Что такое холодная обработка металлов давлением

Обновлено: 11.05.2024

Обработка металлов давлением основана на свойстве металла необратимо, без разрушения изменять форму и размеры под давлением действующих на него сил. Металлы, предназначенные для обработки давлением, должны обладать ковкостью. Ковкость - это свойство металлов и сплавов, которое позволяет подвергать их ковке, прокатке, прессованию и штамповке. Ковкими являются большинство чистых металлов, углеродистая сталь с содержанием углерода до 1,1 %, легированные стали, латунь, некоторые алюминиевые и магниевые сплавы и др.

Ковкость характеризуется двумя показателями: пластичностью, т. е, способностью металла подвергаться без разрушения деформации под давлением, и величиной его сопротивления деформированию. У ковких металлов относительно высокая пластичность сочетается с относительно низким сопротивлением деформированию. Хрупкие металлы и сплавы не являются ковкими, так как они не обладают достаточной пластичностью даже в нагретом состоянии.

В процессе холодной пластической деформации изменяются механические и физико-химические свойства металлов. Это происходит потому, что при деформации зерна металла измельчаются, дробятся и вытягиваются в направлении наибольшего увеличения размеров обрабатываемого изделия. Металл при этом получает ясно выраженное волокнистое строение. Вдоль волокон механические свойства металла повышаются, а поперек остаются без изменения, понижаются пластичность и вязкость, повышаются прочность и твердость металла.

Изменение свойств металла в процессе холодной пластической деформации называется упрочением, или наклепом. Если изделие подвергают дальнейшей обработке на станке или изменение свойств металла под влиянием холодной обработки нежелательно, наклеп снимают отжигом.

Холодную обработку давлением без нагрева металла, сплава или с нагревом до температуры ниже температуры рекристаллизации используют при прокате, штамповке и волочении. Холодная обработка металла давлением дает чистую поверхность и высокую точность размеров изделия.

Некоторые металлы и сплавы обрабатывают давлением только после нагрева до определенной температуры. В этом случае большое значение имеет точное определение температуры начала и конца нагрева. Образование волокнистой структуры изменяет механические свойства металла вдоль и поперек направления вытяжки.

При обработке давлением заготовки нагревают в специальных устройствах: пламенных и методических печах, нагревательных колодцах и электрических печах. Чтобы избежать возникновения внутренних напряжений и предохранить поверхность заготовок от окисления, нагревать металл следует постепенно и равномерно. В любой нагревательной печи должны быть приборы, позволяющие контролировать температуру нагреваемой заготовки.

Пламенные печи используют для нагрева заготовок небольшого размера. Заготовки большого размера нагревают в нагревательных колодцах. В методических печах идет непрерывный процесс загрузки, нагрева и выдачи заготовок. Наиболее часто при обработке металлов давлением пользуются электрическими печами, которые позволяют автоматизировать процесс нагревания заготовок.

Основными способами обработки металлов давлением являются: свободная ковка, штамповка, прокатка, прессование и волочение.

Свободная ковка заключается в нагреве до температуры выше 850°С стальной заготовки в печи (горне). Металлу, который лежит на наковальне, ударами молота придают требуемую форму (свободная ковка). Изделие, полученное в результате ковки, называют поковкой.

Ковка бывает ручная и машинная. К основным операциям ручной ковки относятся: вытяжка, осадка, гибка, прошивка отверстий, рубка, закручивание, выглаживание. Для выполнения этих операций используют наковальни, кузнечные молоты (ручники), гладилки для выравнивания поверхности плоских поковок, клещи с плоскими и круглыми губками для удержания нагретых заготовок, пробойники для прошивки отверстий, кузнечные зубила для рубки металла, обжимки для придания . заготовкам различной формы поперечного сечения и т. д.

Вытяжка - это операция, при которой происходит увеличение длины поковки за счет уменьшения ее поперечного сечения. При этом заготовка лежит на наковальне, и после каждого удара молота ее поворачивают так, чтобы сохранить форму прежнего сечения. Осадка - это уменьшение длины заготовки за счет увеличения ее поперечного сечения.

Гибку применяют для изменения контура заготовки при изготовлении ручного немеханизированного инструмента, например багров, крюков, ломов и т. д.

Прошивку используют для получения сквозных отверстий в теле заготовки.

В зависимости от формы применяемого бородка получают круглые, квадратные и прямоугольные отверстия.

Рубка- отделение части металла от целой заготовки для последующей обработки.

Закручивание применяют для придания большей жесткости полосе прямоугольного сечения. При закручивании один конец заготовки вращается вокруг своей оси, при этом другой конец закреплен в тисках.

Рис 3.10. Ковка в штампах Рис 3.11. Схема процесса прокатки

1-верхний штамп; 2- заготовка; 3-нижний штамп 1- прокатные валки; 2- заготовка

Выглаживание- завершающий этап ручной ковки, придающий изделию ровную поверхность.

После свободной ковки изделия в дальнейшем подвергают механической и термической обработке.

Штамповка (рис. 3.10) - процесс обработки давлением, при котором металл, деформируясь, принимает форму штампа определенного изделия. Штампы выполняют разъемными из твердых и прочных сталей. Заготовку нагревают до температуры ковки и помещают в нижнюю часть штампа. Верхнюю часть штампа прикрепляют к ударной части молота. Под действием ударов заготовка деформируется и принимает форму штампа. Кроме горячей штамповки существует холодная штамповка, которую применяют для изготовления изделий из тонких полос и листов стали, алюминия, меди, латуни толщиной до 8 мм (листовая штамповка).

Штамповку детали сложной формы осуществляют в многоступенчатом штампе. В этом случае заготовку для обработки перекладывают из одного штампа в другой до тех пор, пока изделие не примет необходимой формы.

При штамповке очень важно правильно определить необходимое количество металла. Недостаток металла приводит к тому, что полость штампа оказывается незаполненной, а излишек металла образует слишком большие заусенцы.

Штамповка является прогрессивным технологическим процессом. При ковке в штампах уменьшаются припуск на механическую обработку и допуски на размеры поковки. Путем штамповки изготовляют многие детали пожарной техники: картеры и коленчатые валы двигателей пожарных автомобилей и мотопомп, корпусы кислородных изолирующих противогазов и детали механизма подачи кислорода, детали приборов пожарной связи.

Прокатка (рис. 3.11) - технологический процесс, при котором металл обжимается между вращающимися валиками прокатных станов, при этом происходит уменьшение поперечного сечения изделия и увеличение его длины. Прокатку выполняют в горячем виде на прокатных станах. Станы для прокатки крупных отливок наминаются блюмингами. Основной частью прокатного стана является клеть (одна или несколько), в которой расположены валки. Валки вращаются от электродвигателя через редуктор.

В зависимости от выпускаемой продукции станы бывают листо- и сортопрокатные, рельсобалочные, специальные. Наибольшее распространение получили двух- и трехвалковые станы. Для выпуска высокосортного проката применяют многовалковые станы.

В пожарной технике часто используют металлические заготовки, полученные путем прокатки. Например, мягкую листовую сталь применяют для изготовления кузовов пожарных автомобилей, крыльев, капотов и т. д. Из декапированной стали изготовляют корпусы пенных огнетушителей. На трубопрокатных станах делают заготовки «ля кислородных и углекислотных баллонов. На специальных роликовых станах получают прокат сложного учения для тетив автолестниц.

Прессование (рис. 3.12) применяют для получения прутков, труб и сложных профилей из различных металлов и сплавов. Сущность процесса прессования состоит в том, что нагретый металл или сплав из контейнера выдавливают через отверстие требуемого сечения. Прессование бывает прямое и обратное.

Прямой метод прессования заключается в том, что нагретую заготовку помещают в полость контейнера. При давлении штока на пресс-шайбу металл вытекает через отверстие в матрице, которая удерживается опорным концом. Прессование осуществляют при помощи гидравлических прессов.

Рис. 3.12. Схема прессования металла а — прямой метод: 1- шток;2- контейнер; 3- пресс-шайба;4- обрабатываемый металл; 5- матрица с отверстием; б - обратный метод: 1- шток 2- контейнер;3- матрица с отверстием; 4- обрабатываемый металл; 5 - упорная шайба

Рис. 3.13. Схема процесса волочения

1-заготовка; 2- фильера;

3 – волочильная доска

При обратном способе прессования заготовка, заключенная в контейнер, выдавливается через отверстие в матрице, на которую давит трубчатый шток, при этом металл течет навстречу штоку.

Волочение (рис. 3.13) применяют для получения проволоки точных размеров, прутков, труб малого сечения, полос и профилей. Волочение заключается в протягивании заготовки через калиброванное отверстие - фильеру, расположенную в волочильной доске. Последняя имеет несколько фильер различного диаметра. Размеры фильер уменьшаются с таким расчетом, чтобы наименьшее отверстие соответствовало требуемому диаметру изделия. Фильеры изготовляют из высококачественной легированной стали или твердого сплава. Для уменьшения трения фильеры непрерывно смазывают струей масла.

Холодная обработка металлов

Холодная обработка металла является популярной технологией, которая включает в себя несколько методик. Этим способом достигают необходимых параметров заготовки без ее нагрева или разрушения, однако далеко не каждый материал доступен для обработки такого рода.

Помимо ограниченности по типу металла, холодная обработка имеет и ряд других недостатков. В нашей статье мы расскажем, как реализуется данная технология на практике, разберем ее плюсы и минусы, поговорим об охране труда во время этого процесса.

Понятие холодной обработки металла

Холодная обработка металлов представляет собой изменение формы изделий без их нагрева при помощи ряда манипуляций, в том числе резания. Для этого используются станки и ручные инструменты. Обычно к холодной обработке относят различные слесарные работы.

Хотя машиностроение непрерывно развивается, создаются новые технологии, холодная ручная обработка металлов все еще сохраняет значимую позицию. Правда, ее удельный вес в современной промышленности неуклонно снижается. Активнее всего ручная работа сменяется рубкой, сверлением, развертыванием, нарезкой резьбы на станках.

Не так ярко данная тенденция прослеживается в опиловке, шабровке, притирке, инструментально-лекальном деле, хотя и в этих сферах не так давно появилось специальное оборудование.

Слесарно-монтажные работы до сих пор проводятся без значительной механизации, однако доля ручного труда здесь сократилась благодаря взаимозаменяемости деталей, обработанных механическими способами. Ручная работа пока остается незаменимой только в сфере разметки.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Если на предприятии не удается перейти на использование станков, экономические показатели повышают благодаря рационализации методов. Холодная обработка металлов считается одной из областей, позволяющих задействовать научную организацию труда, в основе которой лежит наблюдение, определение эффективности разных подходов, хронометраж, пр.

