Кузнечное производство, основное оборудование для обработки металлов давлением

Обработкой металлов давлением (ОМД) называют группу технологических процессов, в результате которых под влиянием приложенных внешних сил происходит изменение формы загото­вок без нарушения их сплошности.

Основной задачей всех видов обработки давлением является придание металлу желаемой формы посредством процесса пласти­ческой деформации. В результате пластической деформации из­меняются не только форма и размеры заготовки, но структура и свойства исходного металла.

В промышленности применяют шесть основных видов обра­ботки давлением: прокатку, прессование, волочение, ковку, объ­емную штамповку и листовую штамповку. Схемы этих видов приведены на рис.1.

При обработке металлов давлением в заготовке под действи­ем внешних сил возникают напряжения. Если они невелики, происходит упругая деформация, при которой атомы металла смещаются от положений устойчивого равновесия на очень малые расстояния, не превышающие межатомные. После снятия нагруз­ки атомы вследствие межатомного взаимодействия возвращаются в исходные положения устойчивого равновесия. Форма тела пол­ностью восстанавливается, и никаких остаточных изменений в металле не происходит.

С увеличением внешней нагрузки напряжения в теле рас­тут, что ведет к смещению атомов от положений устойчивого рав­новесия на расстояния, значительно превышающие межатомные. После снятия нагрузки атомы занимают новые места устойчивого равновесия, поэтому форма тела не восстанавливается. Такое необратимое изменение формы тела называется пластической деформацией.Способность металла подвергаться пластической деформации называется пластичностью. Количественно пла­стичность характеризуется значением максимальной остаточной деформации, которую можно сообщить металлу до его разруше­ния. Пластичность не является постоянной характеристикой металла, так как в значительной степени зависит от условий де­формирования.

Рис. 1. Виды обработки металлов давлением:

а — прокатка (1 — заготовка; 2 — валок; 3 изделие);

б — прессование (1 — пуансон; 2 — контейнер; 3 — заготовка;

4 — матрица; 5 — изделие); в — волочение (1 — заготовка;

2 —- волока; 3 — изделие); г — ковка (1, 3 — верхний

и нижний бойки; 2 — заготовка); д — объемная штамповка

(1 — заготовка; 2, 3 — верхняя и нижняя половины штампа);

е — листовая штамповка (1 — заготовка; 2 — пуансон; 3 — матрица)

Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяют:

- Прокатка заключается в обжатии заготовки между вращающимися валками. Силами трения заготовка втягивается между валками, а сила, нормальная к поверхности валков, уменьшает поперечные размеры заготовки.

- Прессование заключается в продавливании заготовки, находящейся в замкнутой форме, через отверстие матрицы, а длина её пропорциональна отношению площадей поперечного сечения исходной заготовки и выдавливаемой части и перемещению давящего инструмента.

- Волочение заключается в протягивании заготовки через сужавшуюся полость матрицы, площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и получает форму поперечного сечения матрицы.

- Ковкойизменяют форму и размеры заготовки путем последовательного воздействия универсальным инструментом на отдельные участки обрабатываемой заготовки.

- Штамповкой изменяют формы и размеры заготовки с помощью специализированного инструмента — штампа (для каждой обрабатываемой заготовки свой штамп).

Различают листовую и объемную штамповку. Листовой штамповкой получают плоские и пространственные полые детали из заготовок, у которых толщина меньше размеров в плане. При объемной штамповке на заготовку (пруток) воздействуют специализированным инструментом - штампом, металл заполняет полость штампа, приобретая её форму.

Сварочное производство

Сварка - процесс получения неразъемных соединений материалов путем их местного сплавления или совместного пластического деформирования, в результате чего возникают прочные связи между атомами соединяемых частей. Сварку применяют для соединения различных материалов: металлов, сплавов, металлов с неметаллическими материалами, пластмасс и др.

Широкое применение сварки обусловлено рядом ее преимуществ по сравнению с другими методами получения неразъемныхсоединений. К основным преимуществам относятся высокая производительность, существенная экономия металла и уменьшение массы конструкций.

Сварка позволяет получить рациональные конструкции с равномерным распределением нагрузок на их элементы и, кроме того, уменьшать объем механической обработки. Она незаменима в тех случаях, когда при получении неразъемного соединения необходимо обеспечить герметичность.

Различают два метода сварки: сварка давлением и сварки плавлением.

- При сварке давлением заготовки соединяются путем совместной пластической деформации. В процессе пластической деформации в поверхностных контактирующих слоях выравниваются микронеровности, разрушается адсорбированный слой и увеличивается число активных центров взаимодействия. В результате атомы активизированных поверхностей вступают во взаимодействие и между ними образуется металлическая связь.

