Холодная деформация металла

1. ПРОКАТКА И ВАЛЬЦОВКА.

Прокатка – вид обработки металлов давлением, при котором металл, проходя между вращающимися валками, изменяет форму и размеры. Прокатка - непрерывный процесс, то есть профиль прокатываемого металла изменяется по всей длине проката. Профилем называют поперечное сечение прокатываемого металла.

Вальцовка – это местная прокатка, то есть прокатка ограниченного участка слитка или другого вида заготовки.

В производстве ювелирных изделий применяется только холодная листовая и профильная прокатка. В условиях ювелирных заводов и мастерских используются двухвалковые прокатные вальцы с электрическим и ручным приводом, рассчитанные на сравнительно небольшие заготовки.

В целях повышения пластичности слитков драгоценных металлов перед прокаткой их подвергают проковке, причем золотые и серебряные сплавы в холодном состоянии, а платиновые в горячем. Небольшие слитки проковывают вручную молотком на наковальне, а слитки больших размеров на ковочных прессах. После этого слитки отжигают.

В качестве прокатного оборудования используют вальцы. Это станок с двумя валками и устройствами, обеспечивающими вращение валков навстречу друг другу и регулировку зазора между ними.

Вид выходящей заготовки зависит от формы валков. Валки цилиндрические с гладкой поверхностью служат для прокатки листов, слитков в листы и ленты, прутков и проволоки на плоскость.

Валки профильные представляют собой цилиндры с вырезами (желобками) различных профилей по окружности валка. Каждый вырез на валке носит название ручей. Каждая пара профильных валков образует систему калибров. Калибром называется просвет, образованный двумя ручьями совмещенных валков. Правила последовательного расположения калибров на валках называется калибровкой валков. В производстве ювелирных украшений нашли применение два вида калибров: квадратный и сегментный. Квадратный калибр – образован двумя равнобедренными треугольниками (при совмещении валков). Квадратная калибровка валков обеспечивает прокатку слитков до проволоки нужного сечения. Сегментный калибр – образован профильным валком с ручьями овального профиля (разных радиусов) и гладким валком (без ручьев). Сегментная калибровка позволяет получать заготовки для обручальных колец различной ширины.

При прокатке металл, проходя между двумя валками, подвергается деформации, которая заключается в уменьшении высоты и увеличении длины прокатываемого слитка. В валки металл втягивается силами трения, которые создаются на поверхности соприкосновения металла с валками под влиянием давления, возникающего при обжатии полосы по высоте. Но металл деформируется не одновременно по всей длине полосы, а только в том участке, где происходит обжатие металла валками. Этот участок называется зоной деформации.

Деформация металла при прохождении его между валками неравномерна и зависит от степени обжатия (разницы между толщиной слитка и зазором между валками). При малых степенях обжатия наблюдается только поверхностная пластическая деформация, вследствие чего поверхностные слои металла имеют большую напряженность и скорость растекания их меньше скорости растекания средних слоев.

При прокатке с сильным обжатием деформация проникает на всю глубину металла и средние слои его имеют большую напряженность, а следовательно меньшую скорость течения. Разница в скоростях растекания различных слоев прокатываемого металла вызывает неравномерность напряжений, а значит неравномерность деформации. Разность напряжений может привести к боковым надрывам или складкам. Разность напряжений снимается отжигом прокатываемого слитка.

В большинстве случаев достижение нужных размеров осуществляется многократными прохождениями заготовки между валками.

Современные вальцы оснащены делительными дисками, по которым можно определять величину зазора между валками и соответственно толщину слитка после прокатки.

Прокатка прутковой заготовки в проволоку в профильных валках квадратного калибра производится с вращением прутка после каждого прохода на 90 градусов вокруг продольной оси. Таким образом, стороны квадрата (заготовки) попеременно попадают под вертикальное обжатие валками. При этом обжатие должно быть таким, что бы на ребрах, находящихся в данный момент в горизонтальном положении, не образовывался облой.

Прокатку в профильных валках фасонной калибровки (сегментной, прямоугольной, рисунчатой) проводится всегда за один проход. Заготовку для нее предварительно прокатывают до определенного сечения.

ВОЛОЧЕНИЕ.

Процесс волочения представляет собой протягивание прутковой, проволочной, трубной и профильной заготовок через коническое отверстие для уменьшения их поперечного размера и увеличения длины. Путем волочения в ювелирном производстве получают в основном проволоку и трубную заготовку.

Основной волочильный инструмент – матрицы, или фильеры, с отверстиями через которые протягивают металл.

Волочильные фильеры состоят из четырех элементов:

1 Смазочная воронка

2 Рабочий конус

3 Калибрующий поясок

4 Выходная распушка

Смазочная воронка предназначена для подачи смазки в рабочий конус и предохранения заготовки от задиров.

Рабочий конус обеспечивает обжатие заготовки до определенного размера. Угол, образующей конуса, для прутковой и проволочной заготовок равен - 6 градусов, для трубной -10-15 градусов. Калибрующий поясок обеспечивает заданную точность и правильность формы (калибрует заготовку). Длина пояска для прутковых и проволочных заготовок 3-7 мм., для трубных 1-3 мм.

Выходная распушка предохраняет выходное отверстие от выкрашивания и устраняет возможность задиров заготовки о края фильеры.

Для уменьшения усилий при волочении, улучшения процесса вытяжки и предохранения заготовки и инструмента от взаимного истирания заготовку перед протягиванием смазывают пчелиным воском или мылом или их растворами.

Волочение производится с промежуточными и обязательно конечным отжигом заготовки. Например: при волочении проволоки из золотых и серебряных сплавов от 1.2 до 0.3 мм требуется 2-3 промежуточных отжига. Проволоку, туго скрепленную в рулон, отжигают в муфельных печах либо в проходных отжиговых печах.

ШТАМПОВКА.

Штамповкой называют вид обработки металлов давлением при помощи штампов. Штамповка основана на использовании пластических свойств обрабатываемых материалов. Металлы и сплавы, применяемые в ювелирной промышленности, подвергаются холодной штамповке. Это один из наиболее распространенных видов обработки давлением, в процессе которого формообразование совершается путем воздействия рабочих частей штампа на материал заготовки, находящейся в холодном состоянии. В качестве заготовки используется листовой материал, в качестве оборудования – прессы. Штампы служат технологической оснасткой. Штамповка деталей ювелирных изделий занимает большое место в производстве ювелирных изделий, уменьшает себестоимость продукции, сокращает время изготовления изделия. Конечно, следует помнить, что штамповая оснастка довольно дорогая и поэтому все вышесказанное относится только к серийному изготовлению ювелирных изделий.

Штамповка окончательный заготовительный процесс, после которого полуфабрикаты поступают на рабочее место ювелира – монтировщика.

Операции холодной штамповки делятся на разделительные и формоизменяющие. Разделительные операции - это те, при которых одна часть металла отделяется от другой. К ним относятся: резка, вырубка, пробивка. Формоизменяющими называют операции, при которых форма изменяется без разрушения заготовок. К формоизменяющим операциям относятся: гибка, вытяжка, чеканка, правка. Если за один проход выполняют сразу несколько операций, то такие операции называются комбинированными (или компаундными).

Наиболее распространенная разделительная операция – резка. Это разделение заготовки по прямой или кривой линии. Резку листовой заготовки производят на рычажных механических ножницах, дисковых ножницах и в отрезных штампах.

Вырубка – это разделение заготовки по замкнутому контуру для получения плоской заготовки с определенным наружным контуром. Вырубку производят в вырубных штампах.

Пробивка – это разделение металла по замкнутому контуру для получения в заготовке отверстия. Производится пробивка в пробивных штампах.

Гибка – это изменение формы детали без изменения ее сечения.

Вытяжка – это операция получения полых деталей из плоской заготовки. При вытяжке толщина заготовки может уменьшаться до 20%.

Чеканка – заключается в образовании рельефа за счет растяжения металла плоской заготовки. При чеканке наблюдается незначительное изменение материала по толщине.

Правка – это операция придания детали плоскостности, которая заключается в обжатии детали между двумя параллельными плоскостями.

Как уже упоминалось выше, оборудованием для холодной штамповки служат прессы различных типов. В зависимости от условий работы выбирают конструкцию и механические характеристики пресса.

По конструкции различают прессы с одностоечной станиной (С-образные) и двухтоечной (арочной) станиной. По способу приведения в действие, прессы делятся на приводные (механические, гидравлические, пневматические) и ручные.

Штампы для холодной штамповки, используемые в ювелирном производстве разнообразны, но, не смотря на технологические и конструктивные особенности все они состоят из двух частей. Нижняя часть штампа крепится обычно на неподвижной части пресса (столе), а верхняя связывается с подвижной частью пресса (ползуном). Фрмообразование заготовки происходит при смыкании обеих частей штампа под действием пресса.

Ко всем штампам предъявляются требования, обеспечивающие качество деталей, высокую производительность, износостойкость, удобство и безопасность работы, простоту установки и снятия штампа. Штампы для холодной штамповки изготавливаются из сталей марок: У8-У13, Х, Х9, 9ХС, ХГ и др.

Классифицируют штампы по технологическим и конструктивным признакам. К технологическим признакам относятся: выполняемые штампом операции, к конструктивным: способы сопряжения рабочих частей, фиксации заготовок, способы съема и удаления изделий.

Наименования штампов определяют выполняемые ими операции: вырубку производят вырубными штампами, вытяжку - вытяжными и так далее. Принципиальное различие этих штампов заключается в конструкции деталей технологического назначения – пуансона и матрицы.

Рабочая часть пуансона вырубного штампа соответствует форме контура вырубки, а матрица этого штампа имеет отверстие формы вырубки. Заготовкой для вырубки служит листовой материал.

Пробивные штампы в принципе не отличаются от вырубных. Разница лишь в том, что заготовкой для них служит не полоса, а вырубленный полуфабрикат.

Гибочные штампы отличаются большим разнообразием конструкций. Рабочая часть пуансона имеет направленную выпуклость заданной кривизны, а матрица параллельную пуансону кривизну поверхности.

Вытяжные штампы насчитывают по сравнению с гибочными небольшое число типовых конструкций, хотя вытяжка наиболее сложная операция листовой штамповки. Пуансон вытяжного штампа имеет поверхность рабочей части с контуром и выпуклостью заданной кривизны. Матрица имеет негативный пуансону рельеф. Не всегда вытяжка может производиться за один проход, поэтому и штампы могут быть: первой вытяжки, второй вытяжки и т.д. в зависимости от сложности вытяжки.

Штампы для чеканки самые простые и чаще всего представляют собой пуансон с плоской, гладкой рабочей поверхностью и матрицу, имеющую углубленный в пределах контура полуфабриката рисунок.

Правочные штампы тоже очень просты по конструкции. Они состоят из двух одинаковых по размеру плит, имеют гладкие рабочие поверхности.