БУКИНИСТ

Основные понятия об обработке металлов давлением.

Обработкой металлов давлением называется такой вид обработки, при котором под действием внешних сил заготовке в нагретом или холодном состоянии придаются заданные форма, размеры и прочностные свойства. При нагреве пластичность металла, как правило, возрастает, а прочность уменьшается. Повышенная пластичность после нагрева позволяет легче придать металлу необходимую форму и размеры, а низкая прочность металла обеспечивает наименьшую затрату механической работы на его формоизменение.

В зависимости от формы изготавливаемой продукции, массовости производства, свойств обрабатываемого металла применяют следующие виды обработки металлов давлением: прокатка, волочение, прессование, ковка, объемная и листовая штамповка.

При прокатке металл в горячем или холодном состоянии деформируется посредством вращающегося инструмента - валков. Заготовка втягивается силами трения в зазор между валками, прокатывается между ними и приобретает требуемую форму поперечного сечения. При прокатке длина заготовки увеличивается, площадь поперечного сечения уменьшается. Прокатку ведут на специальных машинах - прокатных станах, форму поперечного сечения проката называют профилем, а совокупность различных профилей - сортаментом.

Прокаткой сначала получают из слитков два вида продукта - блюмсы и слябы.

Блюмсами называются прокатаные в горячем состоянии из слитков на обжимном стане -блюминге крупные заготовки, используемые как исходный материал для дальнейшего производства проката или как заготовки для машинной ковки.

Слябами называются прокатаные из слитков толстолистовые заготовки с обжатыми боковыми кромками на крупном обжимном стане-слябинге. Из этих заготовок прокатывают листы различных размеров или же куют крупные поковки методом машинной ковки. Прокаткой получают прутки различных сечений, полосу, рельсы, балки, уголки, швеллеры, листы, трубы, зубчатые колеса, шары и др.

Волочение заключается в протягивании с усилием заготовки через отверстие в матрице. Волочение осуществляют на станах чаще всего в холодном состоянии металла заготовки, что обеспечивает получение продукции с высокой точностью и хорошим качеством поверхности. Волочением получают проволоку диаметром от нескольких микрон до 16 мм, высококачественные трубы диаметром от 0,2 до 20 мм, а также разнообразные пустотелые профили.

Прессование применяют для изготовления прутков, сплошных и полых труб, профилей сложного и разнообразного сечения, в основном из цветных металлов и сплавов; а также из сталей, обладающих высокой прочностью и пониженной пластичностью.

Сущность процесса прессования заключается в том, что пуансон, оказывая давление на нагретую литую или катаную заготовку, выдавливает металл из контейнера через отверстие в матрице, сечение которого соответствует заданному сечению профиля. При изготовлении труб и пустотелых профилей нагретый металл выдавливается через кольцевой зазор между стенками отверстия матрицы и иглой-оправкой пуансона, наружный диаметр трубы определяется размером выходного отверстия матрицы, а внутренний - диаметром иглы-оправки пуансона.

Ковка осуществляется ударами молота или нажатием пресса, при этом течение металла заготовки происходит в направлениях, не ограниченных поверхностями бойков и универсального кузнечного инструмента. Ковку применяют для изготовления мелких и крупных поковок простой и сложной формы, не имеющих точных размеров и достаточно качественной поверхности. Подавляющее большинство изготавливаемых ковкой поковок подвергается дальнейшей обработке на металлорежущих станках.

Простые поковки, не требующие последующей обработки на металлорежущих станках, называют черными поковками. Производство мелких (массой до 100 кг) и средних (массой до 2000 кг) поковок ведется на ковочных молотах с массой падающих частей до 3-5 т. Крупные, массой более 2000 кг, поковки изготовляют на ковочных гидравлических и парогидравлических прессах усилием до 10000 Т (98,1 Мн) и выше.

Ковка бывает ручная и машинная и применяется в мелкосерийном и индивидуальном производстве. Масса поковок, производимых ручной и машинной ковкой, колеблется от долей килограмма до нескольких десятков и сотен тонн (230—300 т). Поковки средних и малых размеров изготовляют из блюмсов и слябов и сортового проката, крупные поковки — из кузнечных слитков.

