Metalo gamybos procesas: 4 metodai

Šiame straipsnyje apžvelgiami keturi metodai, naudojami metalų gamybos procese. Metodai yra: 1. liejimas 2. formavimas 3. apdirbimas 4. suvirinimas.

Technika # 1. Liejimas:

Liejimas galbūt yra seniausias žinomas metalo ir lydinių formų suteikimo metodas. Tinkama, tai yra trumpiausias kelias nuo rūdos iki galutinio produkto ir paprastai ekonomiškiausias. Nors šių dienų metodai sukurti beveik visiems metalams ir jų lydiniams, tačiau vis dar yra tam tikrų specifinių medžiagų, kurios turi labai geras liejimo savybes, pavyzdžiui, pilkąjį ketaus.

Medžiagos liejimo gebėjimas priklauso nuo daugelio veiksnių, pvz., Skysčio, susitraukimo, poringumo, streso ir segregacijos savybių. Medžiagos liejimo koeficientas yra didelis, jei jis turi didelį sklandumą, mažą susitraukimą, mažą afinitetą absorbuojančioms dujoms, mažus įtempius ir vienodą stiprumą.

Nustatyta, kad šios savybės dažniausiai atsiranda grynuose metaluose ir eutektikose, kurios bent jau teoriškai turi tam tikrą lydymosi temperatūrą. Tačiau gryni metalai paprastai pasižymi mažu stiprumu, todėl daugiausia lydiniai yra išlieti daugumai faktinių panaudojimo būdų. Taigi pasirinkimas akivaizdžiai patenka į eutektiką ir beveik eutektinius lydinius.

Liejinius galima suskirstyti į dvi pagrindines kategorijas: liejinius ir formuotus liejinius. Iš visų panaudotų medžiagų beveik 75% yra luitų pavidalo. Tačiau mūsų pagrindinė problema šioje diskusijoje yra formos liejiniai.

Liejiniai gali sverti nuo kelių gramų iki daugelio tonų. Galbūt didžiausias objektas, kada nors padarytas, buvo bronzos Rhodeso statula, kuri yra įtraukta į septynis pasaulio stebuklus. Tačiau, nepaisant stebuklo, šiuo metu sunkieji liejiniai dažnai apima mašinų konstrukcijas, smagračius ir turbinų pagrindo plokštes ir kt.

Liejiniai paprastai būna geri suspaudimo stiprumui, tačiau jie turi prastą pailgėjimą ir mažą tempimo stiprumą. Išskirtinai geros liejimo medžiagos yra, išskyrus ketaus, vario, aliuminio, cinko nikelio ir magnio lydinius.

Kai kurie tipiški liejiniai:

Skriemuliai, smagračiai, variklio blokai, staklių lovos, pavarų ruošiniai, turbinų mentės, ketaus vamzdžiai ir kt.

Technika # 2. Formavimas:

Po liejimo buvo atliktas formavimo procesas, kuriame metalai ir jų lydiniai gaunami pageidaujamomis formomis, naudojant spaudimą, staigaus smūgio metu, kaip plaktuko smūgio atveju, arba lėtai minkant, kaip hidrauliniuose presuose. Mechaninis metalo apdirbimas žemiau jo rekristalizacijos temperatūros vadinamas „šaltuoju darbu“, o tai pasiekiama virš šios temperatūros vadinama „karštuoju darbu“. Tiek karšto, tiek šalto darbo (arba formavimo) pramonė plačiai praktikuoja.

Dauguma medžiagų gali būti formuojamos arba suklastotos, tačiau paprastai liejimui tinkamiausios medžiagos yra prastos formavimo savybės. Apskritai medžiagos, kurios geriausiai tinka formuoti, yra tokios, kurios sukietėjimo metu, pvz., Kieto tirpalo lydiniai, turi ilgą svyravimo intervalą.

Daugelis lydinių savybių priklauso nuo kietų tirpalų pobūdžio, pvz., Stiprumas ir kietumas didėja esant tirpių medžiagų kiekiui, o lankstumas ir elektrinis laidumas yra mažesni. ir yra susijęs su medžiagos lankstumu. Procesai, kuriuos galima įtraukti į formavimą, yra lakštų formavimo metodai, pvz., Lenkimas, gilus tempimas, ekstruzija, HERF (didelio energijos kiekio formavimas), verpimas, ritinio lenkimas, tempimo formavimas; kadangi kalimas gali apimti susilpnėjimą, šalčio koją, sukamąjį apsisukimą, apvyniojimą ir kt.

Formatavimo bandymai paprastai atliekami atliekant Erichsen bandymo bandymą, kuriame lakštinė medžiaga ištempiama iki krekingo. Kita vertus, metalo gebėjimas deformuoti metalo formavimo sąlygas be krekingo. Vienas iš geriausių bandymų atlikti bandymus yra bandymas suardyti, išreiškiamas maksimalaus skersmens, gauto iki pradinio baro skersmens, santykiu. Šaltoje pozicijoje šis santykis paprastai vadinamas pozicijos riba.

Forge-index indeksas, F = D _m / D _i

Kur, D _i = pradinis baro skersmuo

D _m = maksimalus skersmuo, kurį galima gauti, sugadinus be krekingo.

Kalimo medžiagos:

Paprastai medžiagos randamos trijų tipų vienetų ląstelėse, ty, BCC (kūno vidurio kubinis), FCC (į akį orientuotas kubinis) ir HCP (šešiakampės glaudžiai supakuotos), kaip parodyta 1.2 pav. žinomi metalai pagal šias tris ląstelių struktūrų kategorijas.

Į akis orientuoti kubiniai metalai paprastai yra geriausi. Jie dažniausiai taip pat yra labiausiai atpažįstami. Šešiakampiai glaudžiai supakuoti metalai yra mažiausiomis savybėmis kambario temperatūroje, tačiau dauguma jų gali būti karštai kalti. Jei metalas gali būti giliai nubrėžtas lapo pavidalu, jis gali būti šalto kalimo ar šaltojo galvutės baro pavidalu, ir taip yra visiems metalams. Laisvai apdirbamos metalų rūšys turi ribotą galingumą.

Geriausias .Galvos kalimui, šaltai ar karštai, yra daugiausiai aliuminio ir vario lydiniai, įskaitant santykinai grynus metalus. Anglies plienas, turintis 0, 25% anglies ar mažiau, yra labai karštas arba šalta. Didelis anglies ir aukšto lydinio plienas beveik visada karštai kalinamas. Magnis, esantis HCP, kambario temperatūroje yra nedidelis, tačiau yra lengvai karštas.

Aliuminio lydiniai yra sukietinti nuo 385 ° C iki 455 ° C arba apie 40 ° C žemiau kietėjimo temperatūros. Karšto kalimo operacijose aliuminio lydiniai nesudaro skalės, todėl gyvavimo laikas yra puikus.

Varis ir žalvariai su 30% ar mažiau cinko turi puikų pajėgumą šaltojo darbo metu. Dideli cinko žalvariai gali būti šalto kalimo ribotai, bet yra puikūs karšto kalimo lydiniai. Magnio lydiniai yra klojami ant presų, kai temperatūra viršija 400 ° C. Aukštesnėje temperatūroje magnio turi būti apsaugota nuo oksidacijos ar uždegimo inertine sieros dioksido atmosfera.

Kai kurių paprastųjų lydinių skirtingų metalų gebėjimas glaudžiai kalti, mažėjančia tvarka, yra nurodytas 1.1 lentelėje:

Dėl minkymo veiksmų kalimo metu pagaminti komponentai paprastai yra stipriausi ir reikalauja mažiausio medžiagos storio. Todėl visi svarbiausi komponentai paprastai yra suklastoti.

