Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

отливки в земле. Иногда затраты времени только на формовку и остывание исчисляются неделями, причем эти две операции зани­ мают до 70% времени всего цикла изготовления. Кроме того, кон­ струкция отливок иногда настолько сложна, что очень трудно избе­ жать их дефектов. Расчленение отливки на ряд простых частей значительно ускоряет процесс изготовления. Однако переход на этот процесс должен быть экономически обоснован. Наличие сварки удорожает производство. Исходя из опыта заводов, можно сказать,

что применение сварно-литых конструкций целесообразно для опре­ деленной группы тяжелых отливок (крупногабаритных тонкостен­ ных изделий типа статоров гидротурбин, цилиндров и т. п.).

§ 19. Техника безопасности в литейных цехах

Литейным цехам присущи такие специфические условия труда, как избыточное тепло, пар, газы, шум( перемещение большого количества грузов многочисленными транспортерами, конвейерами, кранами и др. Повышенную опасность создают операции, связан­ ные с транспортировкой и разливкой по формам расплавленного металла, некоторые технологические операции связаны с примене­ нием токсичных веществ (ацетон, этилсиликат и др.). На участках выбивки и очистки, в отделениях приготовления формовочных и стержневых смесей выделяется большое количество пыли. Поэтому вопросам охраны труда и техники безопасности в литейных цехах уделяется особое внимание. Укажем на некоторые из них.

В землеприготовительных отделениях основное внимание уде­ ляется защите работающих от пыли, выделяющейся при работе смесеприготовительных устройств — дробилок, сит, мельниц, бегу­ нов, аэраторов и др. Все машины должны быть оборудованы систе­

179

мой отсоса запыленного воздуха. Удачно решена задача удаления

запыленного воздуха на бегунах модели 115, имеющих закрытый кожух.

Места сильного пылевыделения при пересыпке формовочных материалов с транспортера на транспортер оборудуются устрой­ ствами для обеспыливания (рис. 104). Падающий на транспортер­ ную ленту материал перемещается в металлическом кожухе 1, к которому присоединен раструб 3, связанный с трубопроводом 2 для отсоса пыли. Резиновый фартук 4 и резиновые полосы 5 препятст­ вуют выбиванию запыленного воздуха из-под кожуха.

При использовании отработанной смеси («горелой» земли) рекомендуется предварительная регенерация ее с целью удаления мелких частичек пыли. Надежной системой отсоса пыли должны быть оборудованы выбивные решетки и барабаны для очистки литья. Для уменьшения пылеобразования отливки в очистных бара­ банах увлажняют до влажности отходов (1—-2%)- Барабаны обору­ дуются местным отсосом через полые цапфы.

Формовочные машины должны быть снабжены предохранитель­ ными устройствами, исключающими возможность случайного пуска.

На участках плавки наибольшую опасность представляют опе­ рации выпуска металла и шлака из плавильного агрегата, транспор­ тировка жидкого металла и заливка форм. Для предохранения завалыциков шихты от ожогов необходимо оборудовать завалочное окно дверцами. В чугунолитейных цехах особое внимание обраща­ ется на безопасность выпуска чугуна из вагранки. Во избежание выброса и разбрызгивания металл при соприкосновении его с водой, влажными или заржавленными деталями ковши и другой инстру­ мент (ломики, счищалки шлака, ложки, стаканы для пробы металла и др.) должны быть тщательно подготовлены, просушены или подогреты. Футеровка и обмазка копильников, желобов и ковшей должна быть тщательно просушена. Вместо дров или кокса для этой цели рекомендуется газ, что устраняет выделение в цех СО и дыма. Во избежание расплескивания металла при транспортировке открытые ковши нельзя наполнять более чем на 7/8 высоты.

При выбивании пробки чугунной или шлаковой летки вагран­ щик должен находиться в стороне от оси летки. Для устранения опасности ожогов при закрывании летки вручную, рекомендуется механизировать эту опасную операцию. Наиболее удобным являет­

ся применение копильника, в который чугун выпускается через постоянно открытую летку.

Очень опасна операция выбивки вагранки после плавки, так как при выпадении остатков («провала») пламя и горячие газы распространяются на значительное расстояние. Перед выбивкой вагранки надо остановить дутье и открыть фурмы; воду и сырость

на полу и приямках нужно убрать и засыпать эти места сухим песком.

Задвижки и скобы, удерживающие откидное днище вагранки, рабочий должен удалять, находясь в стороне, выбивание подпорок производить только длинным крюком или при помощи кольца и

180

Г л а в а VI. ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

§I. Сущность и область применения обработки давлением

Воснове всех процессов обработки давлением лежит способ­ ность металлов и их сплавов под действием внешних (или внутрен­ них) сил пластически деформироваться т. е. необратимо изменять свою форму, не разрушаясь. При пластической деформации изменя­ ется не только форма, но в зависимости от условий деформации (температуры, скорости и степени деформации) также структура, механические и физические свойства металла.

Всовременной металлообрабатывающей промышленности обработка давлением является одним из основных способов произ­ водства. Ей подвергается около 90% всей выплавляемой в стране стали. Продукция целого ряда ее процессов не нуждается в после­ дующей механической обработке. В сочетании с термической обра­ боткой обработка давлением обеспечивает самые высокие механи­ ческие свойства металла.

Вмашиностроении наиболее широко применяются процессы горячей объемной и листовой штамповки. В современном автомоби­ ле до 80% штампованных деталей, половина из которых не подвер­ гается никаким другим видам обработки (исключая покраску), в тепловозе — 60%, в тракторе — 70%.

Основными процессами обработки металлов давлением явля­ ются: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, объемная

илистовая штамповка.

§ 2. Теоретические основы обработки давлением

Напряженное и деформированное состояние. Тело, подвергну­ тое действию внешних сил, находится в напряженном состоянии. Эти силы могут быть поверхностные, приложенные к поверхности тела, и объемные, действующие на весь объем теЛа, на все его точки (силы тяжести, инерции и т. д.). Под действием внешних сил в теле возникают внутренние усилия, интенсивность которых, отнесенная к единице площади, называется напряжением.

Внешние силы, приложенные к телу, вызывают его упругую или пластическую деформацию.

182

Изменение формы тела при его упругой деформации обусловле­ но изменением межатомных расстояний ввиду принудительного (вызванного приложением внешнего усилия) отклонения атомов от положения устойчивого равновесия.

Механизм пластической деформации иной. При наличии напря­ женного состояния тела между зернами (кристаллами) и внутри зерен (кристаллов) по плоскостям скольжения действуют сдвигаю­ щие напряжения, которые при достижении определенной величины, зависящей от природы тела, преодолевают сопротивление границ кристаллов и плоскостей скольжения внутри зерен и вызывают необратимые перемещения (сдвиги). Перемещения вызывают необ­ ратимое изменение размеров и формы зерен и всего тела. Так как для начала пластической деформации сдвигающие напряжения дол­ жны достичь некоторой величины, то, значит, пластическая дефор­ мация может происходить только в упругодеформированном теле.

Внешнее трение при обработке металлов давлением. На ход пластической деформации большое влияние оказывает внешнее трение. При перемещении деформируемого металла относительно рабочей поверхности инструмента в месте контакта возникает сила трения. Сила внешнего (контактного) трения изменяет схему напря­ женного состояния деформируемого тела, что в свою очередь приводит к увеличению усилия деформации, вызывает неравномер­ ное распределение деформаций в теле, вблизи контактных поверх­ ностей зоны затрудненной деформации со степенями деформации значительно меньше общей. Неравномерность деформации ведет к появлению дополнительных напряжений, которые сказываются на качестве готовых изделий. Наличие значительных сил трения сни­ жает стойкость инструмента. В некоторых случаях (прокатка фоль­ ги, волочение тонкой проволоки) благодаря действию значительных сил трения процессы пластической деформации становятся невоз­ можными без применения эффективных смазок.

Однако в некоторых случаях трение играет положительную роль. Так, в начальный период прокатки силы трения способствуют улучшению условий захвата металла валками.

Механическая схема деформации. Напряженное состояние в точке или в некотором объеме тела принято характеризовать схемой главных напряжений, т. е. нормальных напряжений, действующих на трех взаимно перпендикулярных площадках, на которых нет касательных напряжений. Деформированное состояние в точке пли в некотором объеме тела характеризуется схемой главных деформа­ ций, возникающих в направлении глайных осей. Совокупность схем главных напряжений и главных деформаций называется механиче­ ской схемой деформации.

