§ 3.5. Обработка металлов давлением

Обработка металлов давлением основана на свойстве металла необратимо, без разрушения изменять форму п 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.

211

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. Хруп­

кие 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

1 — верхний штамп; 2 — заготовка; 3—нижний штамп

шш

Рис. 3.11. Схема процесса прокатки 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 ша 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 про­ка га 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 вы- « сливается через отверстие требуемого сечения. Прессоваание 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.