контрольная работа
3. Нагрев при штамповке. Температурный интервал и типы нагревательных устройств
Способность металлов и сплавов подвергаться различным видам обработки давлением характеризуется пластичностью и сопротивлением деформации. Для увеличения ковкости, то есть повышения пластичности и снижения сопротивления деформирования, обычно повышают температуру металла.
Температура нагрева для разных металлов различна. Эта температура имеет нижний и верхний пределы, между которыми находится температурный интервал штамповки, то есть область температур, при которых целесообразно проводить горячую штамповку.
Металл поковок хорошего качества получают при определенных температурах. При этом нижний предел определяется температурой фазовых превращений.
Температурный интервал объемной горячей штамповки зависит в основном от химического состава металла и от других свойств, определяемых этим составом. Температурный интервал обусловливается комплексом испытаний.
Для определения оптимального температурного интервала рассматривают изменение механических характеристик в зависимости от температуры.
Реальный металл представляет собой скопление зерен - кристаллов разнообразных размеров, форм и направлений кристаллографических осей. Подобное строение называется поликристаллическим.
Металлы и сплавы в нормальных условиях имеют кристаллическое строение. Горячая деформация поликристалла происходит в том случае, когда металл получает полностью или частично рекристаллизованную структуру. Рекристаллизация снимает упрочнение и исключает искажение форм зерен
Однако при температурах, близких к пережогу, наблюдается большой рост зерна и образование крупнозернистого строения металла - перегрев металла. Из крупнозернистого строения всегда можно получить мелкозернистое. Это приводит к крупнозернистому менее качественному строению металла поковки. Поэтому необходимо устанавливать верхнюю границу температурного интервала штамповки ниже температуры, при которой интенсивно растет зерно.
При температурах выше 1470 градусов и вблизи температуры плавления находится зона хрупкости металла - зона пережога. При пережоге кислород диффундирует внутрь металла, и окисляет границы зерен, которые при этом оплавляются, так как окислы железа имеют меньшую температуру плавления, чем сам металл. Штамповка при пережоге не возможна. Таким образом, верхняя граница температурного интервала не должна находиться ниже зоны пережога.
При температурах 750 - 800 градусов сопротивление деформированию остаётся относительно постоянным, а пластичность уменьшается. Это объясняется фазовыми превращениями, происходящими в металле. Наиболее пластичной структурой является структура аустенита. При наличии двухфазной структуры пластичность снижается. Низкоуглеродистые и углеродистые стали при температурах 1100 - 1200 С имеют чисто аустенитную структуру. Исходя из однофазности структуры и повышенной пластичности, температуру 1200 С можно принять за верхний предел температурного интервала деформации для углеродистых сталей. У высокоуглеродистой стали при 1100 С структура двухфазная: аустенит и цементит, последний образует хрупкую сетку по границам зёрен. Для пластичности стали цементитную сетку надо раздробить с тем, чтобы цементит образовал отдельные зёрна в металле поковки. При этом твёрдость и прочность металлов останутся высокими.
Верхний предел температур деформации, для высокоуглеродистой стали, целесообразно принять за 1100 С, а давление должно производится осторожно с учетом того, что пластичность снижена из - за наличия двухфазной структуры.
Нижний предел температур деформации должен находиться выше температур фазовых превращений. При установлении нижнего предела температур штамповки необходимо учитывать массу поковки, наличие или отсутствие последующей термообработки, способ охлаждения и т. д. Так при большой массе поковки и высокой температуре окончания процесса штамповки, поковка остывает медленно, и размельченное деформацией может вновь, вырасти. При малой массе поковки, до 100 кг, температура конца штамповки может быть более высокой, но из - за быстрого охлаждения, зерно не успевает вырасти и остается измельченным.
Штамповка сталей при температурах ниже 723 С приводит к упрочнению. У некоторых металлов и сплавов нет фазовых превращений. В этом случае нижний предел температур определяется именно упрочнением
Данные о температурном интервале штамповки можно найти в соответствующих справочниках.
В цехах горячей объёмной штамповки применяют полуметодические печи и печи с вращающимся подом, представляющие собой разновидность полуметодических печей.
Кроме пламенных печей, для нагрева небольших заготовок из черных и цветных металлов и сплавов применяют электропечи сопротивления. При нагреве в этих печах угар значительно меньше, чем в пламенных. Температура в электропечах поддерживается автоматически в соответствии с заданным режимом.
В электронагревательных устройствах теплота выделяется непосредственно в заготовке. Широкое распространение в промышленности нашли установки для индукционного нагрева и контактного нагрева сопротивлением. В электронагревательных устройствах скорость нагрева заготовок в 8 - 10раз больше, а угар металла в 4 - 5раз меньше, чем при печном нагреве. Практическое отсутствие окалины на заготовке уменьшает износ штампов и позволяет штамповать точные поковки. Эти установки в ряде случаев наиболее выгодно применять для нагрева заготовок под горячую объемную штамповку. Электронагрев улучшает санитарно - гигиенические условия труда благодаря отсутствию излучения и газообразования.
Установка для индукционного нагрева имеет индуктор в виде витков медной трубки, по которой циркулирует вода для охлаждения и генератор для получения токов высокой или промышленной частоты. При пропускании переменного тока через индуктор вокруг его витков возникает переменное поле индукции. При установке в индуктор заготовки, в последней, возбуждаются вихревые токи разогревающие ее.
Форма и размеры заготовок влияют на нагрев: чем меньше длина, тем быстрее нагрев. При длине заготовки большей трем диаметрам заготовки на скорость нагрева дальнейшее изменение длины не влияет.
Чем больше нагреваемая поверхность заготовки, тем больше теплоты перейдет в заготовку и тем быстрее протекает нагрев. Чем больше размеры заготовки, тем больше время нагрева вследствие того, что площадь поверхности, приходящаяся на единицу объёма нагреваемой заготовки, будет меньше.
Теплопроводность, теплоемкость и плотность заготовки влияют на нагрев.
Чем больше теплопроводность, тем быстрее отводится теплота с поверхности и передается внутрь заготовки. Чем меньше теплопроводность, тем больше температурный градиент в различных сечениях заготовки.
Чем больше теплоемкость, тем больше времени нагрева. Теплоемкость в зависимости от температуры изменяется незначительно.
Чем больше плотность заготовки, тем больше требуется теплоты для нагрева единицы объема. При нагреве возникают термические структуры напряжения, которые могут разрушить металл. Если металл достаточно пластичен, то в местах наибольших термических напряжений происходит пластическая деформация без его разрушения.
Чем выше пластичность металла, тем больше скорость нагрева. Пластичные металлы и сплавы можно нагревать быстро даже при низкой теплопроводности и большого температурного градиента. Пластичность стали увеличивается по мере нагрева при температурах свыше 600 - 700 С ее можно нагревать с большой скоростью.
горячая объемная штамповка
Автоматизация кузнечнопрессового участка
Более детально рассмотрим систему управления зоной нагревательных печей, где производится нагрев слитков по заданному режиму (рис. 3). Температура в печи замеряется тремя датчиками, расположенными в разных местах...
Горячая штамповка металла
Особенности штамповки на прессах Современные кузнечные цеха имеют большое количество кривошипных горячештамповочных прессов. Это связано с рядом преимуществ по сравнению со штамповкой на молотах...
Загрузочные устройства, параметры режима загрузки. Их влияние на технико-экономические показатели доменной печи
В мировой практике наиболее распространены модификации таких загрузочных устройств (ЗУ), как конусное загрузочное устройство...
Приводы средств механизации
Для автоматизации производства необходим расчет цикла. Исходный материал для проектирования систем управления и блокировки - цикловая диаграмма (ЦД)...