Плюсы и минусы холодной обработки металлов

Данный способ имеет такие достоинства:

повышается предел пластичности, прочности материала изделия;
возрастает твердость, но снижается уровень пластичности;
обеспечивается более высокое качество поверхности, повышаются допуски на размер;
возрастает твердость, даже если этого не удается добиться при помощи термической обработки.

Минусы данного подхода:

Может использоваться только для пластичных металлов, таких как низкоуглеродистая сталь.
Во время обработки появляются остаточные напряжения, которые вызывают повышение хрупкости изделия. Изначальную пластичность возвращают при помощи отжига металла.
Есть вероятность фрагментирования, изменения зерненой структуры металла – подобные дефекты устраняют посредством термической обработки.
Холодная обработка крупных заготовок из металла предполагает значительные трудозатраты, расход времени, энергии, тогда как при работе с небольшими изделиями этот метод считается простым.

Металлы, используемые в холодной обработке

Холодная обработка металлов предполагает, что заготовки меняют форму, размер при комнатной температуре либо той, что не вызывает рекристаллизации.

Поэтому данный подход может использоваться лишь для некоторых материалов, таких как:

низкоуглеродистая сталь;
латунь;
бронза;
медь;
алюминиевая бронза;
аустенитные и ферритные нержавеющие стали;
сплавы на базе никеля;
нелегированный алюминий, а также ряд его сплавов.

Основные методы холодной обработки металлов

На производствах применяют пять способов холодной обработки металлов:

Ковка

Для работы с заготовками весом 0,3–20 кг выбирают пневматические молоты. Изделия массой 20–350 кг обрабатываются при помощи паровоздушных молотов. Деталям весом до 200 тонн придают необходимую форму гидравлическими прессами.

Холодная ковка позволяет выполнять:

осадку, то есть расплющить деталь, сократив высоту при параллельном увеличении поперечного сечения;
протяжку или растяжение поковки в длину с уменьшением поперечного сечения;
прошивку, то есть создать глухое либо сквозное отверстие;
гибку, что предполагает изгиб оси заготовки без образования складок и трещин с обеих сторон изделия;
разгонку или увеличение ширины при одновременном уменьшении толщины детали.

Данный метод холодной обработки металлов давлением используется чаще других. С его помощью производят изделия значительной длины, то есть трубы, рельсы, профили строительных конструкций, листовой металл для сферы машиностроения.

Именно способом холодной прокатки выпускают фольгу из чистого алюминия толщиной не более 0,001 мм.

Прессование (штамповка)

Здесь принято говорить о двух подвидах, таких как объемная и листовая штамповка.

Объемная штамповка позволяет производить такие операции:

выдавливание;
высадка;
формовка.

Для выдавливания используют прессы в штампах с пуансоном и матрицей, а роль исходной заготовки играет пруток либо лист. Методом прямого выдавливания изготавливают болты и клапаны, тогда как обратный способ используется для производства полых изделий.

Боковой метод дает возможность создавать тройники и крестовины. При работе со сложными изделиями прибегают к комбинированному выдавливанию.

Нужно понимать, что это единственный вид штамповки среди способов холодной обработки металлов, который обеспечивает максимальную деформацию поверхности без ее параллельного разрушения.

Холодная высадка признана методом изготовления продукции, имеющим наиболее высокий уровень производительности. Процесс может быть автоматизирован, тогда в минуту создается от 20 до 400 деталей. В качестве исходного материала используют пруток или проволоку диаметром 0,5–40 мм.

К высадке прибегают для производства элементов с местным утолщением, таких как заклепки, болты, винты, гвозди, шарики, звездочки, накидные гайки. При этом методе холодной обработки металлов коэффициент использования материала доходит до 95 %.

Холодная формовка близка к горячей штамповке, но требует больших усилий, ведь упрочнение и сила трения приводит к низкой формуемости материала. Чаще всего данный подход используют для производства изделий из цветных металлов.

Холодная листовая штамповка предполагает, что в качестве заготовок применяются листы, полосы, ленты толщиной до 10 мм. Данный способ обработки имеет целый ряд достоинств:

позволяет формировать изделия, имеющие малый вес;
обеспечивает высокую точность, качество поверхностей;
имеет высокую производительность, давая возможность изготавливать на одном станке до 40 тысяч деталей за смену;
предполагает автоматизацию работы, если в этом есть необходимость.

В процессе листовой штамповки деформируется вся заготовка либо ее фрагмент. В первом случае применяется отрезка и вырубка, а во втором – гибка, вытяжка, формовка.

Волочение

Этот способ холодной обработки металлов позволяет уменьшить диаметр, уплотнить поверхность проволоки, чтобы обеспечить более высокую прочность. Данный метод остается единственным подходящим для работы со значительными объемами проволоки.

Если при прокатке обработка ведется вращающимися валками, то при волочении заготовку обжимают неподвижной матрицей с фильерами. Нужно понимать, что за один цикл невозможно значительно снизить диаметр изделия, так как тянущее усилие прикладывается к тонкому концу.

Благодаря волочильным станам удается изготавливать проволоку, имеющую диаметр от одного микрона до шести миллиметров.

Редуцирование

Данный вид холодной обработки металлов предполагает размещение заготовки между вращающимися обжимными валами либо вращение задается самой детали, которая впоследствии формуется и уплотняется пуансоном.

