ЛАБОРАТОРНО - ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Ковка металлов

Цель работы: ознакомление студентов с физическими основами литейного производства: технологическими требованиями и техническими приемами при изготовлении изделий из металлов методами свободной ковки.

В процессе выполнения настоящей работы студенты должны ознакомиться:

- с сущностью процесса обработки металлов давлением

- с методикой назначения температуры нагрева металла перед ковкой;

- с оборудованием и инструментом для свободной ковки;

- с технологией и основными операциями изготовления металлических изделий методами свободной ковки.

1. Сущность процесса обработки металлов давлением

Обработка давлением в машиностроении в основном является второй после литья ступенью по получению полуфабрикатов изделий. Применение рациональных по форме и размерам заготовок позволяет сократить потери металла в общем объеме на 20-50%, в том числе расходы на стружку при последующей обработке резанием на четверть, а при точной фасонной конфигурации методами прокатки, прессования, гибки, штамповки в разъемных матрицах и т.д. - в среднем на 50-70%.

Сущность обработки металлов давлением заключается в придании материалу требуемой формы, размеров и физико-механических свойств без нарушения его целостности путем пластической деформации.

В зависимости от полноты восстановления исходных форм и размеров тела после прекращения воздействия внешних сил различают упругую (полное восстановление исходных форм и размеров) и пластическую деформацию. В процессах обработки металлов давлением упругая и пластическая деформация сопутствуют друг другу. В результате пластической деформации после прекращения действия внешних сил сохраняется необратимая остаточная деформация.

Механизм пластической деформации заключается в сдвиге одних частей зерен (кристаллов) тела относительно других частей по кристаллографическим плоскостям. В твердых неметаллических телах пластическая деформация обычно недостижима, материал хрупко разрушается. В металлах решающую роль играют дефекты кристаллической решетки (дислокации). Для сдвига дислокации вдоль кристаллографической плоскости требуется механическое напряжение на 1-2 порядка меньше напряжения разрушения материала (см. Приложение 1). Происходит постепенное, по одному атому, перемещение дислокации вдоль плоскости скольжения, и при достижении дислокацией границы зерна получается сдвиг на один атом части зерна (кристалла) относительно другой части. Обычно металл содержит большое количество (от 10⁷ до 10¹⁰ в см³ объема) дислокаций, определенная часть которых принимает участие в пластической деформации, поэтому сдвиг в зернах происходит по множеству параллельных плоскостей, в результате зерно вытягивается в направлении растяжения и сужается в перпендикулярных. Часть дефектов кристаллической решетки напротив стопорит перемещение дислокаций, в прилегающих областях происходит искажение кристаллической решетки, что вызывает явление упрочнения поверхностного слоя , называемое наклепом.

Наклеп, при котором в поверхностном слое образуется ориентированная структура, с вытяжением зерен металла в определенном направлении, называется текстурой. Наклеп приводит к повышению твердости и прочности, но ухудшает ударную вязкость (повышает хрупкость) и хладостойкость металла. Таким образом, при пластической деформации происходит изменение исходной структуры, при этом механические свойства материала могут резко измениться. Когда наклеп нежелателен, его устраняют рекристаллизационным (полным) отжигом.

Основными видами обработки металла давлением являются: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, штамповка. В продаже сталь обычно поступает в виде профильно-погонажных (т.е. длинных с определенным фигурным сечением) изделий, которые являются продукцией проката и называются сортовой сталью.

Круг квадрат шестиугольник полоса

уголок тавр двутавр швеллер

Рис.1. Некоторые виды сортовой стали

Практическая часть настоящей работы посвящена знакомству со свободной ковкой. При свободной ковке металл под действием внешнего давления течет свободно в направлении наименьшего сопротивления. Свободная ковка тем самым отличается от штамповки - ковки в специальных ограничивающих растекание металла формах – штампах.

Свободная ковка бывает машинная и ручная. Машинная ковка имеет наибольшее распространение, ручная ковка применяется в небольших масштабах в индивидуальном производстве и ремонтном деле.