Какое свойство металлов позволяет обрабатывать их давлением

Обновлено: 17.05.2024

Существует большое количество технических вариантов обрабатывания металлических изделий: как ручных, так и автоматизированных (при эксплуатации специального оборудования). Однако несмотря на широкий выбор, простые обыватели и настоящие профессионалы нередко выбирают способ обработки металла давлением. Отличительной чертой пластической деформации является не только изменение формы детали, но и ее физических, механических свойств. Благодаря этому технология активно применяется в разных сферах промышленности и производства. Еще одна причина популярности – таким образом можно значительно повысить производительность и сэкономить расходование сырья, чем при помощи иных аналогичных методик.

Что такое обработка металлов давлением

ОМД представляет собой изменение параметров и размера заготовок благодаря влиянию на них внешними условиями с дальнейшим сохранением и закреплением полученного результата. Такой эффект достигается за счёт высокой пластичности материалов, поддающихся отделке. После завершения всех рабочих этапов удаётся получить готовое изделие, форма и габариты которого полностью соответствует заявленным заказчиком требованиям. Для увеличения пластичности, перед работой с этим материалом, его прогревают до высоких температурных показателей. Для любой разновидности существуют установленные критерии нагрева, которые имеют четкую зависимость от физико-химических показателей.

Суть обработки металлов посредством давления определяется тем фактом, что атомы при взаимодействии со сторонними факторами обретают тенденцию и склонны принимать иное, устойчиво стабильное положение в кристаллической форме решетке. Важно, чтобы величина этого воздействия была больше допустимого значения пределов металлической упругости. Данный процесс называется пластическая деформация, которая способна изменить не только внешний критерий оценки и габариты изделия, но и его физико-химические параметры. Чтобы обеспечить правильность выполнения с технической точки зрения, нужно обладать профессиональным подходом, иметь необходимое оснащение. Подобрать качественное оборудование легко и удобно в каталоге компании «Сармат».

Разновидности

На основании условий, в которых осуществляется ОМД, специалисты выделяют два направления. Они пользуются примерно одинаковой популярностью на современном рынке, но последняя относится к более инновационной методике. Их отличительными особенностями являются:

Холодная разновидность, напротив, имеет температурный уровень, ниже рекристаллизации.
Вид - горячая обработка металлов давлением выбирается при температурных показателях, превышающих баланс нагрева при рекристаллизации материала.

Схемы основных категорий металлообработки

В основе лежит получение заготовки, соответствующей техническому заданию и формату посредством пластической деформации. Доминирующая особенность пластинчатости (в сравнении с упругим аналогом) — это сохранение деформированных форм и параметров после устранения внешних сил, оказывающих влияние. Достижение такого результата объясняется тем, что атомы движутся относительно друг друга на величины, превышающие межатомное расстояние и, после прекращения воздействия на них, не способны вернуться в исходное положение.

Горячая и холодная штамповка металла известна на протяжении многих столетий. Последняя раньше была основным методом изготовления металлической посуды. Это связано с тем, что её отличает быстрота исполнения, отличное качество и доступная стоимость. Такие параметры особенно ценны при массовом производстве и крупном бизнесе, требующем быстрого создания товаров в больших объемах.

Прокатка

Эта разновидность ОМД подразумевает под собой применение двух движущихся валиков, которые обжимают изделие с обеих сторон. Скорость их вращения устанавливается самостоятельно. Целью этой манипуляции является снижение геометрических данных поперечного сечения, а также достижение желаемой конфигурации. Деформация заготовки происходит за счёт трения (толщина минимизируется, а длина и ширина — увеличивается). Данным методом могут обрабатываться металлические листы и ленты, но при условии применения гладких валков. Помимо этого, методика используется при работах с деталями фасонного профиля, но с привлечением ручьевого валка. Типы прокатки металла:

Продольная — изделие пропускается через движущиеся в разных направлениях валки, из-за чего оно обжимается до толщины расстояния между ними.
Поперечная — эта разновидность необходима для преобразования материала в форму шара, конуса, цилиндра или друг вращающихся тел. Таким образом изготавливают бесшовные балки и многие строительные предназначения для работы.
Поперечно-винтовая — в большинстве случаев, она используется для создания и переработки полых заготовок.

Помимо этого, в зависимости от присутствия или отсутствия подогрева, в качестве подготовительного процесса работы, специалисты выделяют холодную или горячую прокатку металла.

Ковка

Данная технология отнесена к категории высокотемпературных способов металлической обработки. Пред тем, как приступить к делу, деталь нагревается до высоких температурных показателей. Температура выставляется и зависит от вида материала, из которого выполнено изделие. Сегодня применяется несколько методов. Важно выделить:

Ручная — осуществляется руками мастера и применяется по мере необходимости изготовить небольшую партию заказа. Они не ограничены в рабочей зоне, поэтому формируют любое положение в пространстве.
Штамповки — предусматривают подготовительные работы, в виде помещения заготовки в штамповую матрицу, не позволяющей ей свободно перемещаться. Благодаря этому она полностью повторяет форму матричной полости.
С применением дополнительного специализированного оснащения (пневматического, гидравлического или паровоздушного).

Метод ковки при обработке металлов давлением, в подавляющем большинстве, выбирается для разовых заказов и мелкосерийного производства. Перед тем как приступить к этой процедуре, деталь разогревается и помещается между двумя ударными положениями молота (бойки). Помимо бойки можно использовать также топор, раскатку или обжимку. Основными ковочными операциями служат:

Осадка — уменьшение высоты болванки за счёт увеличения площади поперечного сечения.
Высадка — это, своего рода, осадки. Проведение этого этапа требует наличия оправки (подкладной инструмент).
Протяжка — увеличение длины посредством снижения площади поперечного сечения.
Раскатка на оправе — внутренний и внешний диаметр увеличивается, а стенозная толщина уменьшается.
Пошивка — создание сквозных или глухих отверстий. Рабочим инструментом выступает прошивень, а для отвода необходима выдра.
Скручивание — поворот определенного участка вокруг продольной оси.

Прессование

Этот вид ОМД подразумевает под собой помещение металлического предмета в специальную форму с дальнейшим выдавливанием через имеющееся отверстие. Эти процессы происходят за счёт мощного пресса и давления, которое способствует выталкиванию. При этом важно помнить, что площадь отверстия не должна превышать площадь сечения используемого изделия. При выполнении этой работы деталь приобретает вид прута, форма и технические свойства которого устанавливаются в зависимости от отверстия. Эта методика отличается простотой и высокой эффективностью. Она часто применяется для оловянных, медных, свинцовых, алюминиевых или цинковых предметов.

На основании того, какой материал используется, прессование металла бывает холодного и горячего типа. Если изделие выполнено из алюминиевого, оловянного, медного или прочего вещества, то оно не нагревается. Если используемые предметы имеют в составе никель или титан, осуществляется нагрев заготовки и рабочего инструмента. Выделяют 2 метода:

Прямой — выдавливание осуществляется в направление движения пуансона.
Обратный — перемещается навстречу движениям пуансона.

Использование этой тактики ОМД нередко сокращает срок эксплуатации, в связи с чем рекомендуется периодически наносить на рабочие поверхности минеральные масла, графит, канифоль или жидкое стекло. Несмотря на множество достоинств этой обработки, её главным недостатком считается большой пресс остаток (порядка 20%) в прессовочной камере.

Волочение металла

Главным инструментом, используемым в этой методике, является фильера (или волока). Овальная или фасонная форма пропускается через фильерное отверстие, из-за чего создаётся необходимый профиль с поперечным сечением. Лучший пример исполнения этой техники — это создание проволоки, подразумевающее протягиванием заготовки с большим диаметром через несколько фильеров. В результате этих действий происходит его превращение в изделие нужного размера. Технология пользуется спросом при необходимости получения деталей маленького диаметра, создании фасонных профилей, производстве тонкостенных труб и калибровки.

Материалом для волоки может быть инструментальная сталь, металлокерамический сплав или технический алмаз (при тонкой проволоке). Целью этой техники служил уменьшение трения, повышение стойкости инструментария и улучшение отвода тепла.

Существует несколько разделений волочения по разным критериям. Одной из них является:

Сухое — в случае привлечения мыльной стружки.
Мокрое волочение предполагает работу с мыльной эмульсией.

Также к основным категориям обработки металлов давлением на практике относятся следующие разновидности:

Однократное — осуществляемся единственным проходом.
Многократное — требует более одного прохода, благодаря чему осуществляется постепенное снижение поперечного сечения.

Объемная штамповка

Это технологический процесс, в результате которого происходит пространственное изменение различных объемных заготовок, имеющих простейшую геометрическую конфигурацию (цилиндрическую, призматическую и т.п.), для того, чтобы изготовить из них детали гораздо более сложной формы. Такой эффект реализуется посредством специального штампа. Исходя из конструктивной реализации, эта методика делится на 2 основных вида:

Открытая — даёт возможность не придерживаться весовой точности. В ней предусмотрен зазор, расположенный между их движущимися элементами, куда отправляется лишний объём материала. Работая с открытым типом, необходимо удалить облой, который формируется по контуру.
Закрытая — эта холодная и горячая обработка металлов под давлением не имеет специальных отверстий, а создание изделия проводится в ограниченном пространстве. Но важным условием является грамотный расчёт габаритов (вес и объём).

Листовая

Исходя из ожидаемого результата, эта разновидность ОМД делится на:

Разделительную — включает в себя пробивку, отрезку и вырубку.
Формообразующую — состоит из таких элементов, как чеканка, а также гибка и раздача и т.д.

При работе с этой методикой требуется гидравлический пресс или кривошипно-шатунный. Главной деталью этого оборудования считается штамп из матричных элементов и пунсона. Отличительной особенностью метода является отсутствие необходимости обрабатывать в дальнейшем. Для обеспечения высококачественного эффекта, применяемые детали должны иметь высокую точность.

Сегодня самым популярным и распространенным способом обработки является штамповка листового металла под давлением. Она пользуется спросом среди большинства промышленных отраслей, что значительно расширяет область применения. С ее помощью производятся как небольшие элементы радиоэлектронных аппаратов, так и кузова автомобилей и иных транспортных средств.

Комбинированная

Эта разновидность ОМД актуальна при возникновении необходимости одновременного использования нескольких технологий. Комбинировать можно любые доступные на сегодняшний день методы. Их определение зависит от конечной цели, желаемого результата и текущего технического оснащения. На практике комбинирование проводится достаточно часто, так как это дает возможность создавать более сложные формы и конфигурации.

На практике используется схема прокатки, которая позволяет оптимизировать производственный процесс и ускорить обработку. Благодаря высокому уровню пластичности используемого в производстве сырья, выбор наиболее подходящей технологии проходит исходя из конечной цели изготовителя. Показатели способствуют созданию продукта необходимых размеров, заданным показателям или конкретным тех.заданиям. Максимальное количество промышленных отраслей задействуют в своем рабочем процессе разнообразные методы и технологии. При этом учитываются такие обязательные факторы, как общие условия, при которых проводится изготовление и направление деятельности предприятия.

Работа с металлическими изделиями — это сложный, кропотливый и длительный процесс, требующий ответственного подхода. Для достижения желаемого и технически верного результата обязательно требуется привлечение специалистов и оборудования. Добиться этого в домашних условиях практически невозможно, поэтому крайне важно обратиться в проверенную фирму, которая сможет предоставить достаточное количество оборудования, способного удовлетворить требования заказчика. Компания «Сармат» обладает этими возможностями, позволяя реализовать самые сложные задумки.

Обработка металлов давлением – ОМД: разновидности и особенности технологии

ОМД, или обработка металлов давлением, возможна благодаря тому, что такие материалы отличаются высокой пластичностью. В результате пластической деформации из металлической заготовки можно получить готовое изделие, форма и размеры которого соответствуют требуемым параметрам. Обработка металла давлением, которая может выполняться по различным технологиям, активно используется для выпуска продукции, применяемой в машиностроительной, авиационной, автомобилестроительной и других отраслях промышленности.

Обработка листового металла давлением на прокатном станке

Физика процесса обработки металлов давлением

Сущность обработки металлов давлением состоит в том, что их атомы такого материала при воздействии на них внешней нагрузки, величина которой превышает значение его предела упругости, могут занимать новые устойчивые положения в кристаллической решетке. Такое явление, которым сопровождается прессование металла, получило название пластической деформации. В процессе пластической деформации металла изменяются не только его механические, но и физико-химические характеристики.

В зависимости от условий, при которых происходит ОМД, она может быть холодной или горячей. Различия их состоят в следующем:

Горячая обработка металла выполняется при температуре, которая выше температуры его рекристаллизации.
Холодная обработка металлов, соответственно, осуществляется при температуре, находящейся ниже температуры, при которой они рекристаллизуются.

