Основы обработки металлов давлением

Основной задачей обработки металлов давлением является придание заготовке требуемой формы путем пластической деформации. Этот процесс отличается значительной экономичностью, высоким коэффициентом использования металла и большой производительностью. Он успешно соперничает с литейным производством и уступает ему только по сложности конфигурации получаемых деталей и иногда по стоимости производства. Механические свойства обрабатываемых давлением деталей (ударная вязкость, усталостная прочность и др.) после соответствующей термической обработки выше, чем у литых деталей Обработку металлов давлением в отдельных случаях успешно используют вместо обработки резанием. Например, зубофрезерование заменяют зубонакатыванием, шлифование - обкаткой роликом, токарные операции - штамповкой, выдавливанием и т.д..

Давлением обрабатывают примерно 80…90 % всей выплавляемой стали, а также большое количество цветных металлов и сплавов.

Обработку давлением производят в горячем и холодном состоянии. При горячей обработке чистые металлы нагревают до температуры 0,4 Тпл., а сплавы (0,5…0,8)Тпл. Это приводит к уменьшению сопротивления пластической деформации металла в 10…20 раз. Холодную обработку давлением проводят при более низких температурах.

Основными требованиями при нагреве металла являются:

равномерный прогрев по сечению и длине заготовки;

оптимальное время нагрева, обеспечивающее достаточно высокую производительность и отсутствие дефектов в заготовках;

наименьшая потеря металла на угар;

экономичный расход топлива.

Неправильный режим нагрева удорожает процесс и приводит к различным дефектам: трещинам, обезуглероживанию, повышенному окислению, перегреву и пережогу.

Нагрев металла при горячей обработке давлением производят в нагревательных колодцах, электрических и газовых печах, токами высокой и промышленной частоты.

При холодной обработке давлением одновременно с изменением формы заготовки меняются свойства металла: прочность, твердость и упругость увеличиваются, а вязкость, пластичность, стойкость против коррозии и электропроводность понижаются. Изменение свойств вызвано изменением структуры металла: зерна металла измельчаются и вытягиваются в направлении течения металла. Такое состояние металла называют наклепом, при этом повышается твердость и прочность материала, ухудшается его обрабатываемость. Для снятия наклепа и улучшения обрабатываемости металла применяют полный отжиг.

К основным видам обработки металлов давлением относятся: прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка и некоторые отделочные и упрочняющие виды обработки давлением, например, обкатка роликом, зубонакатывание и т.д.

Прокату, волочение и прессование обычно производят на металлургических заводах, а остальные способы обработки давлением на машиностроительных заводах.

В условиях отсутствия рудных залежей в Республике одной из главных задач является усиление режима экономии металлов, ускоренный переход к ресурсосберегающим и безотходным технологиям. Решение этих задач будет в значительной мере способствовать увеличению выпуска заготовок, полученных давлением, появление новых процессов обработки металлов давлением, приближающих конфигурацию заготовок к конфигурации деталей. Все это позволит значительно повысить эффективность машиностроения.

Прокатка – процесс обжатия металла между вращающимися валками прокатных станов. При обжатии толщина заготовки уменьшается, а длина соответственно увеличивается. Сталь прокатывается в основном в горячем состоянии. Листы толщиной менее 2 мм из низкоуглеродистой стали прокатывают в холодном состоянии.

Достоинствами процесса является: высокая производительность, повышение прочности прокатываемого материала, относительно высокий коэффициент использования металла. К недостаткам относятся: получение профилей относительно простой конфигурации, дорогостоящее оборудование, сложность создания прокатного производства.

Стальной прокат делится на следующие основные группы: сортовой, листовой, трубный, специальный и периодический.

Сортовой прокат по назначению можно разделить на профили общего назначения и специального назначения. К профилям общего назначения относятся: круг, квадрат, шестигранник, полоса, уголок, швеллер, двутавр, рельсы и т.д.

Профили специального назначения применяются в сельхозмашиностроении, автотракторостроении, вагоностроении, судостроении, строительстве т.д. Их форма максимально приближена к форме детали.

Листовой прокат делится на толстолистовой с толщиной листа более 4 мм и тонколистовой – менее 4 мм.

Трубный стальной прокат делится на бесшовные трубы с наружным диаметром от 5 до 426 мм (толщина стенок 0,5…40 мм) и трубы сварные с наружным диаметром до 1420 мм при толщине стенок до 14 мм.

Специальный стальной прокат представляет собой продукцию законченной формы, например, венцы зубчатых колес, железнодорожные колеса, шарики для шарикоподшипников и т.д.

Периодический прокат – это прокат, поперечное сечение которого по длине периодически меняется, например, заготовка вагонной оси, полуоси автомобиля, шатуна автомобиля и т.д. Этот вид проката широко используется в виде фасонной заготовки при штамповке или под окончательную механическую обработку.

Прессование – это процесс выдавливания горячего металла, заключенного в замкнутую полость, через отверстие. Исходным материалом для прессования служат слитки или заготовки. Прессование применяют для получения прутков, труб и изделий сложных профилей из цветных металлов и сплавов. Применяют два метода прессования – прямой и обратный (металл течет навстречу направления движения пуансона).

Достоинства прессования:

более высокая точность изготовления профилей по сравнению с прокаткой;

возможность избежать малопроизводительных отделочных операций;

высокая производительность;

возможность получения сложных профилей.