Объемная штамповка состоит, как правило, в горячем деформировании металла посредством специализированного инструмента—штампов. Штампы имеют специальные полости — ручьи, по форме соответствующие форме будущей поковки. В процессе деформирования металл заготовки заполняет указанные полости и принимает форму ручья. Объемную штамповку применяют в серийном, крупносерийном и массовом производствах потому, что затраты, связанные с изготовлением штампов, окупаются лишь при выпуске большого количества поковок.

Точность размеров, качество поверхности поковок при штамповке значительно выше, чем при ковке, так что нередко после штамповки не требуется механическая обработка поковки. Производительность горячей штамповки во много раз выше ручной и машинной ковки, а квалификация рабочего кузнеца-штамповщика значительно ниже квалификации кузнеца ручной и машинной ковки.

Листовая штамповка характеризуется тем, что плоская листовая или трубная заготовка разрезается или подвергается формоизменению чаще в холодном состоянии с помощью специальных штампов. Детали, полученные листовой штамповкой, отличаются высокой точностью, хорошим качеством поверхности и, как правило, поступают на сборку без дополнительной механической обработки. Рассматриваемый вид обработки давлением — это высокопроизводительный и автоматизированный метод получения деталей в массовом производстве деталей автомобилей, тракторов, самолетов, приборов и т. д.

Сущность и область применения ковки.

В зависимости от размеров и массы поковок и средств, которыми осуществляют формообразование, ковка разделяется на ручную и машинную.

Ручная ковка выполняется непосредственно ударами кузнеца и его помощников молотобойцев вручную, без использования кузнечных машин для деформирования металла. Металл нагретой заготовки, уложенной на наковальню, перемещается (течет) под ударами ручника и кувалд непосредственно или с помощью подкладного инструмента. Ручная ковка применяется при изготовлении мелких поковок (массой до 8 кг) в индивидуальном производстве и при ремонтных работах. Она требует высокой квалификации кузнеца и отличается низкой производительностью.

При машинной ковке нагретый металл пластически деформируется под воздействием удара падающих частей ковочного молота или давления пресса. При этом нагретую заготовку укладывают на нижний неподвижный боек, как на наковальню, а верхний подвижный боек при падении ударяет (на молоте) или нажимает (на прессе) на заготовку, деформирует металл, заставляя его перемещаться в требуемом направлении. Производительность при машинной ковке выше, чем при ручной.

Технологический процесс ручной и машинной ковки в зависимости от формы поковки может состоять из одной или нескольких операций, осуществляемых в определенной последовательности. К основным кузнечным операциям при ковке относятся: протяжка, осадка, гибка, пробивка или прошивка отверстий, скручивание и разрубка, а также кузнечная сварка и правка.

При выполнении перечисленных операций за исключением разрубки и сварки происходит пластическое течение металла в требуемом направлении, благодаря чему обеспечивается получение поковок необходимой формы. При разрубке и ее разновидностях требуемая форма получается при полном или частичном разделении заготовки. При сварке две или несколько заготовок, нагретые до сварочной температуры, под воздействием ударов или давления соединяются вместе, образуя одно неразъемное целое.

Кроме обеспечения заданных форм и размеров, ковка способствует улучшению структуры металла, как следствие этого, повышению его механических свойств.

Деформация металла при ковке должна осуществляться при определенных температурных и деформационных режимах с тем, чтобы обеспечить получение не только заданной конфигурации, но и наилучшие механические, физико-химические и эксплуатационные свойства металла. Например, для улучшения эксплуатационных свойств рабочей полости штампов, рабочих кромок режущих инструментов и других изделий из инструментальных сталей поковки для них куют с двумя и более осадками, при этом каждая из осадок чередуется с протяжкой, хотя требуемая форма и размеры поковки получаются уже после первой осадки и последующей за нею протяжки и правки.

В общем количестве всех изготавливаемых в СССР поковок на долю кованых по номенклатуре приходится около 40%. Около 15% всей выплавляемой стали перерабатывается ковкой.

Наибольшее количество кованых поковок (до 70%) изготовляются в отраслях тяжелого и энергетического машиностроения. Ковка является пока единственным способом изготовления поковок для деталей типа валов паровых и гидравлических турбин, гидрогенераторов, турбинных дисков, коленчатых валов, деталей шагающих экскаваторов, цилиндров и колонн гидравлических прессов, валков для прокатных станов и им подобных. К качеству перечисленных поковок предъявляются особо высокие требования, так как изготавливаемые из них детали работают при высоких напряжениях, скоростях, давлениях, температурах и в различных средах. Эти детали должны быть надежными, прочными и долговечными.

Процессы ковки непрерывно совершенствуются в направлении приближения их к процессам горячей объемной штамповки. В передовых кузнечно-прессовых цехах с этой целью широко применяют специальные фасонные инструменты; бойки и подкладные штампы различной конфигурации.

Благодаря развитию и промышленному освоению процессов электрошлаковой сварки металлов, разработанных институтом электросварки им. О. Е. Патона, во многих случаях отпадает необходимость в изготовлении очень крупных поковок, так как их получают сваркой из нескольких относительно мелких частей, откованных в цехах на существующем в настоящее время универсальном оборудовании. Современные установки для электрошлаковой сварки позволяют сваривать слитки и части поковок диаметром до двух с половиной метров. Сочетание ковки и электрошлаковой сварки позволяет значительно сократить цикл изготовления поковок, расход металла и снизить себестоимость ковано-сварных поковок.

Производственные процессы кузнечного цеха.

Производственный процесс изготовления поковок состоит из ряда последовательно выполняемых работ: технологических, контрольных, транспортных. Основными из технологических работ являются следующие: подготовка слитков или заготовок под ковку, нагрев заготовок или слитков перед ковкой, сама ковка, охлаждение или термическая обработка готовых поковок, очистка поковок от окалины и контроль качества поковок.

В зависимости от отрасли и типа производства, массы поковок, наличия основного технологического и вспомогательного оборудования, каждая из перечисленных работ осуществляется на специализированных производственных участках кузнечного цеха. При планировке участков и расстановке оборудования, как правило, предусматривают прямоточное перемещение обрабатываемого металла без встречных направлений потока.

В кузнечных цехах, оборудованных молотами для изготовления мелких и средних поковок, используют в основном сортовой прокат и реже слитки небольшой массы. Со склада металла прокат поступает в заготовительное отделение, в котором в зависимости от размера сечения материала производится разрубка, ломка или отрезка обжатого или пруткового катаного материала на мерные заготовки. При использовании в качестве заготовок слитков, последние подвергают ремонту — удалению поверхностных дефектов или полной обдирке поверхности. Мерные заготовки и подготовленные слитки направляют из заготовительного отделения к нагревательным печам.

При наличии на заводе сталеплавильного цеха крупные слитки в горячем состоянии передают в специальных вагонах-термосах непосредственно на печной участок кузнечно-прессового цеха для подогрева до ковочной температуры, откуда они поступят к ковочным молотам или прессам. Очень крупные слитки подают в горячем состоянии на открытых железнодорожных платформах — лафетах. Естественно, что в этом случае отпадает необходимость организовать в цехе заготовительное отделение.

Нагревательные печи в кузнечных и кузнечно-прессовых цехах расположены обычно рядом с молотами или прессами в одну линию.

В зависимости от марки стали, массы и формы поковок последние охлаждают на полу цеха или в таре, в термостатах, в неотапливаемых и отапливаемых колодцах или же в горячем состоянии подают в термическое отделение для первичной тепловой обработки. После термообработки проводят очистку поверхности поковок от окалины и контроль качества поковок.

Подъемно-транспортное оборудование обеспечивает связь между участками или отделениями цеха, осуществляя работы по подвозке, переноске, загрузке, подъему и передаче заготовок и поковок к соседнему участку или агрегату, а также удалению готовой продукции и отходов с производственного участка.

Продукция кузнечного цеха современного машиностроительного завода состоит из разнообразных поковок, обеспечивающих как основное, так и вспомогательное производство. Вспомогательные ремонтно-механические цехи изготовляют из поковок, полученных в кузнечном цехе, запасные части для ремонта всех типов станков, подъемно-транспортных, санитарно-технических и других видов заводского оборудования. Вспомогательные инструментальные и механоштамповые цехи получают поковки для изготовления и ремонта необходимой оснастки: приспособлений, штампов и специального инструмента, которые требуются для своевременной подготовки производства и оснащения технологических операций во всех производственных цехах завода.