Обработка металла холодным способом

Обновлено: 04.10.2024

ХОЛОДНАЯ ОБРАБОТКА металлов, способ изменения формы изделий из металла в холодном состоянии путем прокатки, волочения, штамповки, ковки и спайки, а также гл. обр. путем обработки резанием, производимой на станках и в меньшей степени ручными инструментами. В практике понятие холодная обработка ограничивается преимущественно различными видами слесарных работ, куда входят: разметка, рубка, опиловка, шабровка, притирка, слесарно монтажные работы, а также связанные с перечисленными ручными работами операции, выполняемые чаще на станках: сверление отверстий, развертывание, нарезка резьбы. Несмотря на значительный прогресс в методах современного машиностроения холодная обработка в узком смысле занимает весьма заметное место с характерной тенденцией к постепенному понижению удельного веса ее. Эта тенденция особенно заметна в таких операциях, как рубка, сверление, развертывание и нарезка резьбы, где ручная работа быстро вытесняется обработкой на станках. Аналогичный процесс вытеснения наблюдается, но в меньшей степени, в опиловке, шабровке, притирке и даже в инструментально-лекальном деле, где за последнее время появился ряд специальных станков.

В области слесарно-монтажных работ механизация не проявилась особенно заметно, но зато в этой области происходит резкое уменьшение удельного веса ручных работ за счет введения взаимозаменяемости механически обработанных деталей. В наименьшей степени замена ручной работы обработкой на станках имеет место в разметке. В тех случаях, когда бывает невозможно заменить ручную обработку механической на станках, улучшения экономических показателей достигают, рационализируя методы работы. Холодная обработка является благодарным полем для применения научной организации труда, основывающейся на наблюдении и определении эффективности различных методов работы, хронометраже и т. п. В СССР вопросами научной организации труда занимается Центральный Институт Труда (ЦИТ), проведший ряд интересных работ, легших в основу преподавания слесарного дела в соответствующих учебных заведениях.

Разметка . Поковки и отливки перед пуском их в обработку обычно размечаются по чертежу. Процесс разметки заключается в нанесении на заготовку линий, ограничивающих излишний металл, который надлежит снять при обработке. Разметка производится на разметочных плитах (фиг. 1), установленных на козлах или кирпичных фундаментах в зависимости от их размера. Для разметки мелких изделий ходовой размер плит 1200 х 1200 мм, для крупных деталей плиты делаются размерами 1500 х 3000, 2000 х 5000, 4000 х 6000 мм и более. Разметочная плита по верхней своей плоскости хорошо выстрогана, пришабрена и выверена. Устанавливается плита строго горизонтально по уровню.

Инструментами при разметке служат: простая масштабная стальная линейка длиной до 1000 мм и чугунный угольник или специальная, укрепленная на угольнике масштабная линейка с неподвижной а и подвижной б шкалами (фиг. 2), позволяющая вести отсчеты от осевых линий изделия.

Для расчерчивания параллельных линий на изделии применяется рейсмус (фиг. 3) с перемещающейся по вертикальной стойке чертилкой.

Для расчерчивания линий по линейке употребляется ручная чертилка - заостренный стальной закаленный пруток.

Построение прямых углов и линий, перпендикулярных одна к другой, осуществляется при помощи стального угольника в 90° с уширенной нижней полкой.

Расчерчивание окружностей и нанесение закруглений, а также перенос с масштабной линейки размеров и проверка расстояний на изделии производятся разметочным циркулем (фиг. 4).

Из других инструментов, необходимых для разметки, следует отметить разметочный штангенциркуль (фиг. 5), ватерпас, или уровень, транспортир (фиг. 6) и кернер для наметки точек (фиг. 7).

Установку размечаемых предметов на плите производят при помощи различного рода домкратиков и подкладок (фиг. 8 и 9).

Перед разметкой каждое изделие тщательно осматривается в отношении соответствия конфигурации заготовки с чертежом, проверяется наличие внешних пороков (трещин, раковин, недолитых мест, поломанных углов, всевозможных искривлений), а также размеры припусков.

При этом замеченные недостатки предварительно размеряются с тем, чтобы, приступая к разметке, получить уверенность, что они отойдут при дальнейшей обработке. Чтобы обеспечить четкое нанесение линий на изделие, последнее покрывается тонким слоем белой шли цветной краски (мел, густо разведенный в воде, и т. п.). Техника разметки состоит в том, что на размечаемую деталь в соответствии с чертежом наносятся сначала горизонтальные и вертикальные оси и линии, а затем окружности, закругления и наклонные линии.

Ручная резка металла осуществляется различными приемами. Для резки проволоки применяются кусачки длиной 75—250 мм (фиг. 10), а для листового железа - ручные ножницы с длиной лезвий 75—250 мм. Профильный металл большего сечения отрезают ручными (фиг. 11) или же приводными ножовками (см. также Режущий инструмент). Производительность ножовки в 300 мм длиной равна приблизительно для круглой и квадратной стали 1,6 мм 2 за один ход, для труб и уголков 1,0 мм 2 , для сложных профилей 0,7 мм 2 . Число ходов в минуту для ручной и машинной ножовки без охлаждения 60—80, для машинной с охлаждением 80—120.

Рубка металла . Инструментами в процессе рубки являются зубило и молоток. При рубке б. или м. широких плоскостей применяется слесарное зубило. Для вырубания различных фигурных углублений (пазов, канавок и т. п.) применяется крейцмейсель . Слесарные молотки применяют весом 100—800 г. Рубка зубилом производится следующим образом. Обрабатываемое изделие крепко зажимается в тиски; зубило держат в левой руке, а молоток в правой; зубилу дают наклон к поверхности губок тисков в 30—35°. Основными моментами при рубке являются меткость удара молотком по зубилу, соразмерность силы удара и правильность движения молотка и руки. Число ударов молотком 30—60 в мин. Вес молотка должен подбираться соразмерно с физической силой работающего. Обычно принимается вес молотка для учеников до 14лет - 0,4 кг, до 17 лет - 0,5 кг; для взрослых рабочих 0,6 кг; для сильных взрослых 0,8 кг. Производительность при рубке в сильной степени зависит от крепости обрабатываемого металла. Сталь режется тяжелее чугуна, а потому стружку по стали берут меньше в 1,5—2 раза, чем при рубке чугуна. Выгоднее снимать за один раз тонкую стружку; работа при этом производится быстрее, чем в случае, если сразу брать толстую стружку.

Опиловка металла . Процесс опиловки, производимый ручным способом с помощью напильника , является одним из методов обработки поверхности металлического изделия с целью придания последнему б. или м. правильной поверхности. Предмет закрепляется в тиски с таким расчетом, чтобы обрабатываемая часть выступала удобно и устойчиво из губок тисков. Элементом правильной обработки в тисках являются надлежащее положение работающего и уменье владеть напильником; корпус рабочего д. б. устойчив в вертикальном положении с незначительным уклоном вперед, без колебания взад и вперед (без раскачивания). Правильное положение левой и правой руки по отношению к тискам видно из фиг. 12.

Практика опиловки металлических поверхностей заключается в том, что сначала снимают толстый слой металла большим драчевым напильником с крупной насечкой. Опиловку производят по диагонали сначала в одном направлении, а затем в другом. Поверка плоскости производится чаще всего обыкновенной линейкой. После грубой обдирки для окончательной опиловки поверхности оставляют припуск 0,1—0,2 мм толщиной. Оставшийся тонкий слой спиливают личным или шлифным напильником. Точность обработки личными напильниками м. б. доведена до 0,05—0,02 мм, т. е. точности, достаточной для сопрягающихся друг с другом деталей. При опиловке личными напильниками вязких металлов во избежание забивания впадин насечки стружкой напильник натирают мелом. Окончательная доводка иногда заканчивается шлифованием при помощи наждачной шкурки, навернутой на напильник, с покрытием изделия маслом. Проверка поверхности изделия производится угольником и линейкой или «на краску»; последний метод описан ниже.