Этот метод позволяет осуществлять такие операции:

формирование наружной, внутренней резьбы;
редуцирование труб;
правка заготовок;
гибка изделий.

Резьбонакатные станки при помощи накатных роликов или оправки нарезают наружную и внутреннюю резьбу М3 – М68. Редуцирование труб предполагает, в первую очередь, закатку либо раскатку концов на длину не более 200 мм.

Операция правки используется, чтобы придать заготовке верную геометрическую ось, тогда как гибка необходима для получения пружин с различным диаметром.

Обеспечение безопасности при проведении холодной обработки металлов

В процессе холодной обработки металлов опасность для сотрудников предприятия представляют такие факторы:

движущиеся машины, механизмы;
мобильные элементы оборудования;
передвигающиеся изделия, заготовки, материалы;
транспортные средства;
избыточное содержание пыли, газов в воздухе рабочей зоны, аэрозолей фиброгенного действия;
повышенное напряжение в электрической цепи;
высокий уровень шума;
вероятность пожаров, взрывов;
острые кромки, заусенцы, шероховатости заготовок, инструментов, оборудования, металлическая стружка;
слишком высокая/низкая температура оборудования, материалов;
вибрации;
патогенные микроорганизмы, содержащиеся в смазочно-охлаждающих жидкостях;
тяжелый труд, предполагающий значительное напряжение работника.

Чаще всего несчастные случаи во время металлообработки происходят по причине несоответствия оборудования требованиям безопасности. Также проблема может скрываться в отсутствии необходимых защитных ограждений, блокировок, иных предохранительных устройств.

Подвижные части оборудования могут превратиться в источник травм, поэтому (согласно правилам безопасности при холодной обработке металлов) должны ограждаться. Либо они могут располагаться таким образом, чтобы прикосновение к ним было невозможным.

Кроме того, разрешается прибегать к иным средствам, в том числе двуручному управлению, чтобы избежать травмирования персонала предприятия.

Иногда ограждение и использование других средств, исключающих вероятность непосредственного контакта работников с подвижными элементами, негативно отражается на функционировании машин. Тогда нужно предусмотреть яркие цвета, знаки безопасности и сигнализацию, которая будет сообщать людям о запуске оборудования.

Около движущихся элементов, оказывающихся за пределами поля видимости оператора, монтируются механизмы управления аварийным торможением. Это делается на случай, если в опасной зоне оказывается персонал предприятия.

Дверцы, крышки, ограждения должны надежно удерживаться в закрытом, то есть рабочем, и открытом состоянии, что обеспечивается специальными приспособлениями. При необходимости они должны быть сблокированы с приводом для его отключения во время их открывания, снятия.

При холодной обработке металлов не допускается запуск и функционирование оборудования с неисправными ограждающими механизмами и без таковых. Невозможны любые операции вблизи техники при полном отсутствии либо наличии плохо закрепленных ограждений.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Обработка металлов давлением

Обработка металлов давлением (ОМД) – это востребованная технология, которая осуществляется различными способами. В ходе процесса деталь меняет не только свой внешний вид, но и физические и механические свойства.

Данная технология экономична и производительна, что обеспечивает ее популярность в разных сферах промышленности. В нашей статье мы расскажем о физике процесса ОМД, разберемся в методах и направлениях этой обработки и поговорим о наиболее частых дефектах.

Суть процесса обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением – это использование внешних условий для изменения размера и параметров заготовок. При этом важно, чтобы результат после преобразования сохранился. Для этого следует использовать материалы, имеющие высокую пластичность и поддающиеся отделке.

После окончания всех рабочих процессов удастся получить изделие, максимально соответствующее ожиданиям. Оно будет иметь такие же габариты, которые планировались изначально. Чтобы увеличить пластичность до необходимого уровня, нужна высокая температура.

Для каждого металла подбирается свой температурный режим, который бы соответствовал его показателям и свойствам.

Суть процесса состоит в пластической деформации. Она происходит благодаря тому, что атомы после особых действий получают возможность принимать другое положение в кристаллической решетке.

Важно не оказывать на атомы слишком сильное влияние, иначе материал потеряет свойственную ему упругость. Технология обработки металла давлением должна строго соблюдаться. Только в этом случае получится изделие не только с другим внешним видом, но и новыми свойствами.

2 направления в обработке металлов давлением

Возможна как горячая, так и холодная обработка металлов давлением.

Вместе с возрастанием внешней силы (P) постепенно смещаются частицы зерна. После сдвига они поворачиваются в направлении уменьшения угла между направлением силы и плоскостью скольжения, а зерно вытягивается в направлении внешней силы.

Металл приобретает волокнистую структуру, физические свойства меняются в зависимости от направления.

Также холодная обработка приводит к потере пластичности и повышению прочности металла. Если обработку давлением нужно возобновить, то предварительно следует отжечь заготовку. Основные преимущества холодного способа заключаются в точном соответствии размеров, идеально гладкой поверхности и повышенной благодаря наклепу прочности.

Но такая обработка подойдет только изначально пластичным металлам. На практике ее чаще всего используют при волочении, прокатке тонкого листа и штамповке гильз для артвыстрелов.

Горячая обработка металла давлением должна происходить при температуре, которая выше температуры рекристаллизации. Упрочнение металлов, возникшее в процессе пластической деформации (т. е. наклеп), необходимо полностью снять, чтобы придать материалу равноосную структуру.