- При сварке плавлением расплавляют кромки свариваемых заготовок. В результате образуется общая сварочная ванна рас­плавленного металла. Происходит разрушение окисных пленок, покрывающих поверхность соединяемых элементов и сближение атомов до расстояния, при котором возникают металлические связи. При охлаждении происходит кристаллизация расплавлен­ного металла и образование сварного шва.

Металл сварного шва, полученный при сварке плавлением, по своей структуре и химическому составу существенно отлича­ется от металла свариваемых заготовок, т.к. в процессе расплав­ления в сварочной ванне происходят испарение и окисление не­которых элементов, поглощение газов, легирование, диффузия и другие процессы. Полученный в процессе сварки плавлением сварной шов имеет литую структуру.

В зависимости от типа выбранного источника энергии разли­чают электрическую и химическую сварку плавлением.

- При электрической сварке плавлением источником нагрева служит электрическая энергия. Электрическая сварка плавлением подразделяется на дуговую, электрошлаковую, электронно­лучевую, лазером, а также сварку дуговой плазмой.

- При химической сварке плавлением в качестве источника нагрева используется экзотермическая реакция горения газов и порошкообразной горючей смеси (термитная сварка).

По признаку свариваемости конструкционные материалы можно разделить на:

- хорошо свариваемые (обычно однородные сплавы со струк­турой шва, идентичной структуре заготовок);

- удовлетворительно свариваемые (обычно сплавы с разными физико-химическими свойствами, образующие в соединении твердые растворы или интерметаллидное соединение);

- плохо свариваемые (материалы, не вступающие во взаимо­действие друг с другом, особенно пары «металл - неметалл»).

Качество сварки оценивается по соответствию шва реальным условиям эксплуатации изделия. Например, у изделий, работающих под нагрузкой, качество сварки оценивается по прочностным показателям шва и околошовной зоны, наличию сварочных дефектов - трещин, пористости, а также наличию посторонних включений.

Механосборочное производство

Изделием называется любой предмет или набор предметов про­изводства, подлежащих изготовлению на предприятии.

Деталь является изделием, изготовленным из однородного ма­териала, без применения сборочных операций, например валик, винт, литой корпус и др.

Сборочной единицей — узлом — называется изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями (свинчиванием, клёпкой, пай­кой, опрессовкой и т. п.), например станок, автомобиль, редуктор, готовальня, сварной корпус и др.

Комплексом называется два и более специфицированных изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операция­ми, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплу­атационных функций. В комплекс кроме изделий, выполняющих основные функции, могут входить детали, сборочные единицы и комплекты, предназна­ченные для выполнения вспомогательных функций, например детали и сборочные единицы, предназначенные для монтажа комплекса на месте его эксплуатации.

Комплект представляет два и более изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляю­щих набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера, например комплект запасных частей, комплект инструмента и т. п.

Сборка — образование разъемных или неразъемных соединений составных частей детали или изделия.

Узловая сборка — сборка, объектом которой является состав­ная часть изделия — сборочная единица (узел).

Общая сборка — сборка, объектом которой является изделие в целом.

Сборочный комплект — группа составных частей изделия, кото­рые необходимо подать на рабочее место для сборки изделия или его составной части.

Сборочные работы являются заключительным этапом в производ­ственном процессе, на котором из отдельных деталей и узлов собирают готовые изделия. Качество сборочных работ значительно влияет на эк­сплуатационные качества машины, на ее надежность и долговечность.

Собранное изделие — машина — при недостаточно точном соеди­нении отдельных деталей, даже если они изготовлены с заданной точностью, не будет обладать необходимыми эксплуатационными ка­чествами и надежно работать. Поэтому в производстве сборочные ра­боты имеют первостепенное значение.

Сборочные работы выполняются в сборочных отделениях и це­хах завода. Место и организация выполнения сборочных работ опре­деляются характером выпускаемых изделий, технологическим про­цессом, объемом производства. В единичном, мелкосерийном и серий­ном производстве сборка производится в сборочных цехах или сбо­рочных отделениях механосборочных цехов. В крупносерийном и массовом производстве сборка изделий производится в конце поточ­ных линий или в тех отделениях механического цеха, где обрабаты­ваются детали данных узлов. В этом случае осуществляется принцип законченного цикла про­изводства данного узла, включающего механическую обработку де­талей и сборку узла; общая сборка машины выполняется в сбороч­ном цехе. Соотношение времени, затрачиваемого на сборочные работы и механическую обработку деталей, а также времени, затрачиваемого на отдельные стадии сборочного процесса, зависит от вида производ­ства и методов сборки.

Необходимо путем использования механизированного инструмента добиваться уменьшения времени на ручные работы, которые применяются в значительных размерах в единичном и мелкосерийном про­изводстве и которых не всегда удается избежать в серийном про­изводстве.

Необходимо также шире применять предварительную узловую сборку и подавать на общую сборку возможно меньшее количество отдельных деталей с целью сокращения времени на общую сборку.