Шабровка плоских и криволинейных поверхностей, предварительно обработанных на станке или напильником, требуется в тех случаях, когда необходимо получить хорошо пригнанные друг к другу поверхности двух сопряженных деталей, например, направляющие в станках, подшипники шпинделя и т. п. Для обнаружения выступающих мест на обрабатываемой поверхности применяют поверку «на краску», а именно: точную поверочную плиту покрывают тонким слоем растертой на льняном масле берлинской лазури, накладывают на изделие и передвигают по последнему, или наоборот; следы краски остаются на выступающих местах, которые и подвергаются дальнейшей шабровке; процесс повторяется, пока количество пятен не достигнет: 4—8 на 100 мм длины (или 1—4 на кв. дюйм) при грубой работе, 10—16 на 100 мм длины (или 10—16 на кв. дюйм) при обыкновенной шабровке, 18—25 на 100 мм длины (или 20—40 на кв. дюйм) при очень точной шабровке. Чугун шабрится всухую, а для стали шабер смачивается в мыльной воде или в скипидаре.

Притирка применяется в тех случаях, когда требуется особенно высокая точность изделия (в пределах допусков 0,001—0,003 мм) и особенно тщательная отделка, как, например, при обработке калибров, точных приборов и т. п.; припуск на притирку оставляется равным 0,02—0,05 мм, редко больше. Работа производится с помощью металлических притиров, в поверхность которых вдавлен шлифующий порошок.

Сверление отверстий м. б. произведено ручным или гораздо чаще механическим способом. В том и другом случае инструментом для сверления служит сверло, причем прибором для ручного сверления является дрель, трещетка или коловорот. При ручном сверлении применяют перовые или спиральные сверла. Чаще всего применяются спиральные сверла; они лучше, чем перовые, как в отношении легкости работы, так и точности и чистоты отверстия. Числа оборотов сверл ручных сверлильных приборов достигают: в винтовых дрелях до 1400 об/мин., в дрелях с коническими шестернями до 300 об/мин., в коловоротах не более 60 об/мин. и в трещетке до 6 об/мин. Величина подачи сверла при ручном сверлении за один оборот не превышает 0,05—0,1 мм.

Развертыванием отверстий разверткой снимается весьма тонкий слой металла, благодаря чему достигается точность и чистота отделки, которых нельзя получить путем сверления. Процесс развертывания можно производить ручным способом (вращая развертку воротком) или, чаще, на станках сверлильном, токарном или др.

Нарезание внутренней винтовой нарезки производится метчиками. В случае изготовления внутренней нарезки вручную применяются слесарные метчики (2 или 3 в комплекте) с воротками; нарезание ведется со смазкой метчика мыльной водой для латуни, растительным маслом для стали, керосином для чугуна и алюминия; метчик вводят постепенно, вращая то вперед, то обратно и проверяя правильность положения оси метчика; при механической обработке применяются гаечные метчики на сверлильных или резьбонарезных станках. Наружная нарезка вручную изготовляется с помощью раздвижных или круглых плашек и клуппов. Техника нарезания резьбы остается примерно такая, как и при работе метчиками. При механической нарезке наружной резьбы применяют болторезные станки. Как метчики, так и плашки необходимо затачивать по мере их затупления.

В слесарном деле особое положение занимает лекальное дело - производство измерительных калибров, лекал или шаблонов. Заготовка калибра не представляет чего-либо особенного и ведется на токарных, фрезерных или других станках, далее она опиливается напильником вручную на станке или шлифуется. Особенностью лекального дела является точная доводка лекал или калибров после закалки. Основным приемом при этом является притирка на станке, где возможно, или ручная при невозможности станочной работы. Доводка контролируется или точными измерительными инструментами (плитки Иогансона, точные микрометры, оптиметр и пр.) или контршаблонами. Значительное применение ручная холодная обработка находит в слесарно-монтажном деле, охватывающем сборку, монтаж и ремонт машин. В слесарно-монтажном деле основной задачей является сборка машины или части ее из отдельных деталей; при этом собранная машина должна удовлетворять определенным требованиям в отношении точности положения деталей. Основными приемами работы, встречающимися в слесарно-монтажном деле, будут те элементарные операции, которые описаны выше (вырубка, опиловка, шабровка, нарезка и т. п.); однако они являются лишь целью достижения определенного положения деталей машины в сборке и заданного соединения (свинчивания, склепывания, различного рода посадок деталей). Поэтому и инструменты слесаря-монтажника являются типичными слесарными: молотки, напильники, зубила и т. п. Однако в части измерительных средств монтажнику необходимо иметь дополнительные приборы, как то: уровни, отвесы, угольники, большие линейки и т. п., и наконец при монтаже большое значение имеют подъемные средства - тали, домкраты, краны и пр.

Горячая обработка металлов

ГОРЯЧАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ, изменение свойств металлов и сплавов деформацией без снятия стружки при температуре выше температуры рекристаллизации. Если деформация производится при более низкой температуре, то процесс называется холодной обработкой. Холодную обработку не следует смешивать с механической обработкой, т. е. со снятием стружки. Другой вид горячей обработки металлов заключается только в нагревании металлов или их сплавов до определенных температур и охлаждении их с некоторыми, тоже определенными, скоростями; в этом случае имеет место изменение структуры металла, сопровождающееся изменением его механических свойств. К этому виду обработки относится термическая обработка стали. Так как горячая обработка металлов происходит при температуре, отличной от атмосферной, то горячая обработка металлов всегда сопровождается термической обработкой, но оба эти приема следует отделять, когда говорится о горячей обработке металлов в смысле деформации металла.

Все металлы и их сплавы имеют кристаллическую структуру. Примеси в металлах или в сплавах, образующих твердые растворы, располагаются между кристаллами и обычно являются более хрупкими, чем сами кристаллы металла. Сплавы металлов, состоящие из двух и более составляющих, обычно имеют одну из составляющих хрупкую; например, в стали феррит является мягкой составляющей, а цементит - хрупкой; в латуни при содержании Zn до 33% имеется твердый раствор α—вязкая составляющая, при большем же содержании Zn появляется вторая составляющая β—хрупкая.

Сущность горячей обработки металлов заключается в деформации (измельчении) хрупких составляющих, находящихся между отдельными кристаллитами (группами кристаллов) металла, уничтожении пустот между ними, а в некоторых случаях - в сварке кристаллитов между собой. Форма кристаллов изменяется, но внутренние их свойства остаются неизменными. Изменениями формы определяются различия в механических свойствах литого металла и металла, подвергнутого горячей обработке, а именно: в последнем уже нет пустот и неметаллические включения значительно раздроблены; поэтому благодаря горячей обработке металлов литые металлы теряют свою хрупкость, увеличивается удлинение, отчасти увеличивается сопротивление на разрыв; однако пределы упругости и текучести не изменяются, а равно мало изменяется и твердость. Цель горячей обработки металла заключается, главным образом, в изменении внешней формы металла, с наименьшей затратой работы; при этом некоторые свойства металла улучшаются.

Технически горячая обработка металлов производится при помощи специальных деформирующих механизмов, развивающих некоторое давление. При деформации непосредственным давлением изделие изменяет форму под действием двух движущихся в противоположные стороны поверхностей; сюда относятся: кузнечное производство, где имеет место осадка, штамповка, вытяжка или фасонная ковка, и прокатное, где металл прокатывается в полосу или в какой-нибудь другой сложный профиль. При деформации непрямым давлением изделие протягивается или протаскивается через наклонные поверхности или же деформируется возникающими между этими поверхностями усилиями: протяжка, прошивка дыр, бортование или загибы (в последнем случае имеет место изгиб металла). В табл. 1 приведены деформационные процессы, соответствующие им машины и применение деформированных изделий в технике.

Кузнечные работы исполняются при помощи молотов и прессов. Для тяжелых поковок (весом 10—100 т) применяются, главным образом, гидравлические и парогидравлические прессы; для мелких работ - а) паровые (пневматические) молоты, б) воздушные молоты и в) падающие молоты, причем паровые и воздушные молоты применяются преимущественно для подготовительных работ (свободная или фасонная ковка), а падающие - для штамповки (английский метод). Впрочем, часто применяются (американский метод) паровые, а в последнее время, благодаря усовершенствованиям, и воздушные молоты - для штамповок; усовершенствование воздушных молотов заключается в том, что они могут давать не только автоматические, по и индивидуальные (отдельные) удары и размер этих молотов доходит до 2 т (1928 год). Для высадочных работ (имеющих в настоящий момент громадное значение) применяются винтовые фрикционные прессы и эксцентриковые или с коленчатым валом. Из последних ковальноосадочная машина приобрела в комбинации со штамповкой важнейшее значение для техники.

Прокатные работы совершаются на прокатных станах, смотря по назначению изделия той или иной системы (см. табл. 1). Валки имеют различные размеры, как по длине, так и по диаметру, и различную скорость вращения (заготовочные 40—80 об/мин., отделочные 100—200, мелкосортные 200—400, проволочные 500—600, листовые 40—90 и кровельные 35—55). Большие тяжелые заготовочные станы (блуминги) б. ч. строятся как реверсивные дуо; средние и легкие - трио; для мелких точных работ применяется двойное дуо; для листов применяется б. ч. трио, причем для лучшей вытяжки средний вал имеет меньший диаметр - трио Лаута (Lautli). Число клетей и их расположение обусловливаются планом работ (и калибровкой валков). В Германии предпочитают строить все клети в одну линию с установкой небольшого числа (2—3) клетей впереди для заготовки; эта работа пригодна для средней производительности и большого разнообразия профилей. Американский метод применим для массового производства малого числа профилей; в этом случае клети, имеющие разное число оборотов (увеличивающееся в зависимости от увеличения длины прокатываемой полосы), ставят в затылок одну за другой, благодаря чему получается непрерывная прокатка.

Для производства деформаций с непрямым давлением служат, главным образом, прессы специального назначения и протяжные станы. На выбор метода для деформации влияют: 1) внешний вид требуемого профиля, 2) механические качества получаемого продукта и 3) экономичность работы. Если деформацию можно произвести несколькими способами, то предпочтение следует отдать тому способу, который обеспечивает наилучшее качество изделия; если таких особых заданий нет, то преимущество имеет экономичность работы, особенно при массовом задании.

От размера деформации зависит изменение крупнокристаллического строения металла в мелкокристаллическое, что значительно улучшает механические свойства металла, но изменение строения гл. обр. определяется температурными условиями, в которых происходит механическая деформация. Для стали, например, важно окончание деформации производить вблизи точки А_r3.

Температура нагревания для горячей обработки металлов приведена в табл. 2.

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.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

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.

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.

Термическая обработка металла. Особенности технологического процесса

Как правило, одним из последних этапов в изготовлении изделия из стали является термическая обработка. Нагрев до требуемой температуры c дальнейшим охлаждением приводит к значительным изменениям во внутренней структуре металла. Вследствие этого он приобретает новые свойства, которые напрямую зависят от выбранных термических режимов. Термообработка стали позволяет изменять ее твердость, хрупкость и вязкость, а также делать ее устойчивой к деформации, износу и химической коррозии. К основным видам термообработки относят закалку, отпуск и отжиг. Кроме этого, существуют комбинированные способы: химико-термическая и термомеханическая обработки, сочетающие в себе нагрев и охлаждение с другими видами воздействия на структуру металла. При всем многообразии базовых видов и их разновидностей сущность у всех этих технологий одна – изменение внутренних фазных и структурных состояний металла с целью придания ему требуемых свойств.

Историческая справка

Первые упоминания о термической обработке металлов появились в далеком прошлом. В Средневековье кузнецы отправляли заготовки для оружия в специальные печи, а затем остужали их водой.

В XIX в. появились первые технологии обработки чугуна. Для этого исходное сырье погружалось в резервуар со льдом, поверх которого высыпался сахар.

После этого начинался цикл равномерного разогрева, который занимал до 20 часов. Дальше разогретый металл подвергался ковке с получением требуемой формы.

В середине XIX в. металлург из Российской империи Д.К. Чернов опубликовал статью, в которой указал, что при нагревании металлических сплавов происходит изменение их технических характеристик. Ему присвоили звание автора новой науки — материаловедения.

Превращения, происходящие в стали при медленном охлаждении

В сталях, нагретых до аустенитного состояния, при весьма медленном охлаждении произойдут обратные превращения, а именно:

а) в стали с содержанием углерода 0,83% аустенит превратится в перлит;

б) в стали с содержанием углерода 0,4% сначала из аустенита начнет выделяться феррит, а затем в районе температуры 700° оставшийся аустенит превратится в перлит и

в) в стали с содержанием углерода 1,2% сначала из аустенита выделится цементит, а затем в районе температуры 700° оставшийся аустенит превратится в перлит.

Даже при весьма медленном охлаждении температура распада аустенита не совпадает с теми температурами, при которых аустенит образовался при нагревании. Чем скорость охлаждения больше, тем больше становится гистерезис, т. е. разница между критическими температурами (точками) при нагревании и охлаждении.

Назначение термической обработки

Изделия для оборудования и коммуникационные узлы, выполненные из металла, часто оказываются под воздействием больших нагрузок. Кроме этого, они могут эксплуатироваться в условиях критических температур, которые негативно сказываются на рабочих свойствах.

С целью защиты деталей от быстрого износа, повышения их надежности и долговечности применяется цикл термической обработки.

В процессе нагрева и после него химический состав материала не меняется, при этом эксплуатационные свойства становятся другими. Такая процедура увеличивает устойчивость заготовки к коррозии, износу и разрушению от механических нагрузок.

Отжиг

К одним из самых востребованных видов термообработки относят отжиг, который выполняют для понижения твердости и снятия внутреннего напряжения. Зачастую он необходим после горячей обработки стали давлением. Например, такой термической обработке подвергают заготовки после ковки, прокатки и штамповки. Иногда к отжигу прибегают вслед за сваркой. Он же используется, если на предыдущем этапе работы со сталью допущены ошибки и возникли дефекты.

Суть такой термической обработки заключается в нагреве выше критической точки, последующей выдержке и охлаждении. Благодаря этому структура обретает равновесность, впоследствии со сталью проще работать способом резания.

Принципы термообработки

Термообработка подразумевает фазовые изменения внутренней структуры материала при подогреве или охлаждении.

Вся процедура включает в себя такие этапы:

Нагрев, который влияет на структуру кристаллической решетки заготовки.
Охлаждение, позволяющее зафиксировать изменения, которые были достигнуты во время предыдущего этапа.
Отпуск, устраняющий напряжение и выравнивающий готовую структуру.

Ключевой особенностью термической обработки стальных изделий является то, что под воздействием температуры в 727 °C они приобретают форму аустенита — твердого расплава. В таком состоянии атомы углерода начинают проникать внутрь структурных ячеек железа, формируя равномерное соединение.

При постепенном охлаждении материал возвращается к прежнему состоянию, а при интенсивном — остается в виде аустенита или прочей структуры.

В зависимости от технологии охлаждения и последующего отпуска определяются конечные свойства закаленного металла. В данном случае применяется принцип: чем быстрее охлаждается исходное сырье, тем выше твердость и хрупкость готового продукта.

Это интересно: Свойства и состав дюралюминия

Термообработка является незаменимым технологическим процессом при работе со сплавами железа и углерода. Для примера, чтобы сформировать ковкую чугунную основу, нужно выполнить термическую обработку белого чугуна.

График термической обработки.

Технология проведения улучшения

При закалке, упрочнении, температура нагрева подбирается исходя из состава металла. Если для конструкционных среднеуглеродистых сталей ее можно подобрать согласно диаграммы железо-углерод, то для получения аустенита в металле содержащем легирующие элементы (хром, молибден, ванадий, никель и прочие) необходимо увеличить температуру нагрева.

Интенсивное охлаждение производится в двух средах: воде и масле. Охлаждению в воде подлежат углеродистые металлы, а в масле — легированные, так как водная среда может провоцировать образование внутренних трещин и деформаций.

Внутреннюю структуру мартенсит можно преобразовать средним или высоким отпуском. Температура проведения отпуска в значительной мере зависит от процентного содержания легирующих элементов.

Ключевые преимущества

При производстве деталей для продолжительной эксплуатации термообработка является обязательным этапом.

Популярность технологии обусловлена ее следующими преимуществами:

Улучшение устойчивости к износу металлической заготовки.
Увеличение срока эксплуатации готовых изделий и снижение количества брака.
Повышение коррозийной стойкости.

Обработанные конструкции справляются с большими нагрузками, а срок их службы увеличивается в несколько раз.

Чередование циклов подогрева и охлаждения положительно сказывается на твердости, износостойкости и ударной вязкости. Также подобная процедура позволяет вносить структурные изменения в поверхностном слое или оказывать воздействие на часть заготовки.

Совмещение термообработки и горячей обработки под давлением повышает твердость материала намного лучше, чем нагартовка или закалка.

Оборудование для проведения работ дешевле, чем установки механообрабатывающих и литейных предприятий.

Механические свойства после улучшения

У улучшаемых углеродистых сталей невысокая прокаливаемость. Поэтому стали с 30 по 50 используются для изготовления деталей диаметром не больше 10 мм. После улучшения для них характерны следующие параметры:

ϬВ (предел прочности) — 600…700 МПа;
KCU (ударная вязкость) – 0,4…0,5 МДж/м2;
HRC (твердость) – 40…50.

Если элементу по условиям эксплуатации требуется большая поверхностная прочность, то его подвергают закалке токами высокой частоты (ТВЧ).

Для изделий диаметром более 30 мм для придания качеств, полученных улучшением применяются легированные металлы. При высокой скорости закаливания, большего критического диаметра наряду с мелким зерном, у них наблюдаются малые остаточные напряжения после ТО и высокая стойкость к отпуску.

Так, сплав железа, имеющий в своем составе хром и никель, после улучшения имеет следующие параметры:

ϬВ (предел прочности) — 1020 МПа;
Ϭ-1 (предел усталости) – 14 Мпа;
ψ% (поперечное сужение) – 41%;
HВ (твердость) – 241.

Кроме широко используемых легирующих элементов для измельчения зерна используют титан, ниобий и цирконий. Для повышения прокаливаемости применяют бор.

Параметры твердости и ее показатели

Твердость является важной характеристикой для оценки технических характеристик материала и деталей на его основе. С учетом этого параметра вычисляется прочность, обрабатываемость и износостойкость конечной продукции.

В металлургии используются несколько вариантов проверки твердости:

По Роквеллу. Наиболее быстрый автоматизированный способ испытаний. Для определения твердости применяется специальное приспособление со сферической или конической конфигурацией, которое изготовляется из сверхпрочных материалов, например алмаза или твердого сплава. Под воздействием давления от инструмента проверяется глубина проникновения.
По Бриннелю. Технология распространена при диагностике конструкций с низкой и средней твердостью. Она подразумевает выбор закаленного стального шарика. Финальные показатели определяются прикладываемым усилием, диаметром шарика и конечного отпечатка.
По Виккерсу. Метод одинаково эффективен при любой твердости металла. Его применяют при обработке заготовок, прошедших термическую и химическую обработки. В качестве приспособления для оценки показателей используют алмазную пирамиду с углом 136°.

Расчет твердости по Роквеллу.

Классификация и виды термической обработки

В металлургической отрасли распространено несколько методов обработки стали.

Технический.
Термомеханический.
Химико-термический.

Каждый вариант представлен несколькими разновидностями.

Отжиг

Принцип сводится к нагреву материала до заданной температуры, удерживанию в таком режиме в течение нужного времени и последующему охлаждению до комнатных показателей.

В большинстве случаев отжиг применяется для:

Улучшения механических свойств металла.
Получения однородной консистенции материала.
Повышения пластичности и степени сопротивляемости.
Уменьшения внутреннего сопротивления заготовки.

Это интересно: Правка металла

В зависимости от специфики проведения работ отжиг бывает изотермическим, полным или неполным, диффузионным и т.д.

Цикл полного отжига позволяет улучшить технические характеристики исходного сырья для последующей обработки. В таком варианте изделие разогревается до критической температуры, а затем постепенно охлаждается.

Неполный отжиг подразумевает получение более пластичного и мягкого материала. Его осуществляют при температуре до 770°C.

Цикл охлаждения разделен на 2 этапа:

В специальной печи.
На открытом пространстве.

Изотермический отжиг популярен при подготовке сталей с высоким содержанием хрома. Технология позволяет уменьшить затраты времени на производство, т.к. она проводится с использованием ускоренного охлаждения.

Процесс отжига металла.

Отпуск

В зависимости от интенсивности нагрева разделяется на 2 типа:

В первом случае изделие подвергается нагреву до 120-200°C. С помощью технологии можно производить детали и инструменты с ювелирной точностью. После разогрева сырье удерживается в таком состоянии в течение заданного промежутка времени, а затем охлаждается естественным путем.

Под воздействием такой обработки сталь не только удерживает первичную твердость, но и становится более прочной. Это обусловлено разрушением отдельных остаточных компонентов.

В некоторых случаях измерительное оборудование и различные механизмы производят при температуре до 160°C. Подобная обработка получила название «искусственное старение».

При высоком отпуске заготовку нагревают до температуры 350-600°C. Цикл охлаждения выполняется на открытом воздухе. Технология популярна при подготовке углеродистой стали.

Отпуск металла.

Нормализация

С помощью нормализации можно сформировать мелкозернистую структуру. При обработке сталей с низким содержанием углерода получается феррито-перлитная структура, легированных — сорбитоподобная. Степень твердости конечного изделия достигает 300 НВ.

Процессу нормализации можно подвергать горячекатанные стали. Это приводит к увеличению сопротивления излому, прочностных свойств и вязкости.

Нормализация стали.

Закалка

Используется нагрев исходного сырья до критических значений. Охлаждение выполняется принудительным путем, а не постепенно. Для этой процедуры подходит сжатый воздух, водяной туман или жидкая закалочная среда. Помимо повышения прочностных свойств, металл становится менее эластичным и вязким.

Закалка может проводиться с использованием нескольких способов:

Одной среды. Технология отличается простотой, но имеет ряд ограничений по типу исходного сырья. Она подразумевает быстрое охлаждение для получения неравномерности температур. Метод не подходит для обработки высокоуглеродистых металлов, т.к. они подвергаются разрушению при агрессивном тепловом воздействии.
Многоступенчатой закалки. Изначально материал подвергается термообработке, а после нагрева — перемещению в соляную ванну. Когда температурный режим нормализуется, заготовку охлаждают с помощью воздуха, тумана или масла.
Светлой закалки. Этот вариант подразумевает выдерживание металла в соляной ванне с включением хлористого натрия. Затем деталь остужается в резервуаре с едким калием и натрием.

Это интересно: Гидроабразивная резка металла

Закалка металла.

Криогенное воздействие

Метод сводится к охлаждению стали до критически низких температур, после чего кристаллическая решетка подвергается тем же изменениям, что и при закалке на мартенсит.

Заготовку помещают в емкость с жидким азотом, имеющим температуру -195°C и удерживают там нужный промежуток времени (точный интервал определяется маркой стали и массой конструкции).

Затем деталь помещается в условия комнатной температуры, где разогревается естественным путем. Подобный цикл способствует повышению прочности и твердости. Кроме этого, изделие менее подвергается износу и становится долговечным.

Заморозка металла.

Химико-термическая

Метод совмещает несколько технологий и придает материалу твердость, прочность, вязкость и эластичность.

Вся процедура состоит из 3 этапов:

Диссоциация.
Адсорбция.
Диффузия.

Величину диффузионного слоя определяют с учетом температуры и временного промежутка выдержки материала.

Среды, в которые погружается заготовка, бывают жидкими, твердыми и газовыми. Наиболее часто используется последний вариант, что обусловлено повышенной интенсивностью его нагрева.

Химико-термическая обработка металлов.

Термомеханическое воздействие

Под механическим давлением посредством нагартовки материал уплотняется и становится прочным. Эта особенность востребована при подготовке изделий комбинированным путем — с использованием горячей прокатки, волочения или штамповки.

Если нагартованный металл мгновенно погрузить в охлаждающую среду, его структура не успеет поменять свои свойства, а твердость будет повышена путем закалки.

Существуют 2 технологии термомеханической обработки:

Высокотемпературная.
Низкотемпературная.

В 2 случаях нужно проводить повторную термообработку с отпуском в температуре 200-300°C.

Читайте также: