Основные способы обработки металлов давлением. Сущность пластической деформации. Горячая и холодная деформация металла при прокатке. Кинематические параметры очага деформации. Усилия и момент прокатки.

Металлургические технологии и комплексы Лекция №12 темы лекции Основные способы обработки металлов давлением Сущность пластической деформации Горячая и холодная деформация металла при прокатке Кинематические параметры очага деформации Усилия и момент прокатки Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Основные способы обработки металлов давлением (ОМД) ОМД — совокупность способов изменения формы, размеров и физико-механических свойств заготовки путем пластической деформации. Способы ОМД Прокатка — процесс пластической деформации металла (горячей или холодной заготовки) во вращающихся валках. Ковка — процесс горячей пластической деформации путем приложения усилия со свободным течением металла в плоскостях, перпендикулярных вектору усилия. Волочение — процесс пластической деформации заготовки путем её протягивания через постепенно сужающееся отверстие в инструменте — волоке. Объемная штамповка — процесс горячей пластической деформации путем приложения усилия с заполнением металлом рабочей плоскости (объёма) штампа. Прессование — процесс выдавливания металла из замкнутой емкости контейнера через отверстие матрицы. Листовая штамповка — процесс горячей пластической деформации листовой заготовки с изменением формы без существенного изменения толщины заготовки. Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Сущность пластической деформации Основа — кристаллическое строение металла (поликристалл) Фрагмент поликристалла с кубической решеткой Кубическая объёмноцентрированная решетка Строение металла при кристаллизации Кубическая гранецентрическая решетка Гексагональная плотноупакованная решетка ! Поликристалл Зерна Элементарная решетка Атомы Важно — анизотропия в различных направлениях плотность атомов неодинакова! --> различные свойства Для поликристалла — каждое зерно - анизотропно. В целом кристалл — квазиизотропен (в среднем свойства в различных направлениях одинаковы) Зерна (анизотропны) Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Сущность пластической деформации 3 вида деформации: Упругая / Упругопластическая / Пластическая Исходное состояние кристалла На тело (кристалл) не действует нагрузка Упругодеформированное состояние После снятия нагрузки засчет межатомных сил атомы возвращаются в исходное положение, тело полностью восстанавливает исходную форму и размеры Пластическая деформация — процесс скольжения частей кристалла по плоскостям скольжения (А—Б) исходное состояние Состояние после упругопластической деформации Состояние после пластической деформации После снятия нагрузки тело частично восстанавливает исходную форму и размеры после пластич. деф. изотропно Смещение атомов на расстояния, превышающие межатомные связи. После снятия нагрузки тело остается в деформированном состоянии, принимая новую форму и размеры а н и з о т р о п н о Вдоль волокон зерна приобретают одинаковую ориентировку — текстуру! Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Сущность пластической деформации Идеальный металл — идеальная Предел прочности идеального железа σВ ≈ 13000 МПА Реальный металл — В реальных условиях σВ ≈ 300 ÷ 850 МПА кристаллическая решетка наличие дефектов и дислокаций в процессе кристаллизации Точечные дефекты кристаллической решетки Вакансии Дислоцированные атомы Пластическая деформация при прокатке ! ! Линейные дефекты Лишняя полуплоскость Винтовая дислокация Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Горячая деформация Прокатка заготовки с нагревом до t⁰пл: t⁰пл. стали ≈ 1250-1300 ⁰С Холодная деформация Прокатка заготовки без нагрева (при температуре цеха) Преимущества и недостатки холодной и горячей деформации металла при прокатке Холодная деформация (+) Повышенные прочностные характеристики готовой продукции Горячая деформация Низкое сопротивление деформации, высокая пластичность Высокая геометрическая точность продукции Высокая чистота поверхности (-) Высокое сопротивление деформации (высокие потребные усилия) Окалина на поверхности (угар, необходимость операции очистки) Низкая пластичность, максимальная степень деформации на одну операцию лимитирована Низкая геометрическая точность Энергозатраты на принудительный нагрев заготовок Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Кинематика очага деформации h = h0 − h1 — абсолютное обжатие B = B0 − B1 — абсолютное уширение —абсолютное удлинение l = L − l — относительное обжатие H  • 100% = δh, ε H B  • 100% = δB — относительное уширение B0 l  • 100% = δl —относительное удлинение L α — угол захвата; lд — длина геометрического очага деформации При α = 10⁰÷15⁰ α ≈ sinα Без учета упругого сжатия валков α= h R lд = R •h Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Опережение и отставание при прокатке I Рза хв Руст II α — угол захвата Рзахв — усилие при захвате Руст — усилие при установившемся режиме прокатки Т0, Т1 — продольные силы (натяжение, подпора) 0-0 — нейтральное сечение I — зона отставания Vме < Vв II — зона опережения Vме >Vв γн — нейтральный угол Металлургические и комплексы Прокатноетехнологии оборудование Усилия и моменты прокатки P = Pcp ⋅ lд⋅ B Рср Mпр= P ⋅ lд ⋅ψ ψ — коэффициент плеча приложения равнодействующей Мпр — момент на пластическую деформацию и преодоление сил трения в очаге деформации д д Рекомендуется: ψ = 0,45 − 0,5 — горячая прокатка ψ = 0,2 − 0,35 — холодная прокатка ` Большие значения ψ при меньших ε