Механическая схема деформаций оказывает существенное влияние на пластичность металлов. Наилучшие условия пластиче­

наихудшие — при схеме с двумя деформациями растяжения. Таким

1S3

образом, один и тот же металл имеет разную пластичность при различных механических схемах деформации.

Механическая схема деформации определяет и структуру деформированного металла. Максимальная главная деформация определяет форму зерна. Зерна вытягиваются в направлении глав­ ной деформации, так же ориентируется и межзеренное вещество. При высоких степенях деформации зерна вытягиваются в волокна (такая структура называется волокнистой).

При конструировании деталей и разработке технологии их изготовления с применением обработки давлением следует учиты-

Рис. 106. Напряженное (а) и деформированное (б) состояния

вать направление волокна, влияющее на механические свойства изделий. Наиболее высокое качество деталь будет иметь в тех слу­ чаях, когда максимальные нормальные напряжения (растяжение, сжатие) действуют вдоль волокна, а касательные (сдвиг, срез) — поперек.

Возможны девять схем главных напряжений (четыре объем­ ные, три плоские и две линейные) и три схемы главных деформаций (рис. 106). Однако при обработке металлов давлением наиболее часто встречаются две схемы главных напряжений: объемное трех­ осное сжатие, которое наблюдается при свободной ковке, объемной штамповке, прокатке и прессовании, а также объемное сжатие с одним растягивающим напряжением ( при волочении и листовой штамповке).

Схема главных деформаций с одной деформацией растяжения наблюдается при волочении и прессовании, с двумя деформациями

184

растяжения — при прокатке, ковке, объемной штамповке, двухосная схема деформации встречается при прокатке широкой полосы, при прокатке с натяжением и некоторых этапах листовой штамповки.

Температурно-скоростной фактор деформации. В процессе межзеренных и внутризеренных сдвигов происходит поворот и искрив­ ление плоскостей скольжения, засорение их мельчайшими обломка­ ми, затрудняющими скольжение, искажение кристаллической решет­ ки вблизи места сдвига и т. д., что вызывает возрастание сопротив­ ления деформации. Неравномерная деформация отдельных зерен и групп (блоков) зерен или частей тела приводит к возникновению дополнительных напряжений, которые также вызывают увеличение сопротивления деформации. Это явление называется наклепом или

упрочнением.

В процессе пластической деформации в результате теплового воздействия протекают процессы разупрочнения — возврат (отдых) и рекристаллизация, снижающие эффект упрочнения.

Возвратом называется процесс разупрочнения, вызванный теп­ ловым колебанием атомов и перемещением их к местам устойчивого равновесия, что ведет к снижению остаточных напряжений без пере­ стройки кристаллической решетки. Возврат происходит при темпе­ ратурах выше 0,25—0,30 Гпл Для чистых металлов.

Рекристаллизация — процесс, при котором в результате тепло­ вого воздействия происходит перестройка кристаллов деформиро­ ванного тела, зарождение новых кристаллов и их рост. Рекристал­ лизация происходит при температурах выше 0,4 ТПЯ для чистых металлов.

Различают следующие виды пластической деформации. Холодная деформация, или деформация с полным упрочнени­

ем,— процесс, при котором происходит упрочнение деформируемого металла и отсутствуют возврат и рекристаллизация. Холодная деформация сопровождается повышением сопротивления деформа­ ции и снижением пластичности. Она дает возможность получать высокую точность размеров и хорошее качество поверхности.

Неполная холодная деформация, или деформация с неполным упрочнением,— такая, при которой за счет отдыха происходит сня­ тие части остаточных напряжений, некоторое снижение сопротивле­ ния деформации и увеличение пластичности по сравнению'с холод­ ной деформацией. Этот вид деформации имеет место при холодном деформировании с высокими скоростями.

Горячая деформация, или деформация с полным разупрочне­ нием,— такая, при которой во всем объеме тела успевает произойти рекристаллизация.

При неполной горячей деформации, или деформации с непол­ ным разупрочнением, рекристаллизация происходит не полностью, что ведет к значительной неоднородности структуры и возникнове­ нию дополнительных напряжений.

Влияние температуры, скорости и степени деформации на микроструктуру и механические свойства металла. Изменение тем­ пературы металла ведет к изменению механических свойств

185