Обработка металлов давлением

На предприятиях машиностроительной и металлургической промышленности при­меняются различные методы обработки металлов давлением. Так, например, на машинострои­тельных предприятиях широко применяется свободная ковка, объемная и листовая штамповка, на металлургических заводах — прокатка, волочение и прессование (выдавливание).

Свободная ковка осуществляется на молотах, либо прессах. Разнообразие форм поко­вок, получаемых в результате свободной ковки, достигается использованием одного и того же универсального инструмента — бойков, прошивней, раскаток и других. В процессе свободной ковки под действием усилия развиваемого молотом или прессом, происходит осаживание ме­талла по высоте с увеличением его размеров в длину и ширину. Таким образом, форма изделия образуется за счет обжатия заготовки и неодинаковой деформации в различных направлениях.

Электрошлаковая сварка дает возможность широкого применения сварно-литых, сварно-кованых конструкций и крупных деталей, полученных гибкой толстого листа с последующей приваркой кованых или литых частей.

Объемная штамповка является разновидностью ковки и представляет собой техноло­гический процесс, при котором штампованная поковка получается путем принудительного заполнения металлом полости штампа.

Деформация металла при объемной штамповке осуществляется посредством специ­ального инструмента — штампа, рабочая полость которого представляет собой оттиск формы изделия, которое необходимо получить. Поэтому форма и размеры полости штампа должны соответствовать виду требуемого изделия.

Для объемной горячей штамповки используются штамповочные молоты, горизон­тально-ковочные машины, механические и гидравлические ковочные прессы и другое кузнечно-прессовое оборудование.

Исходным материалом для объемной горячей штамповки служат различные профи­ли сортового и периодического проката.

Применяя методы точной объемной, преимущественно холодной штамповки, можно получить детали машин, которые не требуют выполнения последующей механической обработ­ки резанием.

Прокатка является одним из распространенных методов обработки металлов давле­нием. В начале прокатывали олово для изготовления посуды, золото и серебро для чеканки монет, свинцовые листы для труб. В настоящее время методы прокатки металла получили ши­рокое практическое применение в производстве различных видов изделий.

В зависимости от расположения валков и их относительного движения методы про­катки бывают: продольная, поперечная и винтовая (геликоидальная).

Машиностроение является основным потребителем прокатного металла, используе­мого для различных деталей машин и механизмов. Особое внимание уделяется применению экономически выгодных профилей переменного сечения — периодического проката, обеспечи­вающего рациональное использование их в конструкции машин.

Все процессы обработки металлов давлением основаны на способности металлических материалов в твердом состоянии изменять форму и размеры под действием приложенных внешних сил, т.е. пластически деформироваться.

Несмотря на большое многообразие процессов обработки давлением, их можно объе­динить в две основные группы — процессы металлургического и машиностроительного произ­водства.

К первой группе относятся: прокатка, прессование и волочение, т. е. процессы, в осно­ве которых лежит принцип непрерывности технологического процесса. Продукцию металлур­гического производства (листы, полосы, ленты, периодический и профильный прокат, трубы, профили, проволоку и т.п.) используют как заготовку в кузнечно-штамповочных и механиче­ских цехах и как готовую продукцию для создания различного рода конструкций.

Во вторую группу входят такие процессы, как ковка, объемная штамповка (горячая и холодная), листовая штамповка. Эти процессы обеспечивают получение заготовок изделий (де­талей) и готовых деталей, не требующих последующей механической обработки.

Кованые и штампованные заготовки (поковки) отличаются высокими механическими свойствами, что обеспечивает высокую надежность и долговечность выпускаемой продукции, поэтому наиболее ответственные, тяжело нагруженные детали машин изготавливают из загото­вок, полученных ковкой или штамповкой.

Обработке давлением могут подвергаться те металлы и сплавы, которые обладают не­обходимым запасом пластичности, обеспечивающим деформирование без нарушения сплошности материала, т.е. без его разрушения. Пластичность не является неизменным, наперед задан­ным свойством материала - на нее оказывает влияние ряд факторов: химический состав мате­риала, температура и скорость деформации, форма очага деформации и т.п. Создавая соответ­ствующие условия деформирования, можно получить требуемую технологическую пластич­ность.

К зависимости от температуры и скорости деформации различают холодную и горячую деформации.

Холодная деформация происходит при таких температурно-скоростных условиях, когда в материале протекает только один процесс — упрочнение (или наклеп) металла.

Горячая деформация осуществляется при таких температурно-скоростных условиях обработки, когда в материале протекают одновременно два процесса: наклеп и рекристаллиза­ция (упрочнение и разупрочнение), причем скорость разупрочнения равна или выше скорости упрочнения. При горячей деформации улучшаются все механические свойства материала: и прочностные, и пластические, особенно повышается ударная вязкость. После горячей деформации, как правило, микроструктура, мелкозернистая, макроструктура волокнистая. Образование волокнистой макроструктуры при горячей деформации — полезное явление, особенно при изготовлении ответственных деталей (турбинных дисков, валов, роторов и т.п.).

При выборе технологического процесса обработки металлов давлением следует учи­тывать технологические свойства сплавов. Чем ниже пластичность материала, тем сложнее по­лучить качественную заготовку, тем сложнее технологический процесс и выше себестоимость детали.