Нагрев заготовок при ОМД

Основные законы пластической деформации

1. Закон постоянства объема. Объем тела до деформации практически равен объему тела после деформации. Этот закон используют для определения размеров заготовок, предназначенных для обработки давлением.

2. Закон наименьшего сопротивления. В случае возможности перемещения точек деформируемого тела в различных направлениях каждая точка этого тела перемещается в направлении наименьшего сопротивления. Закон позволяет определить, какие размеры и форму поперечного сечения получит заготовка с тем или иным сечением в процессе обработки давлением.

3. Закон сдвигающего напряжения. Пластическая деформация может начаться только в том случае, если сдвигающие напряжения, возникающие в деформируемом теле, достигнут определенной величины, зависящей от природы тела и условий деформации.

4. Закон подобия. При осуществлении в одинаковых условиях одних и тех же процессов пластического деформирования геометрически подобных тел из одинакового материала отношение усилий деформирования равно квадрату, а отношение работ – кубу отношений соответствующих линейных размеров. Этот закон основан на принципе моделирования и позволяет приближенно определить усилия и работы деформирования.

Нагрев заготовок при обработке давлением проводят с целью повышения пластичности металлов. Для каждого металла существует такой температурный интервал, в котором условия для обработки давлением оптимальны. Интервал выбирается с учетом диаграммы состояния сплава. Для сталей температурный интервал при ОМД выбирают по диаграмме железо-цементит.

В зависимости от характера передачи тепла к металлу различают два способа нагрева – прямой и косвенный.

1) Прямой способ.

Тепло аккумулируется непосредственно в самом металле, а температура окружающей среды остается ниже температуры металла. Нагрев металла происходит при пропускании через него электрического тока. Количество выделяемого тепла при прямом нагреве определяется законом Джоуля-Ленца:

, кал

где – сила тока, А; R–сопротивление, Ом; t – время протекания тока, сек.

2) Косвенный способ.

Тепло передается металлу за счет соприкосновения его поверхности с какой-либо средой – газообразной, жидкой или твердой, нагретой до более высокой температуры. (Нагрев в печах, расплавленных солях, электролите). Тепло передается металлу следующими способами: конвекцией, лучеиспусканием, теплопроводностью.

Тепло с поверхности нагреваемого металла внутрь его передается не мгновенно, а со скоростью, зависящей от его теплопроводности. Чем больше в стали углерода, тем ниже его теплопроводность. При нагревании легированных и высоколегированных сталей, а также крупных слитков возникают температурные напряжения, в результате которых могут появиться трещины, поэтому нагрев до 650–850^оС производится медленно.

Температура начала ОМД (ковки) должна лежать на 100–150^оС ниже температуры плавления во избежание появления перегрева и пережога:

Заканчивать ОМД (ковку) следует при температурах

где С – содержание углерода в %.

Температурные интервалы начала и конца ковки

Марка материала	Температуры ковки
начала	конца
Ст 1
Ст 2
Ст 3
Сталь У7, У8, У9
Сталь У10, У12, У13
Медные сплавы
Дуралюмин
Титановые сплавы

Продолжительность нагрева определяется по формуле Доброхотова:

, час

где –коэффициент, зависящий от способа укладки заготовок на поду печи;

К –коэффициент, зависящий от марки стали (для малоуглеродистых К=10, для высокоуглеродистой и легированной К=20);

d –сторона или диаметр нагреваемой заготовки, м.

При высоких температурах происходит активное химическое взаимодействие стали с окружающими газами (воздухом, печным), в результате чего поверхностные слои окисляются и обезуглероживаются.

Окисленный слой металла представляет собой окалину (). Окисление начинается при температурах 700^о и особенно активизируется выше 900^о. Окалина наносит огромный вред производству. Она вдавливается в поверхность металла и увеличивает припуски на механическую обработку. Подобно наждаку окалина ускоряет в 1,5–2 раза износ инструмента – валков, бойков, штампов. Взаимодействуя с футеровкой печей, разрушает ее. Около 5% выплавляемой стали теряется на окалину. Для удаления окалины применяют следующие меры:

· при прокатке слитки предварительно пропускают между рифлеными валками, сбивающими окалину;

· гидроочистка, заключающаяся в кратковременном действии на заготовку струи воды под давлением 100–150 атм.

Обезуглероживание стали распространяется на глубину 1,5–2 мм и заключается в выгорании углерода с поверхностных слоев за счет взаимодействия с кислородом и водородом. Угар металла при нагреве в пламенных печах составляет 2,5–3%.

Нагревательные устройства

По источнику энергии нагревательные устройства различают пламенные и электрические.

К пламенным относят пламенные печи. Работают на жидком или газообразном топливе. Нагрев заготовок осуществляется в рабочем пространстве печи. Печи бывают камерные и методические. В камерных печах температура рабочего пространства печи одинаковая, заготовки находятся неподвижно на поду печи. В методических печах температура повышается от окна загрузки заготовок к окну их выгрузки, а заготовки двигаются навстречу потоку горячего воздуха.

К электрическим относят электрические печи сопротивления и электронагревательные устройства (для индукционного и контактного нагрева сопротивлением). В электрических печах сопротивления в стенках монтируются металлические или карборундовые сопротивления, которые подключаются к сети. Сопротивление, нагреваясь, излучает тепло, которое и передается металлу заготовки. Скорость нагрева заготовки в 8–10 раз больше, чем в пламенных печах, а угар металла в4–5 раз меньше. Практически отсутствует окалина на заготовках. Используется для нагрева заготовок под горячую объемную штамповку.

Для нагрева высокореактивных металлов находят применение методы безокислительного нагрева – это нагрев в расплавленных солях хлористого бария и натрия (), нагрев в атмосфере окиси лития, в печи с расплавленным стеклом.

Дата добавления: 2015-07-02