Виды обработки металлов

     Федеральное агентство по образованию

     Государственное образовательное учреждение

     высшего профессионального образования

     Дальневосточный государственный технический университет

     (ДВПИ  им. В.В. Куйбышева) 
 
 
 
 
 

     Реферат

     по  дисциплине «Товароведение и экспертиза металлотоваров»

     на  тему: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Выполнил:

     …………………….

           Проверил:

     …………………… 
 
 
 
 
 
 
 

     Владивосток

     2010 г.

     Содержание: 
 
 
 

1. Основные  способы обработки заготовок  металлов.

       Прогресс нашей цивилизации неразрывно связан с достижениями людей в области обработки металлов. Тысячелетия прошли с тех пор, как человек сделал первые шаги в области добычи металлов. Но для придания изделиям из металлов требуемой формы их необходимо было обрабатывать, чтобы сделать инструменты, оружие и посуду. Уже тогда люди обнаружили, что от нагревания металл становится мягче, а с остыванием он снова твердеет. Так древний человек научился плавить, варить и лить металлы.

     Какие же методы обработки металлов применяются  в промышленности сегодня? Наиболее часто используемыми и актуальными  видами обработки металлов на сегодняшний  день являются механическая и термическая  обработка (например, термообработка стали), литье, обработка давлением, сварка, электрофизические и электрохимические методы обработки.

     Использование пластических свойств металлов легло  в основу обработки металлов давлением. Действуя на заготовку давлением, можно  изменить ее форму и размеры, и, что не менее ценно, сохранить их после прекращения воздействия приложенных сил. Различают холодную и горячую обработку металлов давлением. Наиболее простым и достаточно широко распространенным способом является холодная штамповка, осуществляемая с использованием специального оборудования – штампов, которая применяется при массовом производстве различных металлических деталей. По сравнению с такими довольно старыми видами обработки металлов как механическая обработка и литье, этот способ, несомненно, является шагом вперед, поскольку его отличают высокая производительность и экономное расходование металла.

     Термическая обработка металлов основана на процессе теплового воздействия на металлы  и их сплавы, ее видами являются закалка, отжиг и отпуск. Если раньше применялась лишь обычная полная закалка металлов, то сейчас новым словом в развитии технологий обработки металлов является поверхностная закалка при помощи токов высокой частоты, которые генерируются специальными установками ТВЧ, осуществляющими индукционный нагрев помещенной в электромагнитное поле детали. Как правило, индуктор состоит из медных полых трубок с циркулирующей по ним водой, благодаря чему не происходит нагрева самого индуктора. Для обеспечения равномерного нагрева изделия форма индуктора сделана таким образом, что она повторяет форму детали.

     Закалка ТВЧ (токами высокой частоты) является прогрессивным способом обработки  металлов и имеет целый ряд  преимуществ перед уже известными способами, таких как достижение высокой прочности и качества обрабатываемых изделий, отсутствие окалины и возможность обработки деталей любых форм. Кроме того, способ высокопроизводителен, экономичен и допускает возможность внедрения на производстве полной автоматизации. Поэтому такому виду обработки металлов как закалка ТВЧ, несомненно, принадлежит будущее.

2. Характеристика  основных способов обработки заготовок металлов и металлообрабатывающих инструментов.

     2.1 Обработка металлов давлением

     Обработка металлов давлением основана на использовании пластических свойств материалов. Эти свойства позволяют изменять форму и размеры заготовки под действием внешних сил (давления) и сохранять полученные форму и размеры после прекращения действия сил. Для увеличения пластичности металл нагревают до температуры, при которой наиболее полно проявляются его пластические свойства.

     Обработка металлов давлением отличается высокой  производительностью и экономным  расходованием металла по сравнению  с литьем и механической обработкой и, кроме того, улучшает механические свойства литого металла.

     Различают следующие основные способы обработки  металлов давлением: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, штамповка.

     Прокатка  (рис. 1) —это обжатие заготовки между вращающимися валками. Валки могут быть гладкими — для прокатки листов и лент и с вырезками (ручьевые) — для получения деталей фасонного профиля. Различают горячую (с подогревом заготовки) и холодную прокатку.

     Рис. 1 – Прокатка

     В результате обжатия  поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличивается. Деформацию заготовки обычно определяют относительным обжатием, % :

      , (1)

     где - высота заготовки.

     Практика производится гладкими цилиндрическими волоками и волоками, 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 рабочей клетью.

     Практика гладкими волоками дает листы и ленты, а  ручьевыми волоками – различные прокатные профили.

     Обычно относительное  обжатие заготовки за один проход не превышает даже для горячего металла 70 – 30 %, поэтому окончательный профиль  продукта получается многократным процессом  повторения обработки заготовки  при постепенном уменьшении зазора между волоками. При каждом пропуске заготовки площадь её поперечного сечения уменьшается, а форма и размеры постепенно приближаются к требуемым.

       При горячей прокатке стали гладкими волоками угол захвата равен 15-24°, при холодной – 3-8°, сортового металла 25-27°.

       Технологический процесс современного прокатного производства, не зависимо от вида получаемой продукции, состоит из нескольких этапов: подготовки исходного материала, нагрев его (в случае горячей прокатки), прокатки и отделки. Кроме того, на всех стадиях прокатки осуществляется контроль за ходом процесса и состоянием оборудования.

     Комплекс  оборудования, с помощью которого производится прокатка, называется прокатным  станом. Прокатные станы подразделяют по характеру процесса прокатки и выпускаемой продукции на блюминги, слябинги, листопрокатные, проволочные, сортовые, трубопрокатные и специальные.

     На  блюмингах производят крупные квадратные заготовки — блюмы. Из блюмов на сортопрокатных станах получают сортовой прокат с сечениями в виде квадрата, круга, прямоугольника, треугольника, сегмента, ромба, уголка, швеллера, тавра, двутавра и др.

     На  слябингах прокатывают крупные  прямоугольные заготовки — слябы, из которых затем на листопрокатных станах производят более мелкие прямоугольные  заготовки и листы.

     Проволочные станы предназначены для получения  проволоки диаметром 5—10 мм.

     На  трубопрокатных станах получают бесшовные  и шовные (сварные) трубы. С помощью  специальных станов прокатывают  самые различные заготовки, например железнодорожные колеса, вагонные оси и т. д.

     Волочение (рис. 2) — процесс протягивания заготовки через постепенно сужающееся отверстие (волочильный глазок). В результате поперечное сечение заготовки уменьшается, а ее длина увеличивается. Волочильный глазок является основной частью волоки — рабочего органа волочильных станов, на которых производится эта операция. Волочение выполняют в холодном или горячем состоянии.

     При волочении заготовку  протягивают через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемое волокой. При этом сечение отверстия меньше исходного сечения заготовки. 

     Рис. 2 – Волочение

     Исходным  материалом для волочения является горячекатаный сортовой прокат (круглый, квадратный, шестигранный и др.), проволока, трубы из стали, цветных металлов и сплавов. Волочение применяют для получения проволоки малого диаметра, тонкостенных труб, фасонных профилей, а также для калибровки, т. е. придания точных размеров и высокого качества поверхности изделия. Разрезкой фасонных профилей получают готовые детали — шпонки, направляющие и т. д.

     Процесс волочения  осуществляется также в холодном состоянии и используется для получения тонкой проволоки (от 0.002 до 5 мм), калиброванных продуктов различного профиля и тонкостенных труб. При это получают изделие точных размеров, заданной геометрической формы, с чистой и гладкой поверхностью.

       Заготовками могут служить прокат (катаная проволока, прутки, трубы), а так же прессованные профили (прутки, трубы). Окончательные размеры изделий обеспечиваются протягиванием (волочением заготовки) через несколько последовательно расположенных волок, так как степень обжатия материала за один проход сравнительно не велика. Волока (фильер, глазок) изготавливаются из инструментальной стали (У7, У12, Х12М), металлокерамических сплавов (ВК3, ВК6) или технического алмаза.

     Прессование (рис. 3) — вид обработки металлов давлением, при котором металл, заключенный в замкнутую форму, выдавливается через отверстие, меньшей площади, чем площадь сечения исходного материала. В результате прессуемый металл принимает вид прутка, который может быть простым или сложным, сплошным или полым, в зависимости от формы и размеров отверстия. Прессованию подвергаются слитки алюминия, меди и их сплавов, а также цинка, олова, свинца и др.

     Рис. 3 – Схема прессования полого профиля. 1 – пуансон; 2 – металл заготовки; 3 – матрица; 4 – игла; 5 – пресс- шайба;

     Процесс прессования  осуществляется при температурах горячей обработки металлов давлением, т.е. при их высокой пластичности.

     Прессованию подвергают алюминий, медь и сплавы на их основе, цинк, олово, свинец. Прессованием получают разнообразные профили из специальных сталей, титановых сплавов и других малопластичных металлов; профили сложной формы, которые не могут быть получены другим способом; обычные профили небольших размеров (например, трубы из цветных металлов).

     При прессовании  металл подвергается всестороннему  неравномерному сжатию и поэтому  имеет весьма высокую пластичность.

     Прессование производится на горизонтальных либо вертикальных гидравлических прессах. Процесс прессования высокопроизводителен и обеспечивает высокую точность профиля получаемых изделий. Простая замена инструмента – матрицы – позволяет легко переходить к изготовлению изделия другого вида.

     Особые требования при прессовании предъявляются  к инструменту (матрицам, прессшайбам, пуансонам) работающему в условиях высоких температур и больших нагрузок. Обычно этот инструмент изготавливают из высоколегированных сталей и сплавов, содержащих вольфрам, ванадий, молибден, хром, и другие элементы.

     Ковка, так же как и литье, является издавна известным способом обработки металлов. Различают ковку без применения штампов, так называемую свободную ковку, и ковку в штампах — штамповку.

     Свободная ковка заключается, в следующем. Заготовку нагревают в нагревательной печи до температуры, при которой металл становится более пластичным. После этого заготовку кладут на наковальню и ударами молота придают ей необходимую форму. Изделие, полученное в результате ковки, называется поковкой.

     Различают ручную и машинную ковку. Ручная ковка  применяется в индивидуальном производстве для выполнения мелких ремонтных работ. Машинная ковка — ковка на молотах и прессах — используется в серийном и массовом производстве. Она во много раз производительнее ручной и позволяет обрабатывать очень крупные детали.

     С помощью ручной и машинной ковки  можно получать поковки самых  различных форм. Однако из-за длительности процесса свободная ковка не всегда выгодна в массовом производстве. В этом случае более производительной и экономически оправданной является штамповка.

     При штамповке формообразование детали происходит в штампе и определяется его конфигурацией. Штамповку осуществляют на прессах и молотах.

     Штамповка с предварительным нагревом заготовок  называется горячей, без нагрева— холодной.

     Различают объемную и листовую штамповку. Горячая объемная штамповка применяется в основном в массовом и серийном производстве и позволяет получать изделиях высокой точностью формы и размеров. Холодную объемную штамповку применяют для поковок небольшого размера.

     Листовой  штамповкой изготовляют плоские или пространственные тонкостенные изделия из стали, цветных металлов и сплавов. При холодной листовой штамповке используют заготовки толщиной от нескольких сотых долей миллиметра до 4 мм, при горячей — толщиной более 4 мм. Изделия, полученные листовой штамповкой, отличаются высокой точностью и не нуждаются в последующей обработке резанием.

     2.2 Сварка

     Сварка  — это технологический процесс  образования неразъемного соединения деталей машин, конструкций и  сооружений путем их местного с плавления  или совместного деформирования, в результате чего возникают прочные  связи между атомами (молекулами) соединяемых тел.

     Существует  много различных методов сварки, которые подразделяются на две основные группы: сварка плавлением и сварка пластическим деформированием. Остальные  методы являются их разновидностями  или комбинациями.

     При сварке плавлением производится местный нагрев соединяемых деталей до температуры плавления и сварной шов образуется путем смешения жидких фаз металлов. При сварке пластическим деформированием шов образуется посредством сдавливания деталей. Она может производиться с предварительным местным   нагревом   деталей   или   без   него   (холодная   сварка).

     По  способу местного нагрева деталей  сварку подразделяют на электрическую (нагрев в результате действия электрического тока), газовую (нагрев пламенем горящего газа) и другие виды. Самыми распространенными способами электрической сварки является электродуговая и электроконтактная.

     Электродуговой  называют сварку, при которой для  расплавления кромок соединяемых деталей  используют теплоту электрической  дуги, питаемой постоянным или переменным током

     Питание дуги электрическим током (напряжением 30—60 В) осуществляется   специальными сварочными  генераторами  или  понижающими    трансформаторами,    которые    обеспечивают резкое падение напряжения при возрастании  силы тока. Это условие необходимо для устойчивого   и   непрерывного   горения дуги даже при некоторых изменениях ее длины из-за колебаний руки сварщика. От   сварочного   аппарата   электрический   ток,   достигающий нескольких сот ампер и мощностью не менее 5—10 кВт, подводится   к   электроду   и   свариваемому   изделию.   Прикосновение электрода к изделию приводит к образованию дуги с температурой 5000—6000°С Тепло электрической дуги расплавляет кромки свариваемых деталей и конец электрода, при этом металл электрода заполняет углубление между деталями  и образует  шов. Электроды, применяемые при электродуговой сварке,  представляют собой металлические стержни со специальным покрытием (обмазкой). Покрытие в процессе плавления электрода способствует ионизации газового промежутка дуги, а также защищает шов от окисления и выгорания углерода и металла. Для сварки обыкновенной конструкционной стали применяют электроды с обмазкой из мела и жидкого стекла. Наиболее распространены электроды с диаметрами от 2,5 до 12 мм и длиной от 350 до 450 мм.

     Процесс сварки деталей вручную требует  от работающего определенных навыков  в выполнении сразу нескольких движений. Вместе с перемещением электрода  вдоль оси для поддержания  постоянной длины дуги электрод перемещают и вдоль шва для заполнения шва расплавленным металлом. При образовании широкого шва требуется еще и движение электрода поперек шва, . чтобы заполнить весь шов металлом. Для повышения производительности труда применяют автоматическую сварку, при которой указанные движения выполняются сварочным аппаратом.

     В зависимости от характера шва  сварные соединения подразделяют на стыковое, внахлестку, тавровое и угловое.

     При стыковом соединении для получения  прочного шва необходима специальная подготовка кромок деталей. Для сварки листов толщиной 2—5  мм  применяют бесскосное соединение. Расплавленный металл заполняет просвет между листами. Изделия толщиной 5—15 мм требуют подготовки кромок в виде V-образных скосов. При этом металл заполняет образованное углубление и прочно соединяет детали по всей толщине шва. Х-образные скосы применяют для сварки деталей толщиной более 15 мм. В этом случае сварка производится с обеих сторон.

     Электроконтактная сварка отличается от электродуговой тем, что для местного нагрева  соединяемых деталей используют теплоту, выделяющуюся в точке наибольшего сопротивления электрической цепи. Если к соединяемым деталям подвести электрический ток и сблизить их до соприкосновения, то место контакта и будет точкой наибольшего сопротивления. Площадь контакта деталей из-за неплотности прилегания друг к другу всегда меньше площади их сечения.

     Различают три вида контактной сварки: стыковую, точечную и шовную.

     Стыковая  сварка осуществляется электрическим  током напряжением 1—3 В от понижающего  трансформатора. Ток подводится к свариваемым деталям, которые затем сближают до соприкосновения. Через несколько секунд в месте контакта (стыка) достигается температура начала плавления металла. Выключив ток, детали сдавливают друг с другом и таким образом получают сварное соединение.

     При точечной сварке соединяемые детали 1 зажимаются между электродами 2, к которым подведен ток напряжением 2—10 В. Вследствие большого сопротивления в месте контакта 3 происходит нагрев металла до температуры сварки. Затем под действием силы сжатия Р детали свариваются.

     Электроды имеют большое поперечное сечение  и изготавливаются из медного  сплава. Благодаря высокой тепло- и электропроводности они не привариваются  к соединяемым деталям.

     Шовная  сварка отличается от контактной тем, что в аппарате для шовной сварки (шовной машине) электроды выполнены в виде вращающихся роликов, между которыми пропускаются свариваемые листы. Главное преимущество шовной сварки — образование сплошного герметичного шва.

     Электроконтактная сварка широко применяется для соединения деталей из листового металла. Простота выполнения сварного соединения, несложность конструкции аппарата для точечной сварки, а также относительная безопасность процесса (по сравнению, например, с электродуговой сваркой) позволяет использовать электррконтактную сварку даже в условиях школьных учебных мастерских.

     При газовой сварке кромки свариваемых  заготовок и присадочный материал расплавляются за счет теплоты пламени, образуемой при сгорании смеси горючих: газов с кислородом. В качестве горючего газа чаще используют ацетилен, обладающий большей теплотворной способностью, чем природный газ или пары бензина и керосина.   

     Основной  инструмент газосварщика—это газовая  горелка, в которой горючий газ  смешивается с кислородом и, сгорая, образует сварочное пламя.

     Газовой сваркой соединяют заготовки из стали толщиной 0,5—3 мм, чугуна, алюминия, меди и их сплавов, а также из сплавов на основе магния.

     2.3 Электрофизические и электрохимические методы обработки

     Электрофизические и электрохимические методы по сравнению  с обычной обработкой резанием имеют ряд преимуществ. Они позволяют обрабатывать заготовки из материалов с высокими механическими свойствами (твердые сплавы, алмаз, кварц и др.), которые трудно или практически невозможно обрабатывать другими методами. Кроме этого, указанные методы дают возможность получать самые сложные поверхности, например отверстия с криволинейной осью, глухие отверстия фасонного профиля и т. д. К числу таких методов относят электроэрозионную, электрохимическую и анодно-механическую обработку металлов.

     В основе электроэрозионной обработки  металлов лежит процесс электроэрозии, т.е. разрушения поверхностей электродов при электрическом разряде между  ними. Электроэрозионную обработку  производят на специальных (электроискровых, электроимпульсных) станках.

     Инструментом  для обработки служит электрод, изготовленный  из меди, латуни, бронзы, алюминия или  некоторых других материалов. Он имеет  форму, соответствующую форме требуемой  поверхности обрабатываемой детали.

     Заготовку помещают в ванну с жидкостью, не проводящей электрический ток. Инструмент и заготовку подключают в станке к источнику электрического тока. При сближении инструмента (катода) и заготовки (анода), когда искровой промежуток становится очень малым, между ними происходит электрический разряд. В результате температура на обрабатываемой поверхности заготовки мгновенно достигает 8000°С - 10000°С, что приводит к местному расплавлению, частичному испарению и взрывоподобному выбросу микрочастиц с поверхности заготовок. Выброшенные частицы металла в жидкой среде затвердевают и оседают на дно ванны. При подаче электрода-инструмента искровые разряды многократно повторяются и, образуют в заготовке лунку, отображающую форму инструмента.

     Электроэрозионную обработку широко применяют для  получения различных отверстий, пазов, углублений при изготовлении штампов, пресс-форм, кокилей и т.д. 

3. Сравнительная характеристика потребительских свойств  металлообрабатывающего и монтажного инструмента отечественного и зарубежного  производства.

     Сравнительная характеристика потребительских свойств металлообрабатывающего и монтажного инструмента отечественного и зарубежного производства в данной работе представлена на примере сверла с цилиндрическим хвостовиком отечественного производителя.

     Рис. 4 – Свёрла с цилиндрическим хвостовиком.

     Свёрла  спиральные с цилиндрическим хвостовиком применяются для создания отверстий в различных металлах (а также других материалах) при помощи механизированного ручного инструмента, реже, при помощи стационарных станков. Для крепления таких свёрл служат патроны. ГОСТ предусматривает выпуск свёрл ц/х диаметром до 20мм. Существуют три модификации таких свёрл по длине рабочей части сверла: длинная, средняя и короткая.

     В отдельную группу выделяют «левые»  свёрла, для станков с левым  вращением. Для изготовления таких свёрл применяют быстрорежущие стали.

     Технические характеристики 

        Диаметр 0,5…20 мм

     Назначение 

     Сверла  по ГОСТ 4010; 10902; 886; 12122 предназначены  для сверления отверстий в  сталях повышенной и высокой обрабатываемости твердостью 159...229 НВ, углеродистых и легированных сталях твердостью 179...321 НВ, углеродистых и инструментальных сталях твердостью 179...269 НВ, серых и ковких чугунах твердостью 170...210 НВ.

     Методы  изготовления сверл 

     Врезным шлифованием из цельных, окончательно обработанных заготовок (диаметр от 0,5 мм до 13 мм, класс точности А1), с вышлифованным профилем; - из заготовок, полученных продольно-винтовым прокатом (для сверл по ГОСТ 4010, 10902, класс точности В).

     Материал 

     Быстрорежущая сталь Р6М5/НSS, Р6М5К5/НSSСо.

     Дополнительные  виды обработки 

     Обработка в атмосфере перегретого пара; нанесение износостойкого покрытия TYN.

     Изображение сверла с ц/х

     Чертеж  сверла с ц/х

     Сверла  спиральные с цилиндрическим хвостовиком диаметром 5-20 мм (табл. 1) предназначены для предварительного центрования отверстий. Конструктивные отличия этих сверл от стандартных точного исполнения (ГОСТ 4010-70) состоят в том, что здесь уменьшена длина их рабочей части, снижены допуски на симметричность сердцевины и осевое биение сверл. 

     Хвостовики сверл не имеют обратной конусности. Угол при вершине 2φ = 90°. Схема заточки сверл приведена в табл. 2. Указанные изменения в конструкции позволяют, увеличить точность центрования по сравнению со стандартными сверлами.

     Сверла  спиральные с цилиндрическим хвостовиком диаметром 3-20 мм (ОСТ 2И20-1-80) (табл. 3) предназначены для обработки конструкционных материалов. Сверла обеспечивают точность обработки отверстий по 11 - 13-му квалитету 

     Основные  размеры сверл приняты по ГОСТ 10902-77. По сравнению со стандартными сверлами здесь уменьшены допуски на симметричность сердцевины сверла, осевое биение режущих кромок, радиальное биение по ленточкам. Хвостовики сверл не имеют обратной конусности. Геометрические параметры режущих элементов сверл приведены в табл. 4. Указанные изменения в конструкции позволяют увеличить точность обработки и повысить стойкость сверл по сравнению со стандартными.