Способы обработки металлов давлением

Обработкой металлов давлением называют такой вид обработ­ки, при которой заготовке (в нагретом или холодном состоянии) придают заданную форму, размеры и прочностные свойства под действием внешних сил.

Обработка металлов давлением основана на использовании пластич­ности металлов, т. е. способности их под действием внешних - сил необратимо изменять форму и размеры без разрушения. Пла­стические изменения формы тела называют пластической деформацией.

Пластичность металлов и сплавов зависит от химического со­става, структуры, температуры нагрева, скорости и степени дефор­мации и других факторов. У чистых металлов более высокая пла­стичность, чем у их сплавов. Пластичность литого металла ниже, чем деформированного, так как структура их различна. При по­вышении температуры пластичность металлов обычно увеличива­ется, а прочность снижается, что позволяет легче придать металлу необходимую форму и размеры. Низкая прочность металлов при нагреве снижает затраты механической работы на его деформиро­вание.

С увеличением скорости деформирования до определенной ве­личины пластичность понижается, а при дальнейшем увеличении этой скорости пластичность металла возрастает. Превышение пре­дельной для каждого конкретного случая степени деформирования приводит к появлению трещин, надрывов и других дефектов, свя­занных с нарушением целостности металла.

В процессе пластического деформирования объем деформируе­мого металла практически остается неизменным. Деформируемый металл течет (перемещается) главным образом в ту сторону, где он встречает наименьшее сопротивление. Деформирование осуще­ствляется за счет внутренних напряжений, возникающих в металле на так называемых поверхностях скольжения при приложении внешних сил.

В зависимости от формы изготовляемых изделий, свойств обра­батываемого металла и масштабов производства применяют следующие способы обработки металлов давлением: прокатка, воло­чение, прессование, ковка, объемная и листовая штамповка.

Прокатка заключается в пластическом деформировании ме­талла в горячем или холодном состоянии при пропускании его ме­жду вращающимися валками 2. Заготовка 1, име­ющая большую толщину Н по сравнению с зазором между валками h, силами трения втягивается в зазор, толщина ее уменьшается, а ширина и длина увеличиваются. Прокат­ку выполняют на специальных машинах — прокатных станах. Форму поперечного сечения проката называют профилем. Прокаткой изготовляют про­фили круглой и квадратной формы, рельсы, швеллеры, дву­тавры, листы и др. Совокуп­ность различных профилей на­зывают сортаментом.

Волочением называют про­цесс протягивания заготовки 3 с усилием Р через отверстие в матрице 4, разме­ры поперечного сечения кото­рого меньше размеров исход­ной заготовки. Волочение осу­ществляют на волочильных станках обычно без нагрева за­готовки, что позволяет полу­чать изделия с хорошим качеством поверхности. Волочением получают разнообразные пустотелые профили, высоко­качественные трубы диамет­ром от 0,2 до 20 мм, про­волоку диаметром до 16 мм

и т. д.

Прессование заключается в выдавливании металла, помещен­ного в замкнутую полость, через отверстие меньшего сечения, чем сечение исходной заготовки. Выдавливание металла нагретой заго­товки 5 осуществляется усилием Р пуансона 6. Металл из контейнера 7 выдавливается через отверстие в матрице 8, сече­ние которого определяет профиль полученного изделия.

Рис. 1. Схемы основных способов обра­ботки металлов давлением:

а — прокатка, 6 — волочение, в — прессование, г — ковка, д — объемная штамповка, е — листовая штамповка; 1, 3, 5, 9, 11 — заготовки, 2 — валки, 4, 8, 13 — матрицы, 6 — пуансон, 7 — контейнер, 10 — бойки, 12, 14 — штампы.

Прессование применяют при изготовлении прутков, труб и из­делий сложных профилей. Прессованию подвергают алюминий, медь и их сплавы, цинк, олово, свинец, а также стали. Прессование сталей осуществляют при температурах горячей обработки давле­нием. Прессование обычно производят на гидравлических горизон­тальных прессах, развивающих усилие до 15 000 кН.

Ковкой называют процесс деформирования горячей заготовки ударами молота, нажатием пресса или ударами кузнечных инстру­ментов вручную. При этом заготовке придают необходимую форму иразмеры. В процессе ковки течение металла заготовки 9 происходит в направлениях V, не ограниченных поверх­ностями бойков 10 или универсального кузнечного инструмента.

Ковку используют для получения простых и сложных по форме изделий с повышенными механическими свойствами массой от до­лей килограмма до 300 т, не имеющих точных размеров и высоко­качественной поверхности. Большинство изготовляемых поковок подвергают механической обработке на металлорежущих станках.

Ковку подразделяют на ручную и машинную. Ручная ковка применяется в мелкосерийном и индивидуальном производстве, при ремонтных работах, изготовлении мелких поковок массой до 8 кг. Производительность при ручной ковке очень низкая.

Ручную ковку выполняют ударами ручника и кувалд, наноси­мых кузнецом и молотобойцами вручную, без использования каких-либо механизмов и машин для деформирования металла. При этом нагретую заготовку укладывают на наковальню и под ударами ручника и кувалд металл перемещается, принимая заданные фор­му и размеры. При ручной ковке требуется высокая квалификация кузнеца. Машинная ковка осуществляется на кузнечнопрессовом оборудовании и является основным способом, применяемым в машиностроении, а при обработке поковок массой до 300 т — един­ственным способом их изготовления. Ковку мелких (массой до 100 кг) и средних (массой до 2000 кг) поковок выполняют на ковочных молотах с массой падающих частей до 5 т. Крупные (массой более 2000 кг) поковки куют на ковочных гидравлических и парогидравлических прессах, развивающих усилие до 98,1 МН иболее.

Машинная ковка осуществляется ударами падающих частей ко­вочного молота или давлением пресса, под воздействием которых металл пластически деформируется. В этом случае роль наковаль­ни выполняет нижний неподвижный боек молота, а верхний под­вижный при падении ударяет (на молоте) или нажимает (на прес­се), выполняя роль кувалды и ручника. Под воздействием ударов или нажатия верхнего бойка металл заготовки деформируется и в процессе ковки принимает заданные размеры и форму.

Штамповкой называют процесс деформирования металла в штампах. Различают объемную и листовую штамповку.

При объемной штамповке предварительно нагретую заго­товку 11 деформируют в замкнутой полости специализи­рованного инструмента — штампов 12, имеющих специальные по­лости-ручьи, по форме соответствующие форме будущей поковки. В процессе деформирования заготовки металл заполняет полости штампов и принимает их форму. Горячую объемную штамповку осуществляют штампах, устанавливаемых на молотах, прессах или горизонтально-ковочных машинах.

При объемной штамповке получают поковки, точность размеров и качество поверхности которых значительно выше, чем при ковке, а производительность горячей штамповки в несколько раз выше, чем при ручной и машинной ковке. Изготовлять поковки объемной штамповкой может кузнец-штамповщик более низкой квалифика­ции по сравнению с квалификацией кузнеца ручной и машинной ковки. Объемная штамповка является одним из наиболее прогрес­сивных способов обработки металлов давлением. Однако объем­ную штамповку целесообразно применять в серийном, крупносерий­ном и массовом производствах и нецелесообразно — в мелкосерий­ном и индивидуальном, так как затраты на изготовление штампов окупаются только в случае производства большого количества по­ковок.

При листовой штамповке изделия и детали изготовляют с по­мощью штампов из листового материала, ленты или полосы. В про­цессе листовой штамповки заготовке 13 обычно в холод­ном состоянии изменяют форму или разрезают ее с помощью штампов 14. Листовая штамповка обеспечивает высокую произво­дительность труда, позволяет автоматизировать штамповочные ра­боты, обеспечивает получение деталей с высокой точностью и хо­рошим качеством поверхности, которые поступают на сборку, как правило, без дополнительной механической обработки.