Стоит отметить, что на волокнистом строении это никак не отразится. От того, насколько металл был подогрет, зависит уровень его пластичности и сопротивления изменению формы.

Так, максимально нагретый металл получится самым пластичным и с наименьшим сопротивлением деформированию (для углеродистой стали, к примеру, конечный показатель может быть в 10–15 раз меньше исходного).

Для качественной обработки важно следить, чтобы не было пережога, т. е. образования слишком обезуглероженного и крупнозернистого внешнего слоя. Если он появится, то его можно обнаружить возле линии солидуса.

Основные методы обработки металлов давлением

Обычно выделяют такие способы обработки металлов давлением:

Такой обработкой занимаются с использованием особого инструмента – волоки (фильеров). В процессе деталь из металла проходит через отверстие фильеров, а затем приобретает окончательную форму с заданными параметрами поперечного сечения. Чаще всего волочение используют в производстве проволоки.

По вышеописанному принципу заготовка для проволоки проходит через несколько волок, а в результате получается необходимая нам деталь.

Для волочения принято несколько классификаций. Так, по чистоте поверхности выделяется:

черновое волочение;
чистовое волочение.

По влажности:

мокрое волочение, требующее мыльной эмульсии;
сухое волочение, для которого используется стружка из мыла.

По количеству требуемых переходов:

однократное;
многократное (для него необходимо несколько операций, после каждой из которых размер сечения становится меньше).

По температурному режиму:

Прокатка металла

Прокатка представляет собой процесс, в котором воздействие на материал обеспечивается прокатными валками. Эта операция требует специализированного оснащения. Основной задачей при этом выступает уменьшение габаритов исходной детали.

Такая обработка металла давлением способна придать материалу любую форму.

Сейчас прокатку выполняют по одной из трех технологий:

Поперечная. Для нее характерна обработка металла вращением (к примеру, цилиндров, шаров). Поступательное движение материала в этом случае невозможно.
Продольная. Используется в производстве чаще всего. Суть технологии в движении заготовки между двумя валками. Они, в свою очередь, вращаются в разные стороны, в результате чего деталь сжимается до ширины зазора между валками.
Поперечно-винтовая. Благодаря такому виду прокатки можно обрабатывать пустые внутри изделия. Здесь взяты особенности как продольной, так и поперечной технологии обработок.

Листовая штамповка

Этот вид обработки металла давлением позволяет получать изделия, где задействованы детали из листового проката. Выделяется два подвида листовой штамповки, каждый из которых выбирается в зависимости от ожидаемого результата. Это:

формообразующая штамповка;
разделительная штамповка.

После данного вида обработки изделие получается полностью подготовленным к работе. Это означает, что его не нужно подвергать механической и иной обработке. Но чтобы достичь такого эффекта, следует делать заготовки качественными и соответствующими заданным требованиям.

Благодаря такому преимуществу листовая штамповка имеет широкое распространение. Вид обработки металла давлением используется во многих отраслях промышленности. Требования к габаритам деталей отсутствуют.

Можно производить как мелкие радиодетали, так и большие кузова для авто.

Ковка металла

Ковка – один из тех видов обработки, который существует только в условиях высоких температур. Перед тем как приступить к операции, нужно нагреть заготовку до необходимой температуры. Какой именно – зависит от марки металла. После этого можно начинать саму ковку, которая возможна одним из трех способов:

ручная ковка;
штамповка;
ковка на специальном оборудовании: гидравлическом, пневматическом либо паровоздушном.

Для свободного вида ковки (ручного либо машинного) важно отсутствие ограничений, которые бы мешали детали принимать любое положение. Ручной способ находит применение в кузнечных мастерских, где нужно небольшое количество изделий.

Машинная технология обработки и штамповка подразумевают размещение штампа, препятствующего свободному перемещению детали. В итоге изделие получает такую же форму, как и полость матрицы.

Ковка тоже используется там, где не требуется большое количество изделий. После того как заготовка нагрета, она помещается между ударными элементами молотка – бойками. Прокладным инструментом может выступать топор, раскатка либо обжимки.

Объемная штамповка

Данный вид обработки металла давлением предполагает использование штампа. Именно он помогает сделать изделие необходимой формы. Пустота, сформированная элементами штампа внутри детали, не позволяет материалу сдвигаться в неправильное положение.

Выделяют открытую и закрытую разновидность штампа. В первом случае присутствует небольшое раскрытие формы. В образовавшийся зазор выдавливается излишний металл.

Благодаря раскрытию можно не вымерять точную массу детали, но из-за него приходится выполнять дополнительное действие – удалять облой, который появляется по контуру изделия.

Закрытая технология не предполагает наличия зазора, поэтому процесс выполняется в замкнутом пространстве. Из-за этого придется вымерять точную массу детали и ее предполагаемый объем.

Обработка комбинированными методами

Если есть необходимость в изделии, которое бы идеально соответствовало всем требованиям, то стоит прибегнуть к комбинированным методам.

Один из вариантов – сочетание сварки и давления. Такой способ позволяет упростить и удешевить изготовление деталей без потерь качества. Но при этом комбинация может привести к уязвимости места сварки.

Другой распространенный пример комбинации – обжиг и вытяжка. Здесь обработка металла давлением поможет уменьшить диаметр изделия и изменить его толщину в процессе деформации.

Допустимо объединение холодного и горячего методов обработки. В этом случае металлическое изделие станет максимально прочным.

При воздействии на металл давлением важно повторить законы физики, так как на их основе выстроены технологические процессы. Знание операции и точность расчетов – залог качества и высокой эффективности производства.

Раньше всех методов обработки появилась ковка. Выплавка металла позволила мастерам дойти до азов технологии. Практически сразу стало понятно, что ковка обеспечивает прочность и долгий срок службы орудий труда.

Дефекты при обработке металлов давлением

Основные дефекты при обработке металлов давлением – внутренние и поверхностные сколы, трещины и разрывы, возникшие вследствие механических и термических напряжений.

При штамповке, прокатывании и ковке возможны несплошности материала заготовок. Это связано с тем, что металл несколько раз находится под воздействием высокой и низкой температуры, сильных сжимающих и расширяющих сил.

Форсирование температуры, подачи, скорости нагрева металла и других режимов обработки – также прямой путь к дефектам. Если их наличие нужно минимизировать и получить заготовку высокого качества, то нельзя пренебрегать режимами. Они должны соответствовать характеристикам и свойствам обрабатываемого материала.

Некачественная штамповка для листового проката опасна разрывами и утончениями готового изделия. В первом случае дефекты легко определить визуально, особенно если деталь габаритная (часть кузова автомобиля).

Однако в ситуации с утонениями, которые бы превышали норму и не соответствовали требованиям, потребуется особая проверка методами неразрушающего контроля.

Обычно эксплуатационная надежность деталей, которые получают способом глубокой вытяжки, во многом зависит именно от степени утонения металла, т. е. снижения толщины материала из-за его чрезмерного удаления во время обработки инструментом.

Отсутствие разрывов отходит на второй план, так как наличие утонений гораздо более опасно. Эксплуатация некачественной детали может повлечь за собой разрушение в зоне утонения.

Особенно внимательно нужно подходить к изделиям, которые будут использоваться в крано-, автомобиле- и тракторостроении.

И в металлургии, и в прокатных цехах, и в автомобилестроении специалисты часто встречаются с множественными дефектами деталей, среди которых трещины на торце, риски, волосовины, плены, отделение слоев и др. Создателям машин, заготовок и материалов приходится тщательно проверять качество используемых ими изделий.

В статье были перечислены основы обработки металлов давлением. Как удалось понять, ОМД – действительно непростой и кропотливый процесс, требующий точности и соответствующих знаний.

Однако важно привлечение не только хороших специалистов, но и использование качественного оборудования. В домашних условиях почти невозможно сделать деталь, соответствующую высоким запросам. Гораздо выгоднее и надежнее обращаться в проверенные компании, способные оказать помощь в обработке металлов.

Холодная обработка металла

Холодная обработка металла остается востребованной уже долгое время и сдавать свои позиции пока не собирается. Объясняется это не слишком высокой стоимостью оборудования относительно иных вариантов, а также огромным потенциалом метода. Впрочем, и других плюсов тут более чем достаточно.

Однако прежде чем начинать работу, нужно не только ознакомиться с возможностями конкретного способа металлообработки, но и хорошо понимать, что именно должно получиться на выходе. Тот или иной метод изменения технических характеристик материала выбирается в зависимости от конкретной ситуации, и холодная обработка металла тут не исключение.

Описание холодной обработки металла

Метод холодной обработки металла заключается в деформировании, которой подвергается заготовка, при температуре менее точки рекристаллизации или при нормальной (комнатной) температуре. Степень и глубина воздействия на заготовку во многом зависит от пластичности металла.

На практике из всех методов холодной обработки чаще всего используют слесарные работы, которые объединяет понятие «механическая обработка металлов».

Это достаточно большая группа, в которой при всех способах применяется твердый острый инструмент, механически воздействующий на заготовку. При этом в результате отделения слоев материала происходит смена формы изделия. Разница между величиной конечного продукта и первоначальной заготовки называется припуском.

Существует несколько видов механической обработки:

Точение. В этом случае к закрепленной на вращающейся основе заготовке подводится резец – он снимает металл, создавая деталь с установленными в конструкторской документации размерами. Таким образом получают изделия, которые имеют форму тела вращения.
Сверление. При этом к неподвижно закрепленной заготовке продольно подводится сверло, которое вращается вокруг своей оси, а затем медленно погружается в деталь. Данный вид обработки используется для изготовления круглых отверстий.

Фрезерование. Отличие данного вида от сверления заключается в рабочей поверхности. Если у сверла это только передний конец, то у фрезы еще и боковая поверхность. Кроме того, фреза имеет возможность перемещаться в разные стороны (вправо, влево, вперед и назад). Данный вид обработки помогает создать изделие, имеющее необходимую конструктору форму.
Строгание. Заготовка неподвижно закрепляется на основе, а резец перемещается относительно нее назад и вперед. Каждый проход инструмента снимает с детали слой металла. Некоторые агрегаты работают неподвижным резцом по двигающемуся изделию. Такой вид обработки используется для изготовления продольных пазов.
Шлифование. Процесс осуществляется с помощью абразивного материала, который вращается или поверхность заготовки обрабатывается продольно возвратно-поступательными движениями, снимая с нее тонкие слои материала. Таким образом происходит подготовка изделия к нанесению покрытия.

Помимо вышеперечисленного, к холодной обработке металла относятся:

Деформирование срезом или сдвигом – пробивка, обрезка, вырубка и перфорирование, а также поперечная, продольная резка и пр.
Гибка – на угол, роликовая правка, гибка прутков, отбортовка.
Обработка давлением – чеканка, холодная ковка, прокатка и штамповка, клепка, накатка, насечка, резьба, пр.

Распространенные виды холодной обработки металла давлением

Чаще всего под холодной обработкой материала подразумевается только один из ее методов – давлением. Давайте рассмотрим разновидности данного процесса.

Это высокотемпературный процесс, при котором происходит нагрев детали до оптимальной ковочной температуры – индивидуальной для каждой марки металла. Существуют следующие способы ковки:

на молотах (паровых, гидравлических, пневматических);
ручная.

На молотах (иначе – машинная ковка), а также ручная – это свободные варианты обработки. Они носят такое название, поскольку не происходит ограничения металла в процессе воздействия на него оборудования или инструмента.

Штамповка – это несвободная ковка. Причина заключается в матрице штампа, которая ограничивает заготовку. Под воздействием инструмента изделие приобретает ее форму.

Ковку часто используют при небольших объемах производства – единичном или мелкосерийном. Поковку получают разогревом изделия и размещением его между бойками молота. Подкладными же делают обжимку, топор или раскатку.

Прокатка – это пластическая обработка металла в холодном состоянии обжиманием. Она происходит на прокатном стане посредством вращающихся валков. Применяют ее для уменьшения поперечного сечения детали, а также для создания необходимого профиля. В настоящее время используют такие три способа прокатки, как:

Продольная. Посредством нее изготавливается наибольшее число изделий. В процессе обработки валки обжимают деталь, проходящую между разносторонне вращающимися валками, оставляя толщину, которая равна зазору между последними.
Поперечная. Таким образом обрабатываются тела вращения (например, цилиндры, шары, втулки и пр.). Поступательных движений деталь не производит.
Поперечно-винтовая. Способ объединяет два предыдущих. Используется для производства деталей, полых изнутри.

Волочение.

Это обработка металла холодным способом, технология которого заключается в протяжке детали, имеющей профиль круглого (фасонного) вида, через волоку (фильеру). Таким образом изготавливается проволока. Катанка (заготовка, имеющая больший диаметр) протягивается между фильерами, в результате чего выходит проволока малого диаметра.

Процесс волочения классифицируют:

По типу: на сухое, когда проволоку протаскивают через мыльный порошок, и мокрое, когда в процессе задействована мыльная эмульсия.
По обработке поверхности: на черновое и чистовое.
По кратности переходов: на однократные и многократные. Последние осуществляются в несколько переходов, а поперечное сечение детали уменьшается постепенно.
По температуре: на горячее и холодное.

Прессование.

Данный процесс позволяет работать с хрупкими металлами, выдавливая их сквозь отверстия матрицы с помощью пресса.

Метод используется для изготовления сплошных или полых профилей из таких материалов, как алюминий, магний, титановые сплавы, медь. Детали используют для самолетов и автотранспорта, например, делают подвески, лопатки, трубы и пр.

Рекомендовано к прочтению

Бывает холодное и горячее прессование. Для таких пластичных материалов, как медь, олово, алюминий в чистом виде, применяется холодная обработка металла. Для тугоплавких материалов и сплавов, какими являются металлы, содержащие титан, никель и пр., используется горячая обработка, то есть перед прессованием инструменты и детали нагревают.

Процесс позволяет получить изделия, имеющие различную конфигурацию, например, с периодическим (постоянным) профилем, наружными либо внутренними ребрами и пр.

Производство идет на специальных прессах, где можно менять матрицы. Материалом изготовления матриц являются штампованные стали с высокой жаропрочностью.

Это метод, позволяющий получать деталь с помощью штампа, части которого ограничивают течение материала.

Используются два вида штампов: закрытые и открытые.

Открытые имеют зазор подвижных частей, через который происходит удаление облоя (переизбытка металла). Убирают его механическим способом в ходе окончательной обработки детали. Открытые штампы могут широко использоваться для обработки заготовок различной массы без предъявления к ней особых требований.

У закрытых штампов зазор отсутствует, поэтому металл остается внутри формы, не образуя облоя. Для такого процесса необходимо тщательно рассчитать деталь по объему.

С ее помощью производят изделия из полосы, листа или ленты металла, которые были получены прокаткой.

В производстве используют два вида (группы) операций:

разделение – отрезка, вырубка и пробивка;
образование формы – раздача, вытяжка, чеканка, отбортовка, гибка и пр.

Для листовой штамповки используют гидравлические и кривошипные прессы. В качестве инструмента применяют штампы с такими основными деталями, как пуансоны и матрицы.

Штампованное изделие в последующем, как правило, не требует доработки механическим способом. Для этого размеры пуансонов и матрицы тщательно рассчитывают в соответствии с техническими требованиями и только после этого запускают в производство.

Листовую штамповку применяют практически во всех областях промышленности. Данный метод позволяет изготовить детали с высокой точностью. Это могут быть и небольшие изделия для микроэлектроники, и части кузова автомобиля. Холодная обработка металлов резанием и давлением чрезвычайно востребованы.

Данный способ обработки предполагает два варианта размещения заготовки: между вращающимися валами, которые обжимают ее, либо заставляют вращаться саму заготовку, при этом формуется она пуансоном. Обжим и вращение формируют поверхность детали, и она уплотняется.

Существует несколько видов редуцирования:

накатка резьбы (внутренней, наружной);
редуцирование труб;
правка деталей;
гибка деталей.