Ковка раскаленной заготовки на молоте – вид горячей обработки металла давлением

Виды обработки

Обрабатываемый давлением металл в зависимости от используемой технологии подвергается:

прокатке;
ковке;
прессованию;
волочению; ; ;
обработке, выполняемой комбинированными способами.

Основные виды обработки металла давлением

Прокатка – это обработка давлением заготовок из металла, в ходе которой на них воздействуют прокатные валки. Целью такой операции, для выполнения которой необходимо использование специализированного оборудования, является не только уменьшение геометрических параметров поперечного сечения металлической детали, но и придание ей требуемой конфигурации.

Виды прокатных валков

На сегодняшний день прокатку металла выполняют по трем технологиям, для практической реализации которых необходимо соответствующее оборудование.

Это прокатка, являющаяся одним из самых популярных методов обработки по данной технологии. Сущность такого способа обработки металла давлением заключается в том, что заготовка, проходящая между двумя валками, вращающимися в противоположные стороны, обжимается до толщины, соответствующей зазору между этими рабочими элементами.

По такой технологии обрабатывают давлением металлические тела вращения: шары, цилиндры и др. Выполнение обработки данного типа не предполагает, что заготовка совершает поступательное движение.

Это технология, которая представляет собой нечто промежуточное между продольной и поперечной прокаткой. С ее помощью преимущественно обрабатываются полые металлические заготовки.

Виды прокатки металла

Такая технологическая операция, как ковка, относится к высокотемпературным методам обработки давлением. Перед началом ковки металлическую деталь подвергают нагреву, величина которого зависит от марки металла, из которого она изготовлена.

Обрабатывать металл ковкой можно по нескольким методикам, к которым относятся:

ковка, выполняемая на пневматическом, гидравлическом и паровоздушном оборудовании;
штамповка;
ковка, выполняемая вручную.

При машинной и ручной ковке, которую часто называют свободной, деталь, находясь в зоне обработки, ничем не ограничена и может принимать любое пространственное положение.

Ручная ковка используется в кузнечных мастерских при изготовлении небольшого количества изделий

Машины и технология обработки металлов давлением по методу штамповки предполагают, что заготовка предварительно помещается в матрицу штампа, которая препятствует ее свободному перемещению. В результате деталь принимает именно ту форму, которую имеет полость матрицы штампа.

К ковке, относящейся к основным видам обработки металлов давлением, обращаются преимущественно в единичном и мелкосерийном производстве. Разогретую деталь при выполнении такой операции располагают между ударными частями молота, которые называются бойками. При этом роль подкладных инструментов могут играть:

обычный топор:
обжимки различных типов;
раскатка.

При выполнении такой технологической операции, как прессование, металл вытесняется из полости матрицы через специальное отверстие в ней. При этом усилие, которое необходимо для осуществления такого выдавливания, создается мощным прессом. Прессованию преимущественно подвергают детали, которые изготовлены из металлов, отличающихся высокой хрупкостью. Методом прессования получают изделия с полым или сплошным профилем из сплавов на основе титана, меди, алюминия и магния.

Прессование в зависимости от материала изготовления обрабатываемого изделия может выполняться в холодном или горячем состоянии. Предварительному нагреву перед прессованием не подвергают детали, которые изготовлены из пластичных металлов, таких как чистый алюминий, олово, медь и др. Соответственно, более хрупкие металлы, в химическом составе которых содержится никель, титан и др., подвергаются прессованию только после предварительного нагрева как самой заготовки, так и используемого инструмента.

Установка холодного прессования изделий из листового металла

Прессование, которое может выполняться на оборудовании со сменной матрицей, позволяет изготавливать металлические детали различной формы и размеров. Это могут быть изделия с наружными или внутренними ребрами жесткости, с постоянным или разным в различных частях детали профилем.

Волочение

Основным инструментом, при помощи которого выполняется такая технологическая операция, как волочение, является фильера, называемая также волокой. В процессе волочения круглая или фасонная металлическая заготовка протягивается через отверстие в фильере, в результате чего и формируется изделие с требуемым профилем поперечного сечения. Наиболее ярким примером использования такой технологии является процесс производства проволоки, который предполагает, что заготовка большого диаметра последовательно протягивается через целый ряд фильер, в итоге превращаясь в проволоку требуемого диаметра.

Технологические процессы получения проволоки методом волочения

Классифицируется волочение по целому ряду параметров. Так, оно может быть:

сухим (если выполняется с применением мыльной стружки);
мокрым (если для его выполнения используется мыльная эмульсия).

По степени чистоты формируемой поверхности волочение может быть:

Линия волочения медной проволоки

По кратности переходов волочение бывает:

однократным, выполняемым за один проход;
многократным, выполняемым за несколько проходов, в результате которых размеры поперечного сечения обрабатываемой заготовки уменьшается постепенно.

По температурному режиму этот вид обработки металла давлением может быть:

Сущность такого способа обработки металла давлением, как объемная штамповка, состоит в том, что получение изделия требуемой конфигурации осуществляется при помощи штампа. Внутренняя полость, которая сформирована конструктивными элементами штампа, ограничивает течение металла в ненужном направлении.

В зависимости от конструктивного исполнения штампы могут быть открытыми и закрытыми. В открытых штампах, применение которых позволяет не придерживаться точного веса обрабатываемой заготовки, предусмотрен специальный зазор между их подвижными частями, в который может выдавливаться избыток металла. Между тем использование штампов открытого типа вынуждает специалистов заниматься удалением облоя, образующегося по контуру готового изделия в процессе его формирования.

Особенностью горячей штамповки металла является воздействие высокой температуры, вследствие чего заготовка деформируется, принимая форму штампа

Между конструктивными элементами штампов закрытого типа такой зазор отсутствует, и формирование готового изделия происходит в замкнутом пространстве. Для того чтобы обрабатывать металлическую заготовку при помощи такого штампа, ее вес и объем должны быть точно рассчитаны.

Листовая штамповка

При помощи листовой штамповки готовые изделия получают из листового металла. В зависимости от того, какого результата необходимо добиться в процессе выполнения такой технологической операции, различают штамповку:

разделительную (отрезка, вырубка и пробивка);
формообразующую (гибка, вытяжка, раздача, отбортовка, чеканка и др.).

Для выполнения листовой штамповки используют гидравлические или кривошипно-шатунные прессы, рабочими органами которых являются штампы, состоящие из матрицы и пунсона.

Примеры изделий, изготовленных методом листовой штамповки

Качество готового изделия, которое обеспечивает листовая штамповка, позволяет не подвергать его последующей механической обработке. Для того чтобы обеспечить это качество, матрица и пунсон должны быть хорошо разработаны и изготовлены с высокой степенью точности.

Листовая штамповка – это одна из наиболее распространенных методик ОМД, которая активно применяется почти во всех отраслях промышленности. По такой технологии, в частности, производят как мельчайшие детали радиоэлектронных устройств, так и массивные кузова автотранспортных средств.

Получить более полное представление о способах обработки металла давлением, позволяет видео, демонстрирующее их в мельчайших подробностях.

Понятие о процессах обработки металлов давлением

Обработкой давлением называется технологический процесс получения фасонных деталей и заготовок методом пластического деформирования в холодном и горячем состоянии.

Обработке давлением подвергается 90% выплавляемой стали, 55% цветных металлов и их сплавов, различные виды пластмасс и др. неметаллических материалов.

Обработка давлением является высокоэффективным и прогрессивным технологическим процессом. Кованные и штампованные детали составляют 60―85% от веса автомобилей, самолетов, тракторов и др. машин.

При обработке давлением получают не только определенную форму и размеры, но и достигают требуемых величин показателей механических и физико-механических свойств металла деталей машин.

§ 2. Пластическая деформация при обработке

Пластическая деформация – сложный физико-химический процесс, в результате которого наряду с изменением формы и строения исходного металла изменяются его физико-химические свойства.

Как известно, металлы и сплавы имеют кристаллическое строение, характеризующееся тем, что атомы в кристаллах располагаются в местах устойчивого равновесия в строго определенном для каждого металла порядке.

В промышленных условиях затвердевание металла начинается одновременно во многих центрах кристаллизации и поэтому металл получается поликристаллическим.

При холодной пластической деформации под действием внешних сил в кристалле возникают напряжения. Пока эти напряжения не превысили определенной для данного металла величины, называемой пределом упругости , происходит упругая деформация. При упругой деформации атомы отклоняются от мест устойчивого равновесия на расстояния, не превышающие межатомные. После снятия нагрузки под действием межатомных сил атомы возвращаются в прежние места устойчивого равновесия, при этом изменений в строении и свойствах металла не происходит.

С увеличением внешней нагрузки увеличиваются и отклонения атомов. При определенных для данного металла напряжениях (пределе текучести) атомы смещаются в новые места устойчивого равновесия на расстояния, значительно превышающие межатомные. После снятия нагрузки форма кристалла не восстанавливается, он получает пластическую деформацию.

Пластическая деформация сопровождается искажением кристаллической структуры, образованием осколков и остаточных деформаций.

Эти явления, затрудняя процесс дальнейшей деформации, вызывают изменения механических и физико-химических свойств исходного металла: прочность, твердость, электросопротивление и химическая активность увеличивается, а пластичность, ударная вязкость и магнитная проницаемость уменьшается.

Совокупность изменений механических и физико-химических свойств в результате холодной пластической деформации называется наклепом (упрочнением).

В большинстве сплавов всегда присутствуют неметаллические примеси (окислы, карбиды), которые располагаются между зернами в виде пленок или отдельных шариков. При обработке давлением эти включения раздробляются и вытягиваются, придавая металлу волокнистое строение, которое при макроанализе обнаруживается глазом.

Величина пластической деформации металлов ограничена их пластическими свойствами.

Большинство металлов обрабатываются давлением в нагретом состоянии. Объясняется это тем, что с повышением температуры пластичность увеличивается, сопротивление деформации уменьшается.

Если пластическая деформация оказывает упрочняющее влияние на металл, то повышение температуры вызывает его разупрочнение. При незначительном нагреве, увеличивающем подвижность атомов, в холоднодеформированном металле уменьшаются остаточные напряжения и в некоторой степени устраняется искажение кристаллической решетки. При этом форма и размеры деформированных зерен не изменяются, волокнистая структура металла полностью сохраняется. В результате рассмотренных явлений, называемых возвратом , прочностные свойства металла уменьшаются , а пластичные – увеличиваются.

Возврат у чистых металлов происходит при температурах

где ― абсолютная температура плавления металла

Сплавы же имеют температуру возврата более высокую, чем чистые металлы.

Чем выше температура нагрева, тем подвижнее атомы и тем активнее протекает возврат. При температуре выше температуры возврата в деформированном металле происходит рекристаллизация, т. е. процесс зарождения и роста новых равноосных зерен с неискаженной кристаллической структурой взамен деформированных. В результате рекристаллизации остаточные напряжения снимаются, восстанавливаются его исходные свойства и, таким образом, полностью снимается упрочнение, полученное металлом в процессе его деформирования.

Для чистых металлов температура рекристаллизации:

Рекристаллизация не устраняет волокнистое строение, т. к. она не происходит в неметаллических примесях.

Таким образом, обработка металлов давлением при повышенных температурах сопровождается одновременным действием как упрочняющих, так и разупрочняющих процессов. В зависимости от того, какие из этих процессов преобладают, обработка давлением подразделяется на холодную, неполную горячую и горячую деформацию.

Холодная деформация характеризуется интенсивным упрочнением и отсутствием возврата и рекристаллизации. Прочность резко увеличивается, а пластичность уменьшается.

При неполной горячей деформации – рекристаллизация отсутствует, а возврат происходит.

При горячей обработке давлением – упрочнение, полученное металлом в процессе пластической деформации, полностью снимается рекристаллизацией, а металл получает равновесную микроструктуру, причем волокнистое строение сохраняется.

§ 3. Нагрев металлов перед обработкой

Металлы, обрабатываемые давлением, должны обладать пластичностью. Чем выше пластичность и ниже прочность, тем большей ковкостью обладает металл.

Наилучшая пластичность стали достигается нагревом, т. к. она непрерывно увеличивается в интервале температур от 300º до 1200º в зависимости от содержания в стали углерода. Стали с меньшим содержанием углерода обрабатываются давлением при более высоких температурах, а стали с повышенным содержанием углерода – при несколько пониженных температурах.

Все примеси, входящие в сталь, ведут к понижению температуры. Температурный интервал для легированных сталей характерен некоторым сужением с небольшим понижением предельных температур обработки. Медь обрабатывается в зоне температур 900―700º, латунь 760―600º, бронза 900―750º.

