Обработка металлов давлением основана на механическом свойстве

Общие сведения об обработке металлов давлением

Вопросы:

1. Сущность обработки металлов давлением, ее основ­ные виды.

2. Холодная и горячая обработка давлением. Обрабаты­ваемые материалы.

3. Преимущества перед литейным про­изводством и обработкой резанием.

1. 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.

Читать еще:  Изделия из тугоплавких металлов

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Основные способы обработки металлов давлением

Обработку металлов давлением активно используют в современной промышленности. Данная отрасль металлообработки основана на пластичной деформации материала под действием внешних сил. Особенностью технологии является повышение физических и механических свойств в процессе изменения формы заготовки.

Деформация может быть упругой или пластичной. В первом случае после прекращения воздействия внешних сил заготовка восстанавливает первоначальные размеры. Во втором случае изделие сохраняет полученную форму. Полное изменение формы заготовки является суммой упругой и пластинчатой деформаций.

Технология обработки металлов давлением

Сущность обработки давлением заключается в изменении первоначальной формы заготовки под действием внешних сил. Такой метод позволяет получать изделия сложной формы. Вместе с этим улучшается кристаллическая структура материала и повышаются его механические свойства.

Способы обработки металлов давлением отличаются степенью нагрева заготовки. Холодный метод характеризуется температурой, значение которой ниже порога рекристаллизации металла. В этом случае для изменения формы к заготовке необходимо прикладывать значительные усилия. Горячий вид обработки отличается высокой степенью нагрева заготовки, который превышает температуру рекристаллизации.

Холодную штамповку считают экономным технологическим процессом. Уровень отходов металла не превышает 10 %. Для горячей обработки этот показатель составляет 20–25 %. Для сравнения: при механической металлообработке заготовок уровень отходов в виде стружки может достигать 50 %.

Рассмотрим основные способы обработки металлов давлением, а также особенности технологических процессов.

Прокатка металлов

При прокатке металлов основными инструментами, воздействующими на заготовку, являются специальные валки. От их формы зависят тип и структура будущего изделия.

Комплекс оборудования по производству деталей называется прокатным станом. С его помощью выпускают детали как холодным, так и горячим способом.

Существует три способа прокатки:

  1. Продольная. Самый популярный метод обработки. Заготовку пропускают между двумя валками, которые вращаются в противоположные стороны. Изменение размеров готового проката производят путем регулировки зазора между рабочими элементами.
  2. Поперечная. Способ характеризуется отсутствием поступательных движений в процессе обработки. Применяется для изготовления деталей цилиндрической формы: шаров, втулок и прочих тел вращения.
  3. Поперчено/продольно-винтовая. Валки располагаются под определенным углом к заготовке. Таким образом металлу придают вращательное и поступательное движение. С помощью винтовой прокатки изготавливают сверла, цельнокатаные трубы, оси, а также изделия полой структуры.

На долю данной технологии приходится около 80 % всей выплавляемой стали. Поэтому методы производства постоянно совершенствуются. Например, на передовых предприятиях сейчас внедряют технологию бесконечной холодной прокатки. Для этого на стан устанавливают сварочную машину. Она соединяет рулоны или заготовки между собой. Таким образом на стан поступает фактически «бесконечная» полоса.

Ковка

Высокотемпературная операция, которая известна еще с древних времен. Степень нагрева зависит от характеристик металла. Как правило, температурный показатель не превышает 1000 °C. Этого достаточно для потери слитком прочности и приобретения повышенной пластичности, что позволяет мастеру кузнечного дела изготавливать различные детали для нужд производства или украшения интерьера.

Технологический процесс состоит из следующих этапов:

  1. Разделка слитка на части заданных размеров.
  2. Порубка – операция обработки наружной поверхности заготовки.
  3. Получение чернового варианта изделия. Для этого удаляют лишний материал.
  4. Удлинение детали путем уменьшения ее поперечного сечения. Такую операцию называют вытяжкой.
  5. Пробой отверстий необходимого диаметра выполняют с помощью специального инструмента.
  6. В случае необходимости изделию придают изгиб с помощью шаблона.
  7. Завершающие операции. Это может быть чеканка, изменение рельефа или создание надписи на изделии.

Для ковки в промышленных условиях используют плоские бойки, которые представляют собой параллельные плиты и гидравлический пресс.

  • улучшение механических свойств;
  • возможность обработки деталей больших размеров, массой до 250 тонн;
  • высокая автоматизация;
  • низкая себестоимость производства.

Прессование

Одна из разновидностей обработки металлов давлением. Слиток закладывают в специальную форму закрытого типа. Пуансон вытесняет изделие из полости матрицы. В качестве силового агрегата используют мощный пресс.

Методом прессования изготавливают детали с различным профилем. В качестве основного материала используют металлы с высокой хрупкостью:

Использование сменной матрицы позволяет изготавливать детали различной формы.

Волочение

Самый востребованный метод в трубном производстве. Суть производственного процесса заключается в протягивании болванки через фильеру. Так называют специальные волоки, размер которых меньше поперечного сечения заготовки.

Наиболее распространенными методами волочения являются:

  • безоправочное;
  • профилировочное;
  • длиннооправочное;
  • короткооправочное;
  • на самоустанавливающейся оправке.

В зависимости от требований технологического процесса заготовку могут подвергнуть предварительному нагреву. При использовании болванки большого размера ее могут пропускать через несколько фильер с постепенным уменьшением величины сечения.

Валки обычно изготавливают из инструментальной стали или твердых сплавов.

С помощью волочения можно изготовить детали с высокой точностью, например проволоку толщиной несколько микрометров.

К слиткам для волочения предъявляют повышенные требования, поскольку большая часть дефектов переходит на готовое изделие.

Основным недостатком безоправочного волочения при производстве труб является низкое качество внутренней поверхности.

Объемная штамповка

Одна из самых распространенных технологий – обработка металла давлением. Предварительно нагретая болванка подвергается серии последовательных деформаций без нарушения целостности. Для придания слитку окончательной формы используют специальные объемные штампы, которые повторяют контуры будущего изделия.

Термин объемная указывает на то, что геометрия и габариты заготовки меняются одновременно в двух или трех измерениях.

В качестве проката чаще всего используют материалы круглого или прямоугольного сечения.

Читать еще:  Насадки для гравера по металлу

Листовая штамповка

Разновидность технологии обработки металлов давлением, с помощью которой изготавливают плоские и объемные тонкостенные изделия из материала листового типа.

Листовую штамповку применяют для изготовления большого количества идентичных деталей высокой точности. В качестве материала применяют различные металлы и сплавы, а также некоторые виды пластмасс.

Существует множество разновидностей рабочего оборудования:

  • кривошипно-шатунные;
  • гидравлические;
  • радиально-ковочные;
  • электромагнитные.

Диапазон применения технологии очень широк: от производства тонкостенных корпусов для бытовой техники до изготовления элементов крупных морских судов.

Обработка металлов давлением – востребованная технология в современной промышленности. Ее используют как для изготовления заготовок, так и в качестве способа производства готовых изделий. Сейчас наиболее востребованным методом обработки металлов давлением является прокатка. Возможна ли ситуация, когда на первый план выйдут другие технологии? Напишите ваше мнение в блоке комментариев.

Обработка металлов давлением основана на механическом свойстве

Существуют так же процессы, при которых используются комбинации из нескольких методов. Например, метод прокатка-волочение.

Сущность обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением основана на их способности в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на деформируемое тело (заготовку) внешних сил.

Если при упругих деформациях деформируемое тело полностью восстанавливает исходные форму и размеры после снятия внешних сил, то при пластических деформациях изменение формы и размеров, вызванное действием внешних сил, сохраняется и после прекращения действия этих сил. Упругая деформация характеризуется смещением атомов относительно друг друга на величину, меньшую межатомных расстояний, и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исходное положение. При пластических деформациях атомы смещаются относительно друг друга на величины, большие межатомных расстояний, и после снятия внешних сил не возвращаются в свое исходное положение, а занимают новые положения равновесия.

Холодная штамповка как технология известна достаточно давно. Ещё в конце первого тысячелетия древнерусские мастера стали применять метод холодной штамповки для производства металлической посуды. Саму холодную штамповку отличает достаточно высокое качество получаемых изделий, высокая скорость их изготовления, а также низкая цена на само изделие — разумеется, как уже было отмечено, при массовом их производстве. Холодная штамповка заключается в механическом воздействии штампа в процессе прессования листов металла, итогом которого получаются готовые изделия. Таким образом, сам штамп выступает в роли технологической насадки для прессовального механизма, его можно использовать только для одной операции. Кроме того, операции холодной штамповки легко поддаются автоматизации, в том числе могут проводиться с помощью промышленных роботов, что способно сделать производство методом холодной штамповки ещё более выгодным.

Холодная штамповка технологически подразделяется на два основных вида. Первый — это операции разъединительные, в ходе которых над листом металла проводятся операции рубки, резки, изготовления отверстий различной формы. Второй тип операций — формование, или пластическое воздействие, в ходе которых форма самой заготовки — вытяжка, выдавливание, гибка, формовка, чеканка. Иногда операции двух типов объединяют — например, производят одновременно вытяжку и рубку или гибку и обрезку. В таком случае применяются так называемые комбинированные штампы. Для операций холодной штамповки необходимо использовать металлы и сплавы, которые обладают гибкостью, пластичностью, а также дешевизной

У этой статьи нет иллюстраций.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое “Обработка металлов давлением” в других словарях:

Обработка металлов давлением — группа технологических процессов, в результате которых изменяется форма металлической заготовки без нарушения ее сплошности за счет относительного смещения отдельных ее частей (путем пластической деформации). Основные виды обработки металлов… … Финансовый словарь

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ — совокупность технологических процессов, в которых под действием внешних сил осуществляется пластическое формоизменение металлических заготовок без нарушения их сплошности. Основные виды: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка … Большой Энциклопедический словарь

обработка металлов давлением — [ГОСТ 18970 84] Тематики оборуд. для бесстружечной обработки … Справочник технического переводчика

обработка металлов давлением — [metal working (mechanical working), shaping] совокупность технологических процессов, в результате которых под действием внешних сил металлическая заготовка формоизменяется без нарушения сплошности и практически изменения объема только за счет… … Энциклопедический словарь по металлургии

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ — [metal working (mechanical working), shaping] совокупность технологических процессов, в результате которых под действием внешних сил металлическая заготовка формоизменяется без нарушения сплошности и практического изменения объема только за счет… … Металлургический словарь

обработка металлов давлением — совокупность технологических процессов, в которых под действием внешних сил осуществляется пластическое формоизменение металлических заготовок без нарушения их сплошности. Основные виды: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка. * * *… … Энциклопедический словарь

Обработка металлов давлением — группа технологических процессов, в результате которых изменяется форма металлической заготовки без нарушения её сплошности за счёт относительного смещения отдельных её частей, т. е. путём пластической деформации (См. Деформация).… … Большая советская энциклопедия

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ — группа технологич. процессов, в результате к рых происходит формоизменение заготовок без нарушения их сплошности, т. е. пластич. деформацией под влиянием прилож. внеш. сил. Осн. методы О. м.д.: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка.… … Большой энциклопедический политехнический словарь

ГОСТ 18970-84: Обработка металлов давлением. Операции ковки и штамповки. Термины и определения — Терминология ГОСТ 18970 84: Обработка металлов давлением. Операции ковки и штамповки. Термины и определения оригинал документа: Просечка (Измененная редакция, Изм. № 1). 18. Надрубка Образование углублений на заготовке за счет внедрения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Читать еще:  Как правильно резать металл кислородно пропановым резаком

ГОСТ 15830-84: Обработка металлов давлением. Штампы. Термины и определения — Терминология ГОСТ 15830 84: Обработка металлов давлением. Штампы. Термины и определения оригинал документа: 17. Блок штампа Узел штампа для крепления пакета штампа и (или) совмещения рабочих элементов при штамповке Определения термина из разных… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Сущность обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением основана на использовании пластических свойств металлов. Пластичностью называют способность металла под действием приложенных сил изменять форму (деформироваться) без разрушения. При обработке давлением изменяется не только форма исходного металла (слитка или заготовки), но его структура и механические свойства.

Различают следующие виды деформации при обработке металлов давлением: горячая — при горячей обработке, неполная при неполной горячей обработке и холодная — при холодной обработке давлением.

Температура горячей обработки давлением на 0,65—0,75 выше абсолютной температуры плавления металла. Горячая деформация металла сопровождается двумя процессами: механическим и термическим. Механический процесс состоит в раздроблении металла и изменении его формы. Зерна (дендриты, рис. 119) расплющиваются и. вытягиваются в направлении деформации в виде волокон. Однако в таком состоянии зерна находятся мгновение. Действующий одновременно термический процесс, т. е. процесс рекристаллизации, способствует изменению их формы, образуя равновесие сферической формы мелкие зерна. Наружные же пленки дендритов металла остаются в вытянутом деформированном состоянии. Волокнистая структура металла является стойкой, она не изменяется ни при термической обработке, ни при последующих обработках давлением (рис. 120).

Волокнистость не является свойством металла. Она обусловлена его химическим составом и наличием неметаллических включений. Волокна состоят из фосфористых и сернистых соединений и шлаковых включений. Направленность волокон имеет важное практическое значение, так как механические свойства металла вдоль направления волокон и поперек различны. В направлении волокон металл после обработки давлением получается с повышенными механическими свойствами. Таким образом, при получении деталей из металла, прошедшего горячую обработку под давлением, следует учитывать, что направление возникающих максимальных напряжений при работе этих деталей должно совпадать с направлением волокон, а направление максимальных касательных напряжений должно быть перпендикулярно им. Волокна металла не должны перерезаться, а должны огибать контур детали.

На рис. 121 приведен коленчатый вал, откованный без криволинейной шейки, которая так же, как и щека, образована путем вырезки напуска. В этом случае в металле волокна перерезаны. В щеках металл работает поперек волокон, и такой вал будет воспринимать до разрушения небольшие нагрузки. На рис. 122 приведен такой же вал, но изготовленный путем гибки. Волокна металла в нем располагаются в направлении нормальных напряжений. Этот вал без разрушения может воспринимать повышенные нагрузки.

Механические свойства литого металла после горячей обработки давлением повышаются в полтора-два раза и более. Причины повышения прочности и пластичности металла следующие:

1) образование более мелких зерен в металле после обработки взамен дендритов, полученных в литом металле (слитке);

2) заварка микротрещин, усадочных пустот и рыхлости, образовавшихся в слитке во время кристаллизации жидкого металла;

3) частичное выравнивание химического состава металла заготовки по сечению во время нагрева. Сравнительные данные механических свойств литого и обработанного металла приведены в табл. 42.

Неполная горячая обработка металла давлением производится при температурах и скоростях деформации, когда рекристаллизация происходит только частично и металл имеет не полностью рекристаллизованную структуру. Наряду с равноосными зернами образуются и вытянутые зерна. Неоднородность зерен по форме в металлической заготовке приводит и к неоднородности механических свойств металла.

Холодная обработка металла давлением производится ниже температуры рекристаллизации; при этом происходит физическое упрочнение. При холодной обработке зерна металла расплющиваются, вытягиваются в направлении наибольшей деформации (рис. 123). Влияние холодной деформации сказывается на изменении механических и физических свойств металла: увеличиваются предел прочности, предел текучести и твердость; уменьшается относительное удлинение, относительное сужение и ударная вязкость; теплопроводность, электропроводность и магнитная проницаемость уменьшаются, а гистерезис, коэрцитивная сила и растворимость металла увеличиваются.

При холодной обработке металл получает наклеп (нагартовку). При холодной деформации зерна вытягиваются в направлении вытяжки, а при большей деформации они как бы дробятся на мельчайшие «осколки». Величина этих осколков определяется несколькими сотнями параметров решетки. Они образуются по определенным кристаллографическим плоскостям скольжения (рис. 124). Трещинки между ними настолько малы (ультрамикроскопичны), что силы межатомного сцепления не нарушаются.

Чтобы ликвидировать те изменения, которые произошли в металле при холодной деформации, его подвергают рекристаллизационному отжигу.

Суть рекристаллизации заключается в том, что, начиная с некоторых температур, при нагреве происходит интенсивное перемешивание атомов в металле (ввиду значительного повышения их кинетической энергии) и изменение величины и формы деформированных зерен. Рекристаллизация возникает для чистых металлов около 0,4 абсолютной температуры плавления. Взамен вытянутых расплющенных зерен образуются мелкие равноосные сфероидальные зерна, повышаются пластические свойства, значительно понижается сопротивление деформированию, возвращаются металлу исходные свойства.

Основные виды обработки металлов давлением следующие: прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка. Первые два вида обработки обычно называют прокатноволочильным производством, а последние — кузнечно-штамповочным производством.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector