, при холодной – 3-8°, сортового металла25-27°.
Технологический процесс современного прокатногопроизводства, не зависимо от вида получаемой продукции, состоит из несколькихэтапов: подготовки исходного материала, нагрев его (в случае горячей прокатки),прокатки и отделки. Кроме того, на всех стадиях прокатки осуществляетсяконтроль за ходом процесса и состоянием оборудования.
/>/>Волочение
При волочении заготовку протягивают черезпостепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемое волокой. Приэтом сечение отверстия меньше исходного сечения заготовки.
/>
Рис. 2. Волочение
В результате волочения поперечное сечениезаготовки уменьшается, а длина увеличивается.
Процесс волочения осуществляется в холодномсостоянии и используется для получения тонкой проволоки (от 0.002 до 5 мм),калиброванных продуктов различного профиля и тонкостенных труб. При этополучают изделие точных размеров, заданной геометрической формы, с чистой игладкой поверхностью.
Заготовками могут служить прокат (катанаяпроволока, прутки, трубы), а так же прессованные профили (прутки, трубы). Окончательныеразмеры изделий обеспечиваются протягиванием (волочением заготовки) черезнесколько последовательно расположенных волок, так как степень обжатияматериала за один проход сравнительно не велика. Волока (фильер, глазок)изготавливаются из инструментальной стали (У7, У12, Х12М), металлокерамическихсплавов (ВК3, ВК6) или технического алмаза.
Технологический процесс волочения состоитиз 3 основных стадий:
1. подготовка металла (очистка от окалины, смазывания,заделка концов);
2. волочение по определенному режиму;
3. отделки (удаление дефектов, правка, разрезаниена мерные длины, маркировка, консервационное смазывание и пр.).
/>
Рис. 3. Примеры профилей, получаемых волочением ит. д.
/>/>
Прессование
Прессование – это процессвыдавливания металла, заключенного в замкнутой плоскости контейнера, черезотверстие матрицы, сечение которого меньше площади сечения контейнера, а формасоответствует форме готового изделия.
/>
Рис. 4. Схема прессованияполого профиля. 1 – пуансон; 2 – металл заготовки; 3 –матрица; 4 – игла; 5 – пресс- шайба;
Процесс прессования осуществляется притемпературах горячей обработки металлов давлением, т.е. при их высокойпластичности.
Прессованию подвергают алюминий, медь и сплавы наих основе, цинк, олово, свинец. Прессованием получают разнообразные профили(см. рис.) из специальных сталей, титановых сплавов и других малопластичных металлов;профили сложной формы, которые не могут быть получены другим способом; обычныепрофили небольших размеров (например, трубы из цветных металлов).
При прессовании металл подвергается всестороннемунеравномерному сжатию и поэтому имеет весьма высокую пластичность.
Прутки диаметром 3-250мм; трубы диаметром20-400мм со стенкой 1,5-12, профили сплошные, полые, с постоянными ипеременными
Исходной заготовкой для прессования служитслиток, или прокат круглого сечения. Прессование производится на горизонтальныхлибо вертикальных гидравлических прессах.
Процесс прессования высокопроизводителен иобеспечивает высокую точность профиля получаемых изделий. Простая заменаинструмента – матрицы – позволяет легко переходить к изготовлению изделиядругого вида.
Особые требования при прессовании предъявляются кинструменту (матрицам, прессшайбам, пуансонам) работающему в условиях высокихтемператур и больших нагрузок. Обычно этот инструмент изготавливают извысоколегированных сталей и сплавов, содержащих вольфрам, ванадий, молибден,хром, и другие элементы.
Метод прессования в силу сложности оборудования ивысокой стоимости инструмента применяются главным образом в условиях массовогопроизводства сложных профилей.
К недостаткам прессования следует отнести большиеотходы металла, т.к. весь металл не может быть выдавлен из контейнера.
/>/>Ковка
Ковка – вид горячей обработки металлов давлением, прикотором металл деформируется с помощью универсального инструмента. Нагретуюзаготовку укладывают на плоский боек и верхним бойком последовательнодеформируют отдельные ее участки. Металл свободно течет в стороны, неограниченные рабочими поверхностями инструмента, в качестве которого применяютплоские или фигурные (вырезные бойки, а также различный подкладочныйинструмент).
Ковкой получают заготовки для последующей механической обработки.Их называют поковками.
В единичном и мелко серийном производствах ковка экономическиболее целесообразна, чем штамповка, т.к. при ковке используется универсальныйинструмент.
К основным формообразующим операциям относятся: осадка, высадка,протяжка, прошивка, отрубка, гибка.
Осадка – операция уменьшения высоты заготовки приувеличении площади ее поперечного сечения.
/>
Рис.5. Осадка
Высадка – металл осаживается лишь на части длинызаготовки.
/>
Рис.6. Высадка
Протяжка – операция удлинения заготовки или ее части засчет уменьшения площади поперечного сечения.
/>
Рис.7. Протяжка
Прошивка – операция получения полостей в заготовке засчет вытеснения металла.
/>
Рис.8. Прошивка
Отрубка – операция отделения части заготовки понезамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформируемого инструмента.
Гибка – операция придания заготовке прогнутой формы по заданномуконтуру.
ЛИТЕРАТУРА
1. Технологияпроизводства ЭВМ / А.П. Достанко, М.И. Пикуль, А.А. Хмыль: Учеб. – Мн. Выш.Школа, 2004 – 347с.
2. Технологиядеталей радиоэлектронной аппаратуры. Учеб. пособие для ВУЗов / С.Е.Ушакова,В.С. Сергеев, А.В. Ключников, В.П. Привалов; Под ред. С.Е. Ушаковой. – М.:Радио и связь, 2002. – 256с.
3. ТявловскийМ.Д., Хмыль А.А., Станишевский В.К. Технология деталей и пе-риферийныхустройств ЭВА: Учеб. пособие для ВУЗов. Мн.: Выш. школа, 2001. – 256с.
4. Технологияконструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей ВУЗов/ А.М. Дольский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под ред. А.М. Дольского.– М.: Машиностроение, 2005. – 448с.
5. ЗайцевИ.В. Технология электроаппаратостроения: Учеб. пособие для ВУЗов. – М.: Высш.Школа, 2002. – 215с.
6. Основытехнологии важнейших отраслей промышленности: В 2 ч. Ч.1: Учеб. пособие длявузов / И.В. Ченцов, И.А.