Основы обработки металлов методами пластической деформации

Обработкой металлов давлением, основанной на пластической деформации, изготовляют заготовки и. изделия массой от нескольких граммов до сотен тонн посредством прокатки, волочения, прессования, ковки и штамповки.

Под пластической понимают такую деформацию, которая не исчезает после того, как снята нагрузка.

Кроме вышеназванных традиционных методов применяются новые: использование ультразвука, использование энергии взрыва, электрогидравлическая штамповка и др.

На формообразование заготовки влияет пластичность материалов, т.е. способность твердых тел изменять форму (в холодном или горячем состоянии) под воздействием внешних сил не разрушаясь и сохранять полученную форму после прекращения действия силы.

Прокатка - самый распространенный способ обработки металлов методами пластической деформации; прокатке подвергается до 90% всей выплавляемой стали. Она представляет собой процесс обжатия и вытяжки металла заготовки вращающимися валками прокатного стана. Основными методами прокатки являются: продольная, поперечная и поперечно-винтовая.

При продольной прокатке заготовка (1) деформируется между двумя валками (2), вращающимися в разные стороны, и перемещается перпендикулярно осям валков (рис. 11).

Поперечную и поперечно-винтовую прокатку применяют для изготовления изделий, имеющих форму тел вращения: поперечную - для прокатки заготовок с периодически изменяющимся по длине профилем; поперечно-винтовую - для прокатки бесшовных труб и т.д.

Форма поперечного сечения прокатного изделия называется его профилем. Совокупность различных профилей разных размеров называется сортаментом. Сортамент всех профилей разделяют на четыре основные группы; сортовой прокат, листовой, трубы и специальные виды проката. Сортовой прокат подразделяют на 2 группы: простой геометрической формы - квадратный (а), круглый (б), шестигранный (в), полосовой (г) и фасонный - швеллер (д), - тавр (е), двутавр (ж), уголок (з), рельс (и) (рис. 12).

К специальным видам проката относятся колеса, кольца, периодические профили. Периодические профили - заготовки, форма и площадь поперечного сечения которых периодически изменяются вдоль оси.

 

Волочение. При волочении заготовку (I) протягивают через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемом волокой (рис. 13). Волочение осуществляется в холодном состоянии. Исходными заготовками служат прокатные или прессованные прутки и трубы из стали, цветных металлов и их сплавов. Волочением получают проволоку от 4 до 0, 01 мм в диаметре, калиброванные валки, прутки, трубы к.т.п. Волочение обеспечивает получение точных размеров заготовок, высокого качестваих поверхности, не требующей дальнейшей обработки.

Прессование. При прямом методе прессования нагретый металл. (I) вдавливается из замкнутого пространства контейнера (2) через отверстие в матрице (3) пуансоном (4) с пресс-шайбой (5) (рис. 14).

Методом прессования (прямого и обратного) получают прутки различного профиля и размеров, трубы. Процесс прессования обеспечивает по сравнению с прокаткой более точные размеры и позволяет получать профили сложных форм.

Недостаток метода - большие остатки металла в контейнере (до 40%), т.к. весь металл не может быть выдавлен.

Ковка. Различают два вида ковки; свободную ковку и ковку в штампах - штамповку. Изделие, полученное ковкой, называют поковкой. Под свободной ковкой понимают пластическую деформацию нагретого металла с помощью бойков молота или пресса, при которой течение металлане ограничивается заранее изготовленными формами. Свободную ковку применяют в единичном и мелкосерийном производствах. Операциями свободной ковки являются; осадка, протяжка, гибка, прошивка, отверстий, рубка.

Ковочные молоты по роду привода подразделяются на пневматические и паровоздушные. Основной характеристикой молота является масса падающих частей (у пневматических молотов от 75 до 1000кг. Число ударов молота 70-190 в минуту).

Штамповка. При штамповке металл деформируется в заранее изготовленных формах - штампах на штамповочных молотах, прессах или ковочных машинах. Производительность штамповки в 5-10 раз больше свободной ковки и дает более точные заготовки. Но изготовление штамповки требует значительных затрат на проектирование, изготовление и содержание штампов. Поэтому метод штамповки становится экономически целесообразным при серийном и массовом видах производства.

Штамповка в зависимости от исходной заготовки подразделяется на объемную и листовую и может выполняться в горячем или холодном состоянии. Основным инструментом для горячей объемной штамповки является штамп (рис.15), состоящий из двух частей: нижней (матрица) (I), которая устанавливается на столе пресса (2) и верхней (пуансон) (3), которая крепится на ползуне пресса (4). Полости внутри штампа называют ручьями (5). Внутрь штампа вставляется разогретая заготовка (6), пуансон опускается и осуществляется процесс штамповки.

Прогрессивна безоблойная объемная штамповка, т.е. без образования облоя, что экономит металл. Облой - излишний металл, выдавленный из ручья штампа, который подлежит удалению. Точность современных методов весьма велика. При применении чеканки (штамповка в холодном состоянии при малых объемных деформациях) точность размеров достигается до сотых долей миллиметра. После чеканки дальнейшая механическая обработка почти полностью исключается, необходимы только некоторые мелкие доводочные работы (нарезание резьбы, шлифовка и т.п.).

При обработке металлов давлением, как известно, отсутствуют потери металла, уходящего в стружку. Поэтому за последние годы все яснее определяется тенденция на широкое развитие высокопроизводительного и ресурсосберегающего кузнечно-прессового оборудования, расширение сортамента проката, что позволяет все большую часть деталей получать с помощью безотходных и малоотходных технологий.