Изделия с внутренней и наружной резьбой от М3 до М68 изготавливают на станках для накатки резьбы. При этом применяют накатные оправки и ролики. Редуцирование труб необходимо для раскатки и закатки концов (до 20 см). Правку деталей используют для исправления их геометрической оси. Гибка нужна для производства пружин различных диаметров.

Плюсы и минусы холодной обработки металла

Рассмотрим сначала преимущества:

У металла возрастают пределы пластичности и прочности.
Увеличивается твердость материала при одновременном снижении пластичности.
Качество поверхности возрастает, как и допуски на размер.
Повышается твердость материалов, структура которых не может стать более прочной при термической обработке.

Однако имеется и ряд недостатков:

Холодная обработка используется исключительно при работе с пластичными металлами, например, с низкоуглеродистой сталью.
Остаточные напряжения, появляющиеся в результате обработки, неблагоприятны для металла, так как он может стать хрупким. Чтобы восстановить пластичность, необходимо его отжечь.
Вероятно проявление фрагментирования и искажения зеренной структуры металла. Для исправления требуется термическая обработка.
Холодная обработка проста в применении для изделий небольшого размера, в то же время крупные заготовки требуют больших затрат труда, времени и энергии.

Немного о химической обработке металла

Специалисты с небольшой натяжкой, но относят химическую обработку к холодным работам. Перед окраской или для получения какого-либо эффекта металлы обрабатывают различными составами. Одной из основных их болезней является ржавчина. Она значительно ухудшает свойства изделий, поэтому важно не допустить или убрать с металлических поверхностей любые признаки появления коррозии.

Химической обработкой называют процессы, которые должны помочь убрать с помощью химических реакций поверхностный слой, а затем защитить металл от ржавчины. Существуют растворы, которые помогают сформировать окисные (или иные) соединения. В результате на поверхности образуется пленка, качество которой зависит от температуры обработки, химического состава средства и периода его воздействия, а также от того, насколько изделие было хорошо подготовлено к данной процедуре.

Химическую обработку применяют для увеличения прочности, защиты от ржавчины, а следовательно – повышения срока эксплуатации изделия.

Существует ряд методов химической обработки. Выделим основные из них:

Распыление раствора – происходит при низком давлении струи вещества, которым обрабатывают металл.
Погружение в раствор – изделие помещают на определенный период времени в действующее вещество.
Гидроструйная обработка раствором – происходит только с использованием соответствующего оборудования.

Глубокое травление или химическое фрезерование используют в металлургии, машиностроении и т. д. для изделий, которые сделаны из тонкого материала, чья поверхность имеет сложную конфигурацию, или при обработке множества малых изделий.

Существуют и иные методы. Например, цинкование, оксидирование, фторирование, нитрирование, анодирование, хромирование, воронение и пр. Наука не стоит на месте, с каждым днем появляются все новые методы химической обработки.

Выбор лучшего из имеющихся методов зависит от габаритов и конфигурации изделия, норм производства и пр. В любом случае перед началом обработки необходимо тщательно подготовить поверхность. Для этого применяют грунтование или обезжиривание, также можно использовать протравку хромитами. Облегчить процесс можно с помощью специальных установок для химической подготовки.

Охрана труда при холодной обработке металлов

В процессе холодной обработки работники могут подвергаться негативному воздействию вредных, а иногда и опасных факторов. Это может быть высокое напряжение электросети, двигающиеся части агрегатов и оборудования, перемещение механизмов и машин и пр. Причиной большинства несчастных случаев на производстве, которые произошли в ходе работы на оборудовании для обработки металлов, является полное или частичное его несоответствие требованиям техники безопасности.

Все движущиеся части механизмов, которые могут стать источником травмы, следует ограждать либо их расположение должно предотвращать прикосновение к ним работника. Возможно также применение иных способов защиты, к примеру, использование двуручного управления.

Существуют виды оборудования, в которых нельзя ограждать (или использовать иные средства защиты) места вероятного соприкосновения работника с движущимися элементами агрегатов. В таком случае конструкция должна быть оснащена сигнализацией, которая включается одновременно с запуском станка. Дополнительно можно использовать различные знаки безопасности и сигнализирующие об опасности цвета. Аварийные кнопки или иные средства экстренной остановки оборудования должны быть установлены вблизи движущихся частей, которые не видны работнику. Это следует делать в случае, когда работники находятся в опасной близости от движущихся элементов установки.

Однако необходимо не только соблюдать требования безопасной работы с оборудованием, но и правильно организовать рабочее пространство. Все рабочие места следует располагать так, чтобы над ними не проходили линии переноса грузов грузоподъемными агрегатами.

Рабочие пространства должны быть оснащены площадками, на которых располагаются столы, стеллажи, тара и прочие хранилища материалов и заготовок, оснастки и полуфабрикатов, а также отходов и готовых изделий. Специалистам, участвующим в технологических операциях и соблюдающим правила холодной обработки металла, должно быть максимально удобно и безопасно работать.

Вдоль всего оборудования по полу обязаны располагаться трапы из дерева шириной ≥ 60 см от выступающих элементов оборудования.

Складирование заготовок и готовых изделий должно проводиться в специально отведенных местах – нельзя загромождать рабочие поверхности. Все детали должны быть установлены основательно, обеспечивая удобство зачаливания при использовании подъемного оборудования. Штабели не могут быть выше 100 см. Проходы следует всегда оставлять свободными.

Читайте также: