12 Обработка давлением. Упругое деформирование

. 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.

Второй вариант

Обработка металлов давлением благодаря пластичности металла позволяет под действием внешних сил изменять его первоначальную форму и сохранять вновь полученную после снятия нагрузки. При обработке давлением из заготовки получают изделия сложной формы, улучшают кристаллическую структуру металла и его механические свойства. Получение изделий при обработке металлов давлением осуществляется без снятия стружки путем пластического деформирования исходной заготовки под давлением рабочего инструмента: валков, бойков, штампов и др. При этом объем металла и плотность его практически не изменяются. В качестве исходной заготовки при обработке давлением обычно используют слитки черных и цветных металлов. Обработка давлением является малоотходным экономичным технологическим процессом. Отходы металла при этом процессе не превышают 25%, а при холодной штамповке составляют всего 5—10%. При получении изделий обработкой резанием отходы металла в виде стружки составляют свыше 50 % массы готовой детали, причем удаляется наиболее прочный внешний слой. Обработка металлов давлением обеспечивает очень высокую производительность труда по сравнению с другими методами обработки. Например, при прокатке скорость выхода изделий достигает 30 м/с, при холодной штамповке на одном агрегате производится до 1500 деталей в минуту. Обработкой давлением можно получать не только крупные заготовки, но и мелкие изделия с высокой точностью — фольгу и проволоку толщиной несколько микрон и с допусками, составляющими десятые доли микрона. Основными способами обработки металлов давлением являются прокатка, ковка, объемная и листовая штамповка, прессование и волочение. Прокатка — процесс обжатия материала между вращающимися валками прокатного стана. Прокаткой получают листы, прутки, трубы и различные профили. Свободной ковкой называется процесс последовательного деформирования металла молотом или прессом, когда течение его в стороны не ограничено. Свободной ковкой получают различные детали в мелкосерийном и единичном производстве. Объемная штамповка — ковка в штампах, полости которых определяют конфигурацию изделия. Этим способом заменяют ковку при крупносерийном и массовом производстве. Листовой штамповкой называют процесс деформации листовой заготовки для придания ей нужной формы и размеров. Способ применяется для изготовления тонкостенных деталей в массовом производстве. Прессование — процесс выдавливания материала на гидравлическом прессе через отверстие в матрице. Прессованием в основном получают прутки, трубы и различные профили из цветных металлов. Волочение — процесс протягивание прутка через отверстие в матрице, размер которого меньше размера поперечного сечения заготовки. Волочением получают тонкую проволоку, трубы и прутки. В машиностроении и других отраслях промышленности давлением обрабатывают около 90 % выплавляемой стали и до 55 % цветных металлов и сплавов. Деформация бывает упругой, когда тело после снятия прилагаемых к нему сил восстанавливает свои первоначальные форму и размеры, и пластической, когда после снятия нагрузки восстановления не происходит и тело сохраняет полученную форму. Упругая деформация предшествует пластической, так как она возникает при меньшей величине деформирующих сил и напряжений. Поэтому полная деформация тела в момент действия нагрузки равна сумме упругой и пластической (остаточной) деформаций.