Kai kurie tipiniai suklastotų komponentų pavyzdžiai:

Alkūniniai velenai, švaistikliai, traukos ir kėlimo kabliai, spyruoklės, ašys, besiūlių vamzdžių, vamzdžių korpusai, strypai, plokštės, sekcijos, dantų pasta vamzdžiai ir pan.

Technika # 3. Apdirbimas:

Tai yra norimos formos suteikimo tam tikrai medžiagai procesas, pašalinant papildomą arba nepageidaujamą medžiagą pjaustant žetonų pavidalu. Pjovimo įrankio medžiaga yra sunkesnė ir stipresnė už nupjautą medžiagą. Dažniausiai naudojami apdirbimo procesai yra tekinimas, frezavimas, gręžimas, formavimas, planavimas, šlifavimas, gręžimas ir kt.

Nors tekinimo ir frezavimo staklės buvo naudojamos kartu su laikrodžių gamyba net penkiolikta ir šešioliktaisiais amžiais, tačiau dauguma šių procesų buvo pristatyti į didelės apimties pramonės šakas jų dabartinėse formose, kad būtų galima gaminti garo variklio dalis XIX a. šiame amžiuje.

Beveik visos medžiagos gali būti apdirbtos, nors ir ne taip lengvai. Paprastai sunkiau apdoroti sunkesnes medžiagas, kurių atsparumas tempimui yra sunkesnis. Be to, labai minkštos medžiagos mašinoje kelia problemų, nes traukuliai atsiranda tarp darbo medžiagos ir įrankio. Taigi galima teigti, kad yra specifinis kietumo diapazonas, kurį viršija ir mažina apdirbimo efektyvumas.

Palyginti lengvą pjaustymo medžiagų pateikimas yra apdirbamumo indeksas.

Medžiagos apdirbamumas priklauso nuo įvairių veiksnių ir yra įprasta apsvarstyti keturis iš jų, ty:

i) Įrankio tarnavimo laikas,

ii) pjovimo jėgos;

iii) paviršiaus apdaila ir

iv) Energijos suvartojimas.

Remiantis šiais veiksniais, AISI (Amerikos plieno ir geležies įstaiga) nurodytas laisvasis pjovimo plienas kaip B 1112 su tokia sudėtimi ir pasukamas 180 SFM (paviršiaus pėdos per minutę) arba 55 SMM (paviršiaus matuokliai per minutę) iš 100.

C = 0-13% (maks.)

Mn = 0-9%

P = 0-1%

S = 0-2%

Geležis = poilsis

Sukurta keletas formulių, skirtų nustatyti mechaniškumo indeksą ir viena iš tokių Janitsky pateiktų formulių yra tokia:

kur,

c = TS funkcija,

TS = atsparumas tempimui,

YP = išeigos taškas.

Metalo apdirbamumą įtakojančios medžiagos savybės apima:

1. Medžiagos sudėtis:

Didelis lydinio kiekis ir kietų inkliuzų, pvz., Al ₂ O ₃, buvimas plienuose, taip pat anglies kiekis mažesnis kaip 0, 30% arba didesnis nei 0, 60%, sumažina apdirbamumą, o mažas švino, mangano, sieros ir fosforo kiekis jį pagerina.

2. Metalo struktūra:

Vienoda mikrostruktūra su mažais netrikdomais grūdais pagerina apdirbamumą. Mažesnio ir vidutinio anglies plieno ląstelių struktūra ir didelio anglies plieno sferoidinė struktūra taip pat užtikrina geresnį apdirbamumą.

3. Darbo ir šilumos apdorojimas:

Karšto kietųjų lydinių apdorojimas ir šaltojo minkštųjų lydinių apdorojimas pagerina apdirbamumą.

Apipjaustymas, normalizavimas ir grūdinimas paprastai pagerina apdirbamumą. Išjungimas paprastai sumažina apdirbimą.

Kai kurių gerai žinomų medžiagų apdirbamumo indeksai pateikti 1.2 lentelėje.

Kai kurie tipiški apdirbtų komponentų pavyzdžiai yra „vandens keliai“, vožtuvo sėdynės, automobilių cilindrų įdėklai, pavarų dantys, įsukami velenai, mašinos dalys, veržlės ir varžtai ir tt

Technika # 4. Suvirinimas:

Suvirinimas, kaip paprastai suprantamas šiandien, yra palyginti naujas kūrėjas tarp gamybos procesų, nors smith kalimas prisijungti prie metalo gabalų buvo praktikuojamas dar prieš Kristų. Nors yra keletas gerai žinomų suvirinimo procesų, tačiau lankstinis suvirinimas dengtais elektrodais vis dar yra populiariausias suvirinimo procesas visame pasaulyje.

Lankinio suvirinimo esama forma atsirado pramoninėje arenoje 1880 m. Nors yra prieštaringų teiginių apie šio proceso išradėją, tačiau labai dažnai tai priskiriama Rusijai, vadinamai Slavianoffu, kuris, kaip teigiama, patentavo ją 1881 metais. Tačiau lankas suvirinimas nebuvo priimtas kritinių komponentų gamybai iki maždaug 1920 m. elektrodų laiko dangos buvo gerai išvystytos.

Tačiau didelio masto sunkiųjų daiktų, pvz., Laivų, slėginių indų, tiltų statybos ir pan., Gamybos poreikis suteikė reikiamą postūmį suvirinimui, o antrasis pasaulinis karas jį tvirtai patvirtino kaip pagrindinį gamybos procesą.

Suvirinimas, kuris yra dviejų ar daugiau medžiagų (-ų) sujungimo procesas, nors ir suteikia nuolatinę jungtį, bet paprastai veikia komponentų metalurgiją. Todėl daugeliui svarbiausių komponentų paprastai atliekamas terminis apdorojimas (PWHT).

Dauguma medžiagų gali būti suvirintos vienu ar kitu būdu. Tačiau kai kurie yra lengviau suvirinami nei kiti. Siekiant palyginti šį suvirinimą, dažnai naudojamas terminas „suvirinimas“. Medžiagos suvirinimas priklauso nuo įvairių veiksnių, pvz., Metalurgijos pokyčių, atsirandančių dėl suvirinimo, kietumo pokyčių suvirinimo srityje ir aplink jį, dujų išsiskyrimą ir absorbciją, oksidacijos mastą ir sąnario krekingo tendenciją. Priklausomai nuo šių veiksnių, metalai turi geriausius suvirinimo gebėjimus, kai plienas yra mažai anglies (C <0-12%). Dažnai medžiagos, turinčios didelį liejimą, paprastai turi mažą suvirinimo gebą.

Pramonėje plačiai naudojami suvirinimo procesai yra oksi-acetilenas, rankinis metalinis lankas arba ekranuotas metalinis lankas (SMA), panardintasis lankas (SA), dujų metalo lankas (GMA), dujų volframo lanko (GTA) suvirinimas, atsparumas suvirinimui, termitinis suvirinimas ir šalto slėgio suvirinimas. Dauguma šių procesų turi ypatingų įtakos sričių, pvz., Atsparumas suvirinimui yra populiarus automobilių pramonėje, termitinis suvirinimas bėgių sujungimui in situ. GM AW ypač tinka suvirinti mažai anglies plieno konstrukcijas, taip pat suvirinti nerūdijančio plieno ir aliuminio, GTAW yra labiau populiarus aeronautikos ir branduolinės pramonės, SAW laivų statybos, šalto slėgio suvirinimo maisto perdirbimo pramonėje ir pan. Tačiau SMAW arba lipni elektrodų suvirinimo ir oksidacetileno suvirinimo procesai yra bendrieji tikslai, turintys daugybę pritaikymo būdų.

Kai kurie iš tipiškų suvirinimo būdų yra laivų, slėginių indų, automobilių korpusų, platformų, tiltų, suvirintų vamzdžių gamyba, branduolinio kuro ir sprogmenų sandarinimas ir kt.