Основы технологии обработки металлов давлением

 

 

Содержание

 

 

1. Изложите  физико – механические  основы  обработки  металлов  давлением:  теоретические  основы  ОМД  -  упругая  и  пластическая  деформация  металлов  и  их  физическая  сущность;  понятие   о  холодной  и  горячей  деформации;  основные  закономерности  процессов  пластического  деформирования;  влияние  условий  деформации на  свойства  и  структура  металла.
2. Дефекты сварных соединений и способы их устранения.
3. Список использованных источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основы технологии обработки металлов давлением

 

5.1. Общие понятия  и закономерности

Среди методов получения заготовок обработка металлов давлением (ОМД) является одним из наиболее эффективных, позволяющая полностью устранить или значительно уменьшить механическую обработку.

Обработка металлов давлением (ОМД) – это процессы получения заготовок или деталей машин силовым воздействием инструмента на исходную заготовку путем пластического деформирования.

Пластическая деформация для получения изделия заданной формы, как правило, является результатом воздействия внешних сил, называемые поверхностными, которые уравновешиваются внутренними силами.

При пластической деформации атомы металла смещаются относительно друг друга на величины, больше межатомных расстояний и после снятия внешних сил остаются смещенными (не возвращаются в исходное положение). 

Напряжением называется интенсивность внутренних сил, отнесенная к площади, под воздействием которых происходят процессы деформации и разрушение металлов. Величина напряжений в объеме деформируемого тела неодинакова и определяется деформационными условиями: температурой, скоростью и степенью деформации, формой инструмента и готового деформируемого изделия.

Среднее напряжение определяется по формуле:

 

σср= Р/F (Па),

где: Р – деформирующая сила, Н;

       F – площадь  проекции на плоскость приложения  деформирующей 

           силы, мм2.

Пластическая деформация проводится в холодном или нагретом состоянии.

Холодная пластическая деформация в кристаллических телах происходит как по границам зерен – межкристаллитная пластическая деформация, так и внутри зерен – внутрикристаллитная пластическая деформация. Межкристаллитная пластическая деформация может вызывать разрушение граничных слоев, поэтому она не бывает значительной. Наибольшее значение пластической деформации имеет место, когда граничные слои достаточно прочны и деформация происходит внутри зерна, поэтому  внутрикристаллитная пластическая деформация является основной.

При холодной пластической деформации  одновременно с изменением формы заготовки значительно меняются свойства металла – прочность, упругость, твердость  при этом увеличивается, а вязкость, пластичность, коррозионная стойкость, электропроводимость снижаются. Это явление называется наклепом  или нагортовкой.

Наклеп – упрочнение металла в результате  холодной пластической деформации.

Изменение структуры и свойств при холодной пластической деформации можно изменить отжигом при Т ≈ 0,4Тпл.

При Т = 0,3Тпл – снижаются остаточные напряжения. Такое явление называется возвратом или отдыхом.

При Т ≥ 0,4Тпл – восстанавливается пластичность, напряжения вызванные наклепом полностью снимаются, при этом начинают возникать зародыши кристаллизации, вокруг которых начинают возникать рекристализованные зерна. Такое явление называется рекристаллизацией.

Горячая пластическая деформация происходит при полном завершении процесса рекристаллизации, при этом структура металла равноосная упрочнение не происходит. Прочность – сопротивление деформации, снижается в 10 – 20 раз, что позволяет использовать оборудование меньшей мощности.

При нагреве возможно появление дефекта, называемого перегрев или брака – пережог. Перегрев характеризуется крупнозернистой структуры, что приводит к снижению механических свойств. Пережог связан сокислением границ зерна, что может привести к разрушению металла при деформации.

Степень деформации зависит от пластичности обрабатываемого материала и для операции осадки (рис. 5.1.)  определяется по формуле:

 

Е = (Нз – Н)/Нз ∙ 100%,

где: Нз – высота заготовки;

       Н –  высота заготовки после осадки.

Рис.5.1.Напряжения и деформации при обработке давлением:

1 – заготовка, 2 – деформирующий инструмент.

Наибольшая  допустимая степень деформации зависит от пластичности металла. Деформирующая сила Р определяется для выбора оборудования и расчета инструмента на прочность:

 

Р = σсрF (Н).

 

Помимо температуры и степени деформации на условия деформирования влияет также скорость деформации. Скоростью деформации ω называется изменение степени деформации в единицу времени τ, т.е.

 

ω = Е/τ.

 

В общем случае влияние всех условий можно свести в таблицу:

                                                                                                        Таблица 2

Повышение условий	Сопротивление деформации	Пластичность металла
Содержание углерода и легирующих элементов	Повышается	Понижается
Температура нагрева заготовки	Понижается	Повышается
Скорость и степень деформации	Повышается	Понижается

 

5.2.Классификация  основных  видов ОМД

Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяются на два вида.

1) Для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), используемых для последующих операций ОМД, или обработки металлов резанием. Основными разновидностями таких процессов является прокатка, прессование, волочение.

2) Для получения заготовок имеющих приближенную форму и размеры готовых деталей, требующих обработки металлов резанием для придания окончательных размеров и получение поверхности заданного качества. Основными разновидностями таких процессов является ковка и штамповка.

 

 

Дефекты сварных соединений и способы их устранения.

Дефекты бывают нескольких видов - наружные ивнутренние. Наружными являются дефекты, которые можно обнаружить визуально при осмотре сварочного шва. Внутренние дефекты, наоборот, находятся внутри сварочных соединений и их можно увидеть лишь после дефектоскопии, включая рентген и механическую обработку.

Дефекты бывают допустимыми и не допустимыми, в зависимости от требований, предъявляемых к сварочным соединениям и конструкции в целом.Однако, исходя из самого определения, любые дефекты являются дефектами и требуют их полногоустранения либо сведения к минимуму их количества и размеров.

Так как дефекты сварных швов являются причиной, в результате которой есть риск поставить под угрозу стабильность соединения и функциональность сварной конструкции, есть ряд операций, чтобы их устранить. Чтобы свести к минимуму вероятность появления дефектов следует обязательно учитывать:

• 1) Технологию сварки и квалификацию сварщика
• 2) Присадочный материал и свариваемый металл
• 3) Подготовку поверхности под сварку и защитный газ
• 4) Режимы и применяемое сварочное оборудование

Наружные дефекты

К наружным дефектам относятся нарушения геометрических размеров (подрезы, наплывы), непровары и прожоги, незаваренные кратеры.

Основной причиной непроваров является недостаточный сварочный ток, так как он в большей степени влияет на проникновение в металл.

Устранение дефектов этого вида обычно происходит путем повышения мощности сварочной дуги, уменьшением длины дуги и увеличением её динамики. Также причиной непроваров может быть большая скорость сварки или недостаточная подготовка кромок сварного соединения.

Непровары могут быть нескольких видов:

• - когда сварочный шов проникает не на всю толщину металла при односторонней сварке (см. верхнюю часть на рисунке)
• - при двусторонней сварке встык швы не стыкуются друг с другом, образуя несплавление между собой (см. нижнюю часть на рисунке)
• - при сварке в тавр сварочный шов не проникает вглубь, а лишь цепляется за свариваемые кромки

Также причиной непроваров может быть большая скорость сварки или недостаточная подготовка кромок сварного соединения.

Подрезом называется дефект в виде канавки в основном металле по краям сварочного шва.

Это наиболее распространенный дефект при сварке тавровых или нахлесточных соединений, но может также возникнуть и при сварке стыковых соединений. Этот вид дефекта обычно вызван неправильно подобранными параметрами, особенно скоростью сварки и напряжением на дуге. При угловой сварке (например при сварке длинных швов при сварке балок) подрезы часто возникают из за того, что сварочная дуга направлена больше на вертикальную поверхность. Расплавленный металл стекает на нижнюю кромку и его не хватает для заполнения канавки.

При слишком высокой скорости сварки и повышенном напряжении, сварной шов образуется «горбатым». Из-за быстрого затвердевания сварочной ванны, в этом случае также образуются подрезы. Уменьшение скорости сварки постепенно сокращает размер подреза и в конечном итоге устраняет этот дефект.

На подрезы влияет также длина сварочной дуги. При слишком длинной сварочной дуге ширина шва увеличивается, тем самым увеличивая количество расплавленного основного металла. Так как при увеличении длины дуги тепловложение остается прежним, его не хватает на весь сварочный шов, кромки быстро остывают, образуя подрезы. Уменьшение длины дуги не только избавляет от подрезов, но и увеличивает проплавление и устраняет такие дефекты, как непровар.

Данный дефект появляется в результате натекания присадочного материала на основной металл без образования сплавления с ним. Обычно причиной этого дефекта является неправильно подобранные режимы сварки и окалина на свариваемой поверхности. Подбор правильного режима (соответствие сварочного тока со скоростью подачи присадочного материала, повышение напряжения на дуге) и предварительная очистка кромок устраняют появления наплывов.

Данный дефект – отверстие насквозь в сварочном шве. В основном причинами прожога являются большой ток, медленная скорость сварки или большой зазор между кромками сварного соединения. В результате происходит прожог металла и утечка сварочной ванны.

Понижение сварочного тока, увеличение скорости сварки и соответствующая подготовка геометрии кромок позволяют устранить прожоги. Прожоги являются очень частым дефектом при сварке алюминия, из его низкой температуры плавления и высокой теплопроводности.

Кратер появляется в конце сварочного шва в результате резкого обрыва дуги. Выглядит он в виде воронки в середине сварочного шва при его окончании. Современное сварочное оборудование имеет специальные программы для заварки кратера. Они позволяют проводить окончание сварки на пониженных токах, в результате чего кратер заваривается.

Внутренние дефекты

К внутренним основным дефектам сварных швов относят трещины (холодные и горячие) и поры.

Горячие трещины появляются в то время, когда металл сварного шва находится в состоянии между температурами его плавления и затвердевания. Они могут быть в двух направлениях – вдоль и поперек сварного шва. Горячие трещины обычно являются результатом использования неправильного присадочного материала (в частности, алюминиевых и CrNi сплавов) и его химического состава (например, высокое содержание в составе углерода, кремния, никеля и др.)

Горячие трещины могут появиться в результате неправильной заварки кратера, в результате резкого прекращения сварки.

Трещины, которые возникают после того, как сварочный шов полностью остывает и затвердевает, называются холодными трещины. Эти дефекты также появляются тогда, когда сварочный шов не соответствует действующим на него нагрузкам и разрушается.

Пористость является одним из основных дефектов сварки, с которыми сталкиваются все сварщики при всех сварочных процессах. Пористость может быть вызвана загрязнением, плохой защитой ванны потоком сварочного газа, маслом, краской, сваркой несовместимых сплавов или даже ржавчиной и окислением металла.

Поры могут различаться по размеру и, как правило, распределяются в случайном порядке по сварочному шву. Они могут находиться как внутри шва, так и на его поверхности.

Основные причины появления пористости:

• 1) Недостаточный поток защитного сварочного газа
• 2) Чрезмерный поток защитного газа. Это может вызвать подсос воздуха в поток газа.
• 3) Сквозняк в зоне сварки. Он может сдувать защитный газ.
• 4) Засорение сварочного сопла или повреждение системы подачи газа (утечка в шлангах, соединениях и т.д.)

Надеюсь, что описанные в этой статье основные виды дефектов сварных швов и соединений, а так же методы их устранения сделают вашу сварку качественной и высокопроизводительной. Помните, что правильный выбор сварочного оборудования и технологии сварки имеет большое влияние как на весь процесс сварки в целом, так и в отдельности на каждые его составляющие.