Расчет и проектирование электрической конвейерной печи
Принимаем сталь 30 Qт=Gc (t2-t1), где с=0,212Втч/кгєС G - вес вспомогательного устройства V=LBU, где U - толщина U=0,02м=20 мм V=0,3550,02=0,01м3 G=78500,02=78,5кг Qт=78,50,212 (830-400) =7...
Средние за интервал температуры вычисляются путем среднего арифметического между начальной температурой интервала и конечной равны (см. ): Парциальные давления излучающих компонентов продуктов сгорания равны (см. ): (кПа)...
Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.
Средние за интервал температуры продуктов сгорания и поверхностей металла и кладки равны (см. ): Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча (см. ) равны: (кПа м); (кПа м). По номограммам (см...
Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой.
Средние за интервал температуры продуктов сгорания и поверхностей металла и кладки равны (см. ): Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча (см. ) равны: По номограммам (см...
Слиток с жидкой сердцевиной
Нагрев 8,5-тонным слитков. При температуре посада слитков от 900 до 930С устанавливается продолжительность первого периода нагрева с ограниченной подачей топлива согласно таблицы 1. Таблица.1. Температура поверхности слитков при посаде...
Специальные методы штамповки
В результате применения магнитно-импульсной обработки представляется возможной штамповка листовых и трубчатых заготовок толщиной до 5 мм. Размеры заготовок (диаметр, обрабатываемая площадь) обуславливаются запасом энергии установки...
Специальные методы штамповки
Существует три основных направления повышения КПД штамповки: использование энергии отраженной волны, замыкание взрывной системы и метание передающей среда, совмещение нескольких операций на одном переходе...
Технологический процесс производства профилей для нужд строительной промышленности из сплавов на основе алюминия
При прессовании профилей из алюминиевых сплавов рациональный температурный интервал прессования должен обеспечить: высокую пластичность металла...
Технология Computer-to-Plate
В настоящее время по технологии CTP изготовляют формы офсетной, высокой, флексографской и глубокой печати...
Технология обработки материалов давлением
К основным методам нагрева металла при обработке его давлением относятся: 1) радиационный; 2) конвекционный; 3) индукционный; 4) контактный (электросопротивлением); 5) в расплавленных солях (в электролите); б) электронно-лучевой...
Холодная штамповка метизов
Металл, предназначенный для штамповки, должен иметь чистую и блестящую поверхность, свободную от окалины, жировых и других загрязнений, и содержать прочно удерживаемую на поверхности технологическую смазку...
Температурный интервал кипения (интервал перегонки)- это скорректированный интервал температур, в котором перегоняется все вещество или его определенная часть при нормальном атмосферном давлении, если определение проводят описанным ниже методом.
Подходящий прибор для определения состоит из перегонной колбы, холодильника, приемника, источника тепла с защитным экраном и термометра.
Перегонная колба емкостью 50-60 мл должна быть выполнена из термоустойчивого стекла. Удобны колбы следующих размеров: горло 10-12 см длиной и внутренним диаметром 14-16 мм; боковой отвод длиной 10-12 см и внутренним диаметром около 5 мм находится посредине горловины колбы и образует угол 70-75° с нижней частью горла.
Холодильник представляет собой прямой стеклянный холодильник из термоустойчивого стекла, длиной 55-60 см, с водяной рубашкой длиной около 40 см или холодильник
другой системы с такой же охлаждающей способностью. Нижний конец холодильника может быть изогнут, чтобы служить выходной трубкой, или к холодильнику для этой цели может быть присоединен изогнутый наконечник.
Приемник представляет собой мерный цилиндр емкостью 25-50 мл с делением шкалы 0,5 мл.
Источник тепла состоит из небольшой газовой горелки, предпочтительно горелки Бунзена, или электрического нагревателя, обеспечивающих такое регулирование нагрева, которое достигается с помощью газовой горелки. Если используют газовую горелку, основание колбы закрывают асбестовым экраном. Экран делают из листа асбеста толщиной 5-7 мм в форме квадрата со стороной 14-16 см и отверстием в центре. Диаметр последнего должен быть таким, чтобы часть вставленной в него колбы ниже верхней поверхности асбестового листа имела емкость 3-4 мл.
Желательно, чтобы термометр был откалиброван на частичное погружение на 100 мм, как описано в разделе А для определения температуры плавления и температурного интервала плавления измельчаемых веществ; в противном случае можно использовать термометр, откалиброванный на полное погружение, с соответствующей поправкой на выступающий столбик. После установления термометра столбик должен располагаться в центре горла колбы, а вершина шарика должна находиться непосредственно под основанием выхода бокового отвода.
Еще по теме Д. Определение температурного интервала кипения (интервала перегонки):
- ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРНОГО ИНТЕРВАЛА ПЛАВЛЕНИЯ, ТОЧКИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ, ТОЧКИ КИПЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРНОГО ИНТЕРВАЛА КИПЕНИЯ
Нагрев металла повышает его пластичность. Однако, температуры нагрева должны лежать в определенном интервале.
Слишком низкие температуры нагрева могут вызывать упрочнение (наклеп) металла. Упрочнение (наклеп) – явление снижения запаса пластичности материала вследствие искажения кристаллической решетки и изменения формы зерен металла под действием силового инструмента (штампа). Упрочнение может вызвать разрушение исходной заготовки в процессе обработки давлением вследствие снижения пластичности.
Слишком высокие температуры нагрева вызывают такие явления, как перегрев и пережог.
Перегрев характеризуется резким ростом размеров зерна, обуславливающим снижение пластичности металла. Перегрев ухудшает свойства получаемых изделий и его следует избегать. Последствия перегрева в большинстве случаев можно исправить последующей термообработкой (отжигом), но для ряда материалов такое исправление вызывает значительные трудности.
Пережог возникает при более высоких температурах, чем перегрев. Пережог характеризуется окислением и оплавлением границ зерен, что нарушает связь между ними. В случае пережога материал не может обрабатываться давлением и должен быть отправлен на переплавку, поскольку пережог является неисправимым видом брака.
Температурный интервал, расположенный между оптимальными температурами начала и конца горячей обработки материала, называется температурным интервалом горячей обработки давлением . Этот интервал находится в области максимальной пластичности конкретного материала. Причем, в этом температурном интервале не должны возникать явления упрочнения (наклепа) металла, перегрева и пережога.
Температурный интервал горячей обработки давлением для углеродистых и легированных сталей приведен в табл. 3.
Объем последующей механической обработки, связанной с получение детали из заготовки, с определенной степенью приближения оценивается коэффициентом использования металла заготовки – КИМз. Чем больше КИМз, тем меньше расход металла, удаляемого в отход при механической обработки заготовки, полученной обработкой давлением.
КИМз = Мдетали / Мпоковки = Vдетали /Vпоковки.
Объем поковки (Vпоковки) отличается от объема детали на величину штамповочных уклонов, припусков на механическую обработку, радиусов скруглений и напусков.
Объем металла, приходящегося на радиусы скруглений пересекающихся поверхностей, рассчитывается как половина объема усеченного конуса, образующая которого проходит через места сопряжения радиуса с пересекающимися поверхностями.
Из таблицы видно, что интервал вынужденной эластичности для разных полимеров колеблется в широких пределах. Так, полиметилметакрилат имеет значительно больший интервал вынужденной эластичности, чем полистирол, что определяет области его применения. Очень большая разность между и наблюдается у поливинилхлорида. Каучуки теряют свое основное свойство - высокую эластичность - при температурах от -20 до -70°С. Однако некоторые каучуки (СКН-40, СКС-З0) сохраняют известную гибкость и способность к большим деформациям до очень низких температур. В то же время такой морозостойкий каучук, как натуральный, имеет очень небольшой интервал вынужденной эластичности. Следовательно, изделия, эксплуатирующиеся при очень низких температурах, лучше изготовлять из каучука СКН-40, а не из натурального.
Интервал вынужденной эластичности определяется главным образом значением температуры хрупкости, которая зависит от прочности материала при хрупком разрыве () и от характера изменения с температурой.
Высокая температура хрупкости материала может быть обусловлена двумя факторами: низкой хрупкой прочностью материала () или резким увеличением предела вынужденной эластичности с понижением температуры (). У высокомолекулярных соединений хрупкая прочность обычно очень высока, следовательно, решающим фактором является второй: чем резче увеличивается с понижением температуры, тем меньше температурный интервал вынужденной эластичности. Характер температурной зависимости определяется природой полимера - энергией межмолекулярного взаимодействия, плотностью упаковки макромолекул и молекулярной массой. С усилением межмолекулярного взаимодействия температурный интервал вынужденной эластичности расширяется. Это объясняется образованием за счет взаимодействия полярных групп прочных связей (узлов) между цепями, в результате чего происходит увеличение хрупкой прочности. В то же время эти связи достаточно лабильны, и при приложении больших напряжений возможны перегруппировки участков цепей, приводящие к более равномерному нагружению всей молекулярной сетки. Это означает, что вынужденно-эластические деформации могут происходить при более низких температурах, следовательно, кривая зависимости имеет небольшой наклон. В этом случае наблюдается низкая температура хрупкости.
В заключение необходимо подчеркнуть, что прочность полимеров, как правило, в несколько раз ниже теоретической, что обусловлено наличием дефектов -- концентраторов напряжений. Наличие дефектов приводит к тому, что определяемое значение прочности является среднестатистическим. Существует разброс значений прочности и проявляется влияние масштабного фактора на прочность. Теорией, качественно правильно объясняющей закономерности прочности твердых полимеров, является теория Гриффита, отклонения от которой тем больше, чем большая доля упругого напряжения в разрушаемом образце идет на потери, связанные с процессами деформации. Наряду с понятием прочности по Гриффиту существует понятие долговечности, т. е. времени, в течение которого образец разрушается под действием данного напряжения, меньшего чем Ор. Установлена прямая пропорциональность между 1дтр и а для твердых полимеров, малодеформируемых в момент разрушения, и прямая пропорциональность между ]gтp и lga для эластичных полимеров (резин).
В кремнийорганических полимерах проявляется преимущество силоксановой связи -- ее высокая термическая устойчивость. Вместе с тем углеводородные радикалы придают полимерам гибкость, эластичность и способность растворяться в органических жидкостях. Чем больше число органических радикалов, приходящихся на один атом кремния, или чем меньше число поперечных связей, тем выше эластичность полимера. Наиболее эластичны линейные кремнийорганические полимеры, у которых на один атом кремния приходятся два органических радикала. В этом случае полимерные цепи связаны между собой только межмолекулярными силами, дающими возможность цепям, в отличие от химических связей, перемещаться друг относительно друга. Поперечные химические связи повышают твердость и прочность кремнийорганических полимерных веществ. Если число поперечных связей невелико и расположены они редко, то соединения более прочны, чем линейные, и в то же время сохраняют высокую гибкость и эластичность, свойственную резинам. Когда образуются пространственные структуры с частыми поперечными связями, получаются прочные твердые нерастворимые вещества, обладающие различной степенью эластичности в зависимости от числа поперечных связей.
Зависимость эластичности полимера от молекулярного веса легко представить, сравнив продольные и поперечные размеры молекулярных цепей. Длина макромолекул превышает их поперечные размеры в несколько тысяч раз. Для иллюстрации можно взять стальную проволоку длиной 5 л и толщиной 1 мм. Ясно, что несмотря на твердость стали, проволока при таком соотношении длины и толщины окажется вполне гибкой.
эластичность полимер силоксановый кремнийорганический