Алюминиевые сплавы при 470―380º, магниевые 430―350º.

Термический режим нагрева стали перед обработкой давлением должен обеспечить: получение требуемой температуры заготовки при равномерном нагреве ее по сечению и длине, сохранение целостности заготовки, минимальное обезуглероживание поверхностного слоя и минимальный отход металла в окалину (угар). Время нагрева металла до заданной температуры зависит от температуры рабочего пространства печи, формы сечения и размеров заготовки, физических свойств металла и способа укладки заготовок на поду печи.

§ 4. Нагревательные устройства

Для нагрева слитков и крупных заготовок чаще всего применяют пламенные печи, а для нагрева средних и мелких заготовок наряду с пламенными печами применяют электрические нагревательные устройства.

По технологическому признаку различают печи для нагрева исходного материала под прокатку, ковку и штамповку, прессование (выдавливание).

По конструктивным признакам нагревательные устройства можно разделить на печи периодического действия (камерные печи) и непрерывного действия (методические и полуметодические).

В камерных печах металл в процессе нагрева остается неподвижным, температура в любой точке печи примерно одинакова, загрузка и выдача металла производится периодически.

В печах непрерывного действия металл передвигается по поду печи или вместе с подом (конвейерные печи) от места загрузки в печь до места выгрузки из печи с помощью специальных механизмов-толкателей. Температурный режим по длине печи методически (постепенно) изменяется от минимальной температуры до заданной; загрузка и выдача металла осуществляется без нарушения теплового режима печи.

В прокатных и трубопрокатных цехах для нагрева слитков применяют нагревательные колодцы, а для нагрева заготовок – двух-трех- и многокамерные методические пламенные или реже электрические нагревательные печи непрерывного действия.

В кузнечных цехах нагрев слитков под ковку производят в камерных печах со стационарным или выдвижным подом. Применяют также камерные механизированные печи с непрерывной загрузкой, а также полуметодические и методические пламенные печи и печи с электронагревом.

В прессовых цехах слитки или заготовки нагревают в методических или камерных пламенных печах и в печах с электронагревом.

§ 5. Основные способы обработки

1. Прокатка ― один из важных способов обработки давлением, которым обрабатывается более 75% выплавляемой стали. Прокатка осуществляется захватом заготовки и деформации ее между вращающимися в разные стороны валками прокатного стана. При этом толщина заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличивается. Валки имеют гладкую поверхность для прокатки листов и вырезанные ручьи для получения различных профилей.

2. Волочение ― процесс, при котором заготовка протягивается на волочильном стане через отверстие инструмента, называемого волокой. При этом поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина ее увеличивается.

3. Прессование ― представляет собой выдавливание заготовки, помещенный в специальный контейнер, через отверстие. В зависимости от формы и размеров отверстия получают разнообразные изделия.

4. Ковка металла заключается в обработке заготовки между верхним и нижним бойками молота с применением разнообразного кузнечного инструмента. Свободной ковкой получают поковки различных размеров простой и сложной формы на молотах или прессах.

5. Штамповка – процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которых определяют форму и размеры получаемой поковки. Различают объемную и листовую штамповку.

Исходными материалами для обработки металлов давлением служат слитки и заготовки различных размеров и массы. Для производства проката на металлургических заводах чаще всего применяют стальные слитки массой 5―8 тонн. Слитки цветных металлов и сплавов обычно имеют массу от 50―1000 кг.

Общие сведения об обработке металлов давлением

1. Обработка давлением основана на способности металлов необратимо изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Она обеспечивает получение заготовок для производства деталей, а в некоторых случаях и самих деталей требуемых форм и размеров с необходимыми механическими и физическими свойствами.

Обработка давлением – прогрессивный, экономичный и высокопроизводительный способ металлообработки, развивающийся в направлении максимального приближения форм и размеров заготовки к форме и размерам детали, что обеспечивает лучшее использование металла, сокращение трудоёмкости последующей обработки резанием и уменьшением себестоимости продукции.

При производстве металлических изделий широко применяют обработку металлов давлением как в горячем состоянии, так и в холодном. Основными способами обработки металлов давлением являются прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка.

Прокатка – один из важных способов обработки давлением, которым обрабатывается более 75% выплавляемой стали.

Прокатка осуществляется захватом заготовки 2 (рис. 22, а) и деформации ее между вращающимися в разные стороны валками 1 прокатного стана; при этом толщина заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличиваются. Валки имеют гладкую поверхность для прокатки листов или вырезанные ручьи, составляющие калибры, для получения круглой или квадратной полосы, рельсов и т. д.

Волочение – процесс, при котором заготовка 2 (рис. 22, б) протягивается на волочильном стане через отверстие инструмента 1, называемого волокой; при этом поперечное сечение заготовки уменьшается; а длина ее увеличивается.

Рис. 22 Схемы основных способов обработки металлов давлением:

а – прокатка; б – волочение; в – прессование; г – ковка; д – объемная штамповка; е – листовая штамповка

Прессование представляет собой выдавливание заготовки 4 (рис. 22, в), помещенной в специальный цилиндр – контейнер 3,через отверстие матрицы 5, удерживаемой матрицедержателем 6;выдавливание производят при помощи пресс – шайбы 2 и пуансона 1. В зависимости от формы и размеров отверстия матрицы получают разнообразные изделия.

Ковка металла заключается в обжатии заготовки 2 (рис. 22, г) между верхним 1 и нижним 3 бойками молота с применением разнообразного инструмента. Свободной ковкой получают поковки различных размеров простой или сложной формы на молотах или прессах.

Штамповка – процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которых определяют форму и размеры получаемой поковки. Различают объемную и листовую штамповку.

При объемной штамповке (рис. 22, д) на горячештамповочных молотах и прессах заготовка 2 деформируется в штампе 1. Листовая штамповка (рис. 22, е) осуществляется на холодноштамповочных прессах. При помощи пуансона 1, прижима 2, матрицы 3 листовая заготовка 4 превращается в изделие.

2. Различают горячую и холодную обработки металлов давлением.

Горячая обработка металлов давлением характеризуется явлениями возврата и рекристаллизации, отсутствием упрочнения (наклёпа); механические и физико-химические свойства металла изменяются сравнительно мало. Пластическая деформация не создаёт полосчатости (неравномерности) микроструктуры, но приводит к образованию полосчатости макроструктуры у литых заготовок (слитков) или к изменению направления волокон макроструктуры (прядей неметаллических включений) при обработке металлов давлением заготовок, полученных прокаткой, прессованием и волочением. Полосчатость макроструктуры создаёт анизотропию механических свойств, при которой свойства материала вдоль волокон обычно лучше его свойств в поперечном направлении.

При холодной обработке металлов давлением процесс пластической деформации сопровождается упрочнением, которое изменяет механические и физико-химические характеристики металла, создаёт полосчатость микроструктуры и также изменяет направление волокон макроструктуры. При холодной обработке металлов давлением возникает текстура, создающая анизотропию не только механических, но и физико-химических свойств металла. Используя влияние обработки металлов давлением на свойства металла, можно изготавливать детали с наилучшими свойствами при минимальной массе.

Для получения заготовок обработкой давлением используют различные деформируемые материалы: углеродистые, легированные и высоколегированные стали, жаропрочные сплавы, сплавы на основе алюминия, меди, магния, титана, никеля и др.

Исходными заготовками для обработки металлов давлением являются плоские и круглые слитки разных размеров и массы из стали и цветных сплавов.

До обработки давлением слитки подвергают механической обработке, которая заключается в отрезке прибыльной и донной частей и очистке поверхности от литейных пороков.

Размеры и масса слитков зависят от их назначения. Цилиндрические слитки предназначаются для изготовления прутков, профилей и труб. Их получают главным образом методом непрерывного литья. Плоские слитки применяют для изготовления различных поковок, листов, лент, полос и т. п.

3. Существенные преимущества обработки металлов давлением по сравнению с литейным производством и обработкой резанием – возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышения производительности труда, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т. д.) при наименьшей их массе.

Эти и другие преимущества обработки металлов давлением (отмеченные ниже) способствуют неуклонному росту ее удельного веса в металлообработке. Совершенствование технологических процессов обработки металлов давлением, а также применяемого оборудования позволяет расширять номенклатуру деталей, изготовляемых обработкой давлением, увеличивать диапазон деталей по массе и размерам, а также повышать точность размеров полуфабрикатов, получаемых обработкой металлов давлением.

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

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.

Читайте также: