Чистовая обработка деталей давлением

Обработка металла давлением. Все способы и нюансы

Один из технологических способов обработки металла — воздействие на него давлением. Особенность данного процесса — меняется внешний вид продукта и его физические свойства. При воздействии давлением увеличивается производительность.

Разные формы пластической деформации используются на современном производстве, для получения как окончательных деталей, так и исходного материала.

Основы процесса обработки давлением металла

Процедура опирается на физические свойства металла безвозвратно изменять свою форму под давлением внешней нагрузки без разрушения. Это основано на механическом свойстве атомов менять свое стабильное состояние на новое при воздействии сил, которые превышают упругость самого металла.

Обработка проводится горячим и холодным способом. При горячем методе температура заготовки выше, чем показатель рекристаллизации.

При холодном методе давление производится при показателях температуры ниже, чем у рекристаллизации.

Применяется несколько процессов воздействия на металл давлением:

• волочение;
• воздействие прессом;
• ковочный процесс;
• прокатный станок;
• объемный вариант штамповки;
• листовой метод;
• комбинированные методы.

Каждый из них отличается многими нюансами.

Прокатка

Для прокатки используется вращательный инструмент — валка. Заготовка втягивается в зазор между валками и приобретает необходимую форму детали. Прокатка имеет несколько разновидностей:

• Продольная: один из самых распространенных методов прокатки.
• Поперечная: заготовка в таком методе не делает поступательных движений.
• Поперечно-винтовая: средний вариант обработки между двумя методами обработки.

Последняя разновидность чаще применяется для изготовления полых заготовок. Прокатка является одним из наиболее широко применяемых методов создания металлических заготовок давлением. При помощи данного процесса получают: балки, рельсы, листы, прутковый материал, трубы.

На производстве несколько валков, соединенных в станину, получается клеть. Всем известный станок проката — это несколько клетей, которые имеют соединения. На прокатных станах используется, и горячий, и холодный метод обработки металла.

В зависимости от готовой продукции, которую выпускает прокатный стан, их делян на: листопрокатные, трубопрокатные, рельсобалочные, а также специальные.

Такие станки подразделяются на то, сколько валков расположено в нем.

Волочение

В данном метода обработки применяется принудительное пропускание профиля (круглого или фасонного) через фильеру. Ее еще называют волокой. Волока изготавливается из твердых сплавов, а также инструментальной стали и алмазов. Таким образом, изготавливается проволока.

При этом толщина и ширина сечения должны иметь соотношение не больше 20. В таком процессе через несколько фильер протягивается заготовка большого диаметра. Процесс волочения так же разделяется на виды.

1. По типу волочения: сухое или мокрое. При мокром волочении используется мыльная эмульсия, а при сухой обработке давлением применяется емкость с мыльным раствором.
2. Много- и однониточное волочение. Многониточное волочение допускает протягивание 8 одновременных заготовок.
3. По обработке поверхности: чистовое или черновое. Чистовое волочение используется как оканчивающая процедура, а черновой вариант является заготовительным.
4. По температурным показателям: холодный и горячий вариант.
5. По числу обработки: однократное или многократное. Считается по количеству протягиваний полосы через станок.

При помощи данной технологической процедуры получается проволока до 8 мм в диаметре. Волочение полых конструкций помогает произвести тонкостенные трубы небольшого диаметра.

Прессование

Это процедура выдавливания давлением металла через отверстие матрицы. В качестве стартового материала для прессования используют заготовки, предварительно обработанные на прокатном станке. Детали получаются самого разного сечения. При помощи прессования в промышленных масштабах изготавливают:

• пруты в диаметре 0.5-20 см;
• трубы в диаметре до 80 см и толщина стенок до 8 мм.

Различия прессования только по методу: прямой и обратный.

При такой процедуре используются в качестве необходимого материала алюминий, медь, магний, титановые сплавы. При прямом варианте следует разогреть заготовку и выложить ее в углубление пресса.

На одной из сторон контейнера расположена матрица с отверстием для выхода материала, которое имеет круглое сечение. С противоположного конца расположен пуансон и пресс-шайба. При таком методе к концу прессования в контейнере остаются пресс-остатки. Они не участвуют в процессе обработки давления металлом.

Обратный вариант обработки заготовок. При таком варианте в контейнер входит полый пуансон, оканчивающийся матрицей. Пуансона давит на приготовленный список, а через матричное отверстие выходит металл.

Отходы по умолчанию меньше, чем при прямом варианте обработки — на 10%. Но из-за сложной конструкции станка, этот метод применяется реже, чем прямой.

Технология процесса имеет следующий алгоритм:

1. Подготавливают начальный материал в виде слитка или заготовки. Для этого удаляют все дефекты, разрезают на определенные участки.
2. Разогрев материал в электрической или плавильной печи.
3. Размещение нагретого материала непосредственно в контейнер.
4. Вывод материала через матрицу.
5. Доработка металла — резка, избавление от дефектов, правка.

При соблюдении технологического процесса можно добиться 80% выхода готовой продукции.

Ковка

Это один из самых древних методов обработки металла. Первые известные человечеству кузнецы работали еще 6 тысяч лет назад. Сейчас ковка применяется на всех видах производства.

По сути, ковка — это обработка материала нагретого до ковочной температуры. Есть и варианты холодной ковки. На данный момент существует 3 вида ковки:

1. Свободная, при которой нет ограничения по формам материала. Сюда же относятся и ручные варианты ковки.
2. Машинная — используется с массовой, тяжелой промышленности. Масса механизированного молота до 5 тонн.
3. Штамповка — используется для массового производства.

Кузнечный очаг на современном производстве имеет несколько вариаций:

• установленное оборудование;
• мобильные варианты;
• закрытое или открытое;
• топливные;
• с электрическим разогревом;
• жидкостные, твердотопливные и газовые;
• по месту подачи воздуха: через боковые сопла или через центральное.

Наиболее распространённые кузнечные операции:

1. Осадочные — уменьшает высоту заготовки и увеличивает ее поперечное сечение.
2. Неполная осадка, при которой следует сделать утолщение.
3. Протяжка — операция по удлинению заготовки.
4. Обкатка — придача заготовке форме цилиндра.
5. Образование кольцевой заготовки.
6. Выработка широкой заготовки при помощи разгонки.

При ковке важно контролировать температуру, которая напрямую устанавливается в зависимости от твердости материала. Мелкие детали производят ручной поковкой, а средние и крупные — машинной.

Объемная штамповка

Под этой процедурой используется пластическая деформация материала по перераспределению материала на первичном продукте. При этом изменяется простая геометрическая конфигурация на более сложный вариант. Рабочий инструмент — штамп, форму которого получает деталь.

Холодная объемная штамповка проводится без разогрева детали. Этим методом выпускаются надежные детали и механизмы, применяемые в ответственных агрегатах. Штамповка осуществляется без рекристаллизации металла и со значительным упрочнением исходного материала. Но есть и недостаток у данного метода: детали изнашиваются на порядок быстрее.

Горячая объемная штамповка производится при температуре +200°С -1300°С. Начальный материал разрезан на отдельные части, которые по размеру равны будущим готовым деталям. По физическим свойствам эта процедура схожа со свободной ковкой. Отличие только в использовании штампов, которые позволяют достичь сложной конфигурации.

При горячем штамповании используется штамп из матрицы и пуансонов. При этом матрицы статичны, а пуансоны — подвижные. Штампы для горячего штампования бывают:

• закрытыми, когда поверхность разъема находится по периметру поковки;
• открытая, когда поверхность располагается под прямым углом к направлению штамповки.

Открытые штампа более просты в обращении, но могут привести к образованию заусениц на детали. Если используется штамп закрытый, то заусениц не будет, но такой станок не обладает универсальностью.

Листовая штамповка

Это вторичный вариант обработки после прокатки. В качестве исходного материала используются листы, полосы, а также ленты. Процесс проходит на кривошипных или гидравлических прессах. Листовая штамповка предусматривает два вида процедур:

При использовании листовой штамповки изготавливаются детали, которые имеют высокую точность. Практически все детали микроэлектроники произведены именно таким методом обработки давлением.

Эта процедура давно автоматизирована и штампует детали на скорости до нескольких сотен в минуту. При этом расход материала очень маленький.

Комбинированные методы

Если комбинировать несколько методов обработки металла давлением, то в конечном результате можно получить конечный продукт, который лучше отвечает всем требованиям, необходимым для его эксплуатации.

Одним из комбинированных методов является применение помимо давления еще и сварки. Это позволяет процесс удешевить и упростить, а в итоге получить деталь с заданными характеристиками.

Важно! При использовании данного метода необходимо помнить, что место сварки (шов) может стать слабой частью конструкции.

При совмещении в одном штамповочном переходе обжима и вытяжки можно без проблем уменьшить диаметр конечного продукта. Можно добиться и смены толщины заготовленного продукта в процессе деформации.

Если комбинировать холодный и горячий метод обработки давлением, то легко добиться более высокой прочности за счет холодной деформации.

При влиянии на металл давления используются технологические процессы, основанные на простых законах физики. При этом значительно повышается производительность, а также конечные качества изготавливаемой детали. Есть несколько видов обработки металла давление.

Прежде всего, методы могут быть горячие и холодные, которые зависят от разницы температур между рекристаллизацией и материалом. Это помогает выпустить самые разные детали, по форме, толщине, прочности и эксплуатационным качествам.

При этом самым первым методом воздействия на металл при помощи давления является обыкновенная ковка, которая появилась вместе с выплавкой металла и позволила людям производить надежные орудия труда.

Обработка металлов давлением – ОМД: разновидности и особенности технологии

ОМД, или обработка металлов давлением, возможна благодаря тому, что такие материалы отличаются высокой пластичностью. В результате пластической деформации из металлической заготовки можно получить готовое изделие, форма и размеры которого соответствуют требуемым параметрам. Обработка металла давлением, которая может выполняться по различным технологиям, активно используется для выпуска продукции, применяемой в машиностроительной, авиационной, автомобилестроительной и других отраслях промышленности.

Обработка листового металла давлением на прокатном станке

Физика процесса обработки металлов давлением

Сущность обработки металлов давлением состоит в том, что их атомы такого материала при воздействии на них внешней нагрузки, величина которой превышает значение его предела упругости, могут занимать новые устойчивые положения в кристаллической решетке. Такое явление, которым сопровождается прессование металла, получило название пластической деформации. В процессе пластической деформации металла изменяются не только его механические, но и физико-химические характеристики.

В зависимости от условий, при которых происходит ОМД, она может быть холодной или горячей. Различия их состоят в следующем:

1. Горячая обработка металла выполняется при температуре, которая выше температуры его рекристаллизации.
2. Холодная обработка металлов, соответственно, осуществляется при температуре, находящейся ниже температуры, при которой они рекристаллизуются.

Ковка раскаленной заготовки на молоте – вид горячей обработки металла давлением

Виды обработки

Обрабатываемый давлением металл в зависимости от используемой технологии подвергается:

Основные виды обработки металла давлением

Прокатка

Прокатка – это обработка давлением заготовок из металла, в ходе которой на них воздействуют прокатные валки. Целью такой операции, для выполнения которой необходимо использование специализированного оборудования, является не только уменьшение геометрических параметров поперечного сечения металлической детали, но и придание ей требуемой конфигурации.

Виды прокатных валков

На сегодняшний день прокатку металла выполняют по трем технологиям, для практической реализации которых необходимо соответствующее оборудование.

Это прокатка, являющаяся одним из самых популярных методов обработки по данной технологии. Сущность такого способа обработки металла давлением заключается в том, что заготовка, проходящая между двумя валками, вращающимися в противоположные стороны, обжимается до толщины, соответствующей зазору между этими рабочими элементами.

По такой технологии обрабатывают давлением металлические тела вращения: шары, цилиндры и др. Выполнение обработки данного типа не предполагает, что заготовка совершает поступательное движение.

Это технология, которая представляет собой нечто промежуточное между продольной и поперечной прокаткой. С ее помощью преимущественно обрабатываются полые металлические заготовки.

Виды прокатки металла

Ковка

Такая технологическая операция, как ковка, относится к высокотемпературным методам обработки давлением. Перед началом ковки металлическую деталь подвергают нагреву, величина которого зависит от марки металла, из которого она изготовлена.

Обрабатывать металл ковкой можно по нескольким методикам, к которым относятся:

• ковка, выполняемая на пневматическом, гидравлическом и паровоздушном оборудовании;
• штамповка;
• ковка, выполняемая вручную.

При машинной и ручной ковке, которую часто называют свободной, деталь, находясь в зоне обработки, ничем не ограничена и может принимать любое пространственное положение.

Ручная ковка используется в кузнечных мастерских при изготовлении небольшого количества изделий

Машины и технология обработки металлов давлением по методу штамповки предполагают, что заготовка предварительно помещается в матрицу штампа, которая препятствует ее свободному перемещению. В результате деталь принимает именно ту форму, которую имеет полость матрицы штампа.

К ковке, относящейся к основным видам обработки металлов давлением, обращаются преимущественно в единичном и мелкосерийном производстве. Разогретую деталь при выполнении такой операции располагают между ударными частями молота, которые называются бойками. При этом роль подкладных инструментов могут играть:

• обычный топор:
• обжимки различных типов;
• раскатка.

Прессование

При выполнении такой технологической операции, как прессование, металл вытесняется из полости матрицы через специальное отверстие в ней. При этом усилие, которое необходимо для осуществления такого выдавливания, создается мощным прессом. Прессованию преимущественно подвергают детали, которые изготовлены из металлов, отличающихся высокой хрупкостью. Методом прессования получают изделия с полым или сплошным профилем из сплавов на основе титана, меди, алюминия и магния.

Прессование в зависимости от материала изготовления обрабатываемого изделия может выполняться в холодном или горячем состоянии. Предварительному нагреву перед прессованием не подвергают детали, которые изготовлены из пластичных металлов, таких как чистый алюминий, олово, медь и др. Соответственно, более хрупкие металлы, в химическом составе которых содержится никель, титан и др., подвергаются прессованию только после предварительного нагрева как самой заготовки, так и используемого инструмента.

Установка холодного прессования изделий из листового металла

Прессование, которое может выполняться на оборудовании со сменной матрицей, позволяет изготавливать металлические детали различной формы и размеров. Это могут быть изделия с наружными или внутренними ребрами жесткости, с постоянным или разным в различных частях детали профилем.

Волочение

Основным инструментом, при помощи которого выполняется такая технологическая операция, как волочение, является фильера, называемая также волокой. В процессе волочения круглая или фасонная металлическая заготовка протягивается через отверстие в фильере, в результате чего и формируется изделие с требуемым профилем поперечного сечения. Наиболее ярким примером использования такой технологии является процесс производства проволоки, который предполагает, что заготовка большого диаметра последовательно протягивается через целый ряд фильер, в итоге превращаясь в проволоку требуемого диаметра.

Технологические процессы получения проволоки методом волочения

Классифицируется волочение по целому ряду параметров. Так, оно может быть:

• сухим (если выполняется с применением мыльной стружки);
• мокрым (если для его выполнения используется мыльная эмульсия).

По степени чистоты формируемой поверхности волочение может быть:

Линия волочения медной проволоки

По кратности переходов волочение бывает:

• однократным, выполняемым за один проход;
• многократным, выполняемым за несколько проходов, в результате которых размеры поперечного сечения обрабатываемой заготовки уменьшается постепенно.

По температурному режиму этот вид обработки металла давлением может быть:

Объемная штамповка

Сущность такого способа обработки металла давлением, как объемная штамповка, состоит в том, что получение изделия требуемой конфигурации осуществляется при помощи штампа. Внутренняя полость, которая сформирована конструктивными элементами штампа, ограничивает течение металла в ненужном направлении.

В зависимости от конструктивного исполнения штампы могут быть открытыми и закрытыми. В открытых штампах, применение которых позволяет не придерживаться точного веса обрабатываемой заготовки, предусмотрен специальный зазор между их подвижными частями, в который может выдавливаться избыток металла. Между тем использование штампов открытого типа вынуждает специалистов заниматься удалением облоя, образующегося по контуру готового изделия в процессе его формирования.

Особенностью горячей штамповки металла является воздействие высокой температуры, вследствие чего заготовка деформируется, принимая форму штампа

Между конструктивными элементами штампов закрытого типа такой зазор отсутствует, и формирование готового изделия происходит в замкнутом пространстве. Для того чтобы обрабатывать металлическую заготовку при помощи такого штампа, ее вес и объем должны быть точно рассчитаны.

Листовая штамповка

При помощи листовой штамповки готовые изделия получают из листового металла. В зависимости от того, какого результата необходимо добиться в процессе выполнения такой технологической операции, различают штамповку:

1. разделительную (отрезка, вырубка и пробивка);
2. формообразующую (гибка, вытяжка, раздача, отбортовка, чеканка и др.).

Для выполнения листовой штамповки используют гидравлические или кривошипно-шатунные прессы, рабочими органами которых являются штампы, состоящие из матрицы и пунсона.

Примеры изделий, изготовленных методом листовой штамповки

Качество готового изделия, которое обеспечивает листовая штамповка, позволяет не подвергать его последующей механической обработке. Для того чтобы обеспечить это качество, матрица и пунсон должны быть хорошо разработаны и изготовлены с высокой степенью точности.

Листовая штамповка – это одна из наиболее распространенных методик ОМД, которая активно применяется почти во всех отраслях промышленности. По такой технологии, в частности, производят как мельчайшие детали радиоэлектронных устройств, так и массивные кузова автотранспортных средств.

Получить более полное представление о способах обработки металла давлением, позволяет видео, демонстрирующее их в мельчайших подробностях.

Обработка металла давлением

Для получения из слитка металла какого-либо изделия необходимо этот слиток обработать таким образом, чтобы получить заготовку, пригодную для изготовления изделия с минимально возможной механической обработкой. Одним из способов получения такой заготовки является обработка металлов давлением. Последняя основана на деформации, т. е. на изменении в силу пластических свойств металлов первоначальной формы и размеров исходной заготовки под воздействием внешних сил. Из металлов наибольшей пластичностью обладает свинед. Он легко деформируется при комнатной температуре. Олово, алюминий, медь и железо могут быть обработаны давлением с нагревом и без нагрева. Сталь и многие другие металлы и сплавы обрабатываются давлением только при нагреве до определенных температур. Некоторые металлы и сплавы, например марганец, чугун, и при нагреве не приобретают пластичности; такие металлы не могут обрабатываться давлением.

При пластической деформации изменяется не только форма,
но в зависимости от условий деформации (температуры, скорости и степени деформации) также структура, механические и физические свойства металла..

Основными процессами обработки металлов давлением являются: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, горячая и холодная штамповка.

Прокатка. Сущность прокатки заключается,в том, что металл пропускают в зазор между двумя вращающимися в разные стороны валками на специальных машинах —- прокатных станах. Валки обжимают заготовку, а трение, возникающее между валками и прокатываемым материалом, осуществляет подачу ее (рис. 6). В процессе прокатки уменьшается толщина заготовки с одновременным увеличением длины ее. Валки для прокатки бывают гладкими для получения металлов в виде листов.

полос и лент и калиброванными для получения сортового и фасонного проката. Профиль, составляемый смежными ручьями двух валков, называется калибром.

При помощи калиброванных валков получают металл различных профилей (рис. 7). Горячекатаный металл часто подвергают последующей прокатке без нагрева — холодной прокатке. Холодная прокатка улучшает качество поверхности, повышает точность размеров и дает возможность получить листы, которые нельзя получить горячей прокаткой. Прокатку металла производят на прокатных станах различных конструкций и мощности (рис. 8).

Рис. 7. Сортовые и фасонные профили проката:
1 — круглый, 2 — квадратный, 3 — полосовой, 4 — угловой, 5 — тавровый, 6 — рельсовый, 7 — двутавровый, 8 — зетовый, 9 — корытный

Рис. 8. Прокатный стан:
1 — верхний прокатный валок, 2 — указатель высоты подъема верхнего валка, 3 — нажимной механизм, 4 — манипулятор, 5 — рольганг, 6 — заготовка

Существует три основных способа прокатки: продольная, косая и поперечная. Продольной прокаткой производят около 90% всего проката, в том числе весь листовой и профильный прокат.

Прессование — технологический процесс, применяемый для получения изделий сложного поперечного сечения из пластичных цветных металлов и их сплавов, а также из стали.

Сущность процесса прессования заключается в том, что металл, помещенный в замкнутый объем — контейнер, подвергается высокому давлению и выдавливается сквозь отверстие, принимая его форму.

Различают два метода прессования — прямой и обратный. При прямом прессовании прутков (рис. 9) заготовка 1, нагретая до определенной температуры, помещается в контейнер 2 пресса. С одной стороны контейнера закреплена матрица 5 при помощи матрицедержателя 6. С другой стороны на заготовку да-вит пресс-шайба 4, связанная со шплинтоном 3. Шплинт получает необходимое давление от плунжера пресса. Под действием этого давления металл выдавливается через отверстие матрицы. В конце процесса прессования в контейнере остается часть металла — пресс-остаток, идущий в отход. При обратном прессовании прутков (рис. 10) в контейнер 2 входит не пресс-шайба, а полый пуансон 3 с матрицей 4 на конце. Матрица давит на

заготовку 1, и металл течет в отверстие матрицы навстречу движению пуансона. При обратном методе снижаются отходы металла на прессостаток и уменьшается усилие деформации, но усложняется конструкция пресса.

Прямое прессование труб (рис. 11) отличается от предыдущих методов наличием иглы 2, которая проходит через отверстие в заготовке 1. Длина иглы несколько превышает высоту заго-

товки. При давлении пресс-шайбы 3 на заготовку металл выдавливается в зазор между матрицей 4 и иглой 2, образуя трубу 5. Внутренний диаметр трубы равен диаметру иглы, наружный — диаметру отверстия в матрице.

Прессование выполняют на гидравлических прессах вертикального и горизонтального типов большой мощности.

Холодное волочение. Прокаткой можно получить только сравнительно толстую проволоку с большими допусками по размерам. Тонкую проволоку, точную по размерам, получают последовательным протаскиванием горячекатаной проволоки (подката) через фильер на специальных волочильных станах. Подкат перед волочением отжигают и подвергают травлению

в растворе серной кислоты с последующей нейтрализацией. После этого заходный конец проволоки обжимают на специальных валках, протаскивают через фильер и захватывают клещами барабана, который вращаясь, тянет проволоку через фильер и обжимает ее на меньший диаметр. Обжатие выбирается такое, чтобы усилие волочения было меньше разрывающего проволоку.

Для изготовления деталей на автоматах требуется штанговый металл точных размеров. Такой металл получают волочением. Принцип волочения штангового металла тот же, что и волочения проволоки (рис. 12). После волочения штанговый металл необходимо править. Правку осуществляют на роликоправильных станах различной конструкции и на прессах.

Свободная ковка разделяется на ручную и машинную. Ручной ковкой можно изготовлять только мелкие поковки. Такую ковку применяют в небольших ремонтных мастерских. Основным видом свободной ковки в машиностроении является машинная ковка. Операциями ковки являются осадка, вытяжка, прошивка, рубка, гибка, закручивание и кузнечная сварка. Осадкой (рис. 13) уменьшают высоту заготовки и увеличивают ее поперечное сечение; частный случай осадки — высадка. Вытяжка производится между бойками молота (рис. 14), причем заготовку кладут поперек бойков, передвигая и кантуя ее после каждого удара.

Прошивание отверстий производят с помощью прошивня. Прошиваемую заготовку кладут на нижний боек и ударами верхнего бойка вбивают прошивень приблизительно до половины толщины заготовки (рис. 15); при этом металл из-под прошивня течет в стороны и заготовка изгибается кверху. Затем заготовку поворачивают и вбивают прошивень с другой стороны (рис. 16). В конце операции прошивнем срезают часть металла в виде диска. Расширяют и выравнивают отверстия с помощью бочкообразных оправок (рис. 17). Рубкой заготовку разделяют на части (рис. 18). При гибке заготовке придают изогнутую форму (рис. 19, а). При закручивании одну часть заготовки поворачивают относительно другой части заготовки под определенным углом вокруг общей оси (рис. 19,б). Машинной ковкой можно

изготовить поковки массой до 200 т и более. Машинную ковку производят на молотах и прессах различной конструкции и мощности.

Горячая штамповка является одним из распространенных видов обработки металла давлением. При горячей штамповке для придания заготовке требуемой формы пользуются

штампом, имеющим полость, конфигурация которой соответствует форме изготовляемой детали. Горячая штамповка по сравнению со свободной ковкой имеет ‘следующие преимущества: высокую производительность, однородность и точность получаемых поковок.

Горячую штамповку применяют для массового и крупносерийного производства, требуя для каждого изделия отдельного штампа, на изготовление которого затрачиваются значительное время и денежные средства. Штамп (рис. 20) состоит из двух половин: верхней, закрепляемой при помощи клиньев в бабе молота, или подвижной части пресса и нижней, устанавливаемой в штамподержателе, соединенном с шаботом молота, или неподвижной части пресса. В обеих половинах штампа выполнены ручьи, образующие при соприкосновении этих половин полость с очертанием, соответствующим конфигурации формы штампуемого изделия.

Для поковок сложной конфигурации применяют многоручьевые штампы (рис. 21). Штамп в работе испытывает большие ударные нагрузки, поэтому его изготовляют из хорошо прокованной высоколегированной стали и подвергают термической обработке. Штампы с глубокими ручьями смазывают мазутом. При сгорании во время штамповки мазут образует газы, расширение которых при нагреве за счет тепла поковки облегчает удаление готовой поковки из окончательного ручья штампа. Одновременно с этим смазка штампов уменьшает их «разгар», который образуется в виде мелких трещин от многократного нагрева и охлаждения верхнего слоя металла штампа.

При нагреве заготовок под штамповку на них образуется окалина, которая во время штамповки отделяется от заготовок

и попадает в полость штампов. Чтобы не заштамповать окалину в поковку, ее выдгвают из полости штампа струей воздуха под давлением 6 ат. При штамповке в месте разъема штампов на

поковках образуются заусенцы (облой), которые обрезаются на специальных обрезных штампах. На поковках из легированной и высокоуглеродистой стали обрезка облоя должна производиться на горячих поковках непосредственно после ковки. При обрезке облоя на холодных поковках по месту разъема могут возникнуть трещины.

Нагрев заготовок под штамповку производят в угольных, нефтяных, газовых и электрических печах. Во всех случаях стремятся нагревать заготовки без образования окалины (без окисления поверхности).

За последнее время на ряде передовых заводов для нагрева заготовок под штамповку применяют высокочастотные установки. Их применение ускоряет нагрев заготовок, устраняет повы-шеннное окисление поверхности, делает возможной автоматизацию процесса нагрева и совершенно исключает пережог.

Холодная штамповка применяется для изготовления изделий из листовой стали, алюминия и его сплавов, меди, латуни. сплавов магния и др. Исходным материалом для штамповки служат ленты, листы и полосы, имеющие толщину от десятых долей до 6—8 мм.

Листовая штамповка имеет большое распространение во всех отраслях промышленности; детали после листовой штамповки, являясь точными по размерам, применяются почти без механической обработки.

Холодную штамповку выполняют с помощью штампов на различного рода прессах. Конструирование штампов выполняется так, чтобы при штамповке материал не делался тоньше.

При штамповке деталей сложной конфигурации в несколько операций производится промежуточный отжиг. Отжиг штамповок производят в печах с защитной атмосферой, так как наличие окалины на поверхности деталей приводит к браку.

Процесс изготовления деталей холодной штамповкой состоит из ряда операций, которые делятся на две группы: разделительные (отрезка, вырубка, пробивка и зачистка) и формоизменяющие (гибка, вытяжка и отбортовка).

Получение изделий методом обработки металлов давлением

МЕТОДЫ получения и обработки материалов и изделий

Получение изделий методом литья

Литьё − это способ изготовления заготовки или изделия заполнением полости заданной конфигурации жидким металлом с последующим его затвердеванием. Различают слитки и отливки. Для литья слитков используют деформируемые сплавы, а для литья отливок — литейные.

Слитки, как правило, изготавливаются круглыми или плоскими. Они имеют большую массу и значительные габаритные размеры. Слитки используют для получения деталей машин и другой металлической продукции методами пластического деформирования (рис. 1).

Рис. 1 — Слитки, полученные методом литья

Исходная заготовка — слиток (схема А) — в процессе изготовления конкретных деталей многократно подвергается нагреву до довольно высоких температур (до t_нагр=0,7t_пл) с одновременным силовым воздействием на металл, которое последовательно изменяет форму исходной заготовки, приближая ее к конфигурации требуемой детали (фасонная заготовка).

В результате теплового и силового воздействия структура металла претерпевает существенные изменения, часть литейных дефектов исчезает, механические свойства металла существенно повышаются.

Отливки получают методами фасонного литья. Конфигурация отливок максимально приближена к размерам и конфигурации готовой детали. Методами фасонного литья можно изготовить детали практически любого веса (от несколько грамм до сотен тонн), любого размера (от миллиметров до нескольких метров), любой сложной конфигурации (рис. 2).

Рис. 2 — Отливки, полученные методом литья

Исходная заготовка -отливка (схема Б) механические свойства металла могут быть улучшены только термической обработкой, что не позволяет устранить многие литейные дефекты.

Изменения в структуре литого металла не так глобальны, как при обработке давлением. К тому же, ряд сплавов вообще не упрочняется термической обработкой. В связи с этим к качеству литой структуры отливок предъявляются особо жесткие требования, т.к. она всецело определяет свойства металла в готовой детали.

Литейная форма представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость с внешними контурами получаемой отливки.

· Разовая форма — получения отливки разрушают. Форма изготовляются путем уплотнения формовочных смесей, основой которых является кварцевый песок.

· Постоянная форма — пригодная для многократного применения.

Выбор способа литья определяется:

· служебным назначением детали,

· требуемой точностью и качеством поверхности отливки.

Виды литья подразделяют на (рис. 3):

а) Литьё в песчаные формы

Рис. 3. Виды литья

Эффективность литья может быть оценена через коэффициент использования металла (КИМ) — отношение масс детали и заготовки.

Виды деформированного полуфабриката

Требования к литейным материалам :

— отсутствие различного рода дефектов (трещины, спаи, пригары, заливы)

Жидкотекучесть − это способность металлов и сплавов занимать литейную форму. Чистые металлы и сплавы эвтектического состава обладают лучшей жидкотеучесть, чем сплавы-твёрдые растворы, доэвтектические и заэвтектические сплавы.

Раковины внутренние или наружныепустоты в теле отливки. Они могут быть пустыми или заполнены формовочным материалом, шлаком. С гладкой или шероховатой поверхностью. По природе происхождения различают: усадочные, газовые, шлаковые, песчаные.

Дефекты литья(пригары, спаи, заливы) — образуются в результате нарушения технологических параметров литья

Рис. 4 — Дефекты литья

Пластическая деформация (ПД)

Характерной особенностью металлов и сплавов является способность непрерывно деформироваться вплоть до разрушения под воздействием внешних сил, приложенных к металлу. Процесс деформации складывается из упругой и пластической деформаций и завершается разрушением.

Упругая (обратимая)деформация — это деформация, которая полностью исчезает после снятия нагрузки.

Пластическая (необратимая)деформация характеризуется остаточной деформацией в металле после снятия нагрузки. Кроме упругих напряжений она вызывает и остаточные, а также изменения в структуре металла, которые увеличиваются с ростом нагрузки вплоть до разрушения.

При пластической деформации происходит движение имеющихся дислокаций и образование огромного количества новых дислокаций в различных кристаллографических плоскостях и направлениях В недеформированном кристалле плотность дислокаций достигает 10 6 см -2 , а в сильно деформированном металле порядка 10 12 см -2 . Если на пути движения дислокаций встречается препятствие в виде другой дислокации или дефектов другого рода, то процесс движения дислокаций тормозится и необходимы более высокие внешние напряжения, чтобы продеформировать материал, т. е. происходит деформационное упрочнение (наклеп, нагартовка, упрочнение – слова синонимы). Оно проявляется в процессе деформации и сохраняется по окончании деформирования.

Таким образом, увеличение количества (плотности) дислокаций в структуре деформированного металла в процессе пластической деформации ведет к повышению прочности

Например , путем ХПД; легированием; термической обработки (создаётся структура металла, с минимальной подвижностью дислокаций).

В процессе пластической деформации изменяется структура, а следовательно, все свойства металлов и сплавов. При высоких степенях деформации в деформированных полуфабрикатах возникает волокнистая структура с определенной кристаллографической ориентировкой, называемой текстурой деформации. Возникновение волокнистой текстурованной структуры в процессе деформирования вызывает анизотропию свойств деформированного полуфабриката, что обуславливает различное поведение листового материала при глубокой вытяжке (рис. 5а). При деформировании увеличиваются прочностные характеристики (твердость, s_в, s_0,2) и понижаются пластичность (s, y) и ударная вязкость (КСU) (рис. 5б)

Рис. 5. Изменение микроструктуры (а) и механических свойств (б) металла от степени деформации

Получение изделий методом обработки металлов давлением

Обработки металлов давлением (ОМД) — это придание металлу требуемой формы, размеров и физико-механических свойств без нарушения его сплошности путем пластической деформации. ОМД подразделяется на горячую пластическую деформацию (ГПД) и холодную пластическую деформацию (ХПД).

При обработке металлов давлением на металл действуют внешние силы (удары молота, давление пресса), вызывающие в нем напряжения, превышающие предел упругости. В результате изменяется форма исходного металла, а объем его остается постоянным (не считая потерь на отходы и угар).в процессах ОМД упругая и пластическая деформация сопутствуют друг другу. При пластической деформации происходит изменение исходной структуры с резким повышением механических свойств металла.

В зависимости от температуры деформации различают холодную и горячую пластическую деформацию

Таким образом, границей между холодной и горячей обработкой давлением является температура рекристаллизации материала .

Холодной обработке давлением поддаются только ковкие металлы, обладающие достаточной пластичностью Например: Свинец (Pb), Олово (Sn), Алюминий (Al), Медь (Cu), Цинк (Zn).

Хрупкие металлы и сплавы обработке давлением не обрабатываются. (Например: Магний (Mg), чугун, твердые сплавы.

Металлы и их сплавы, обладающие недостаточной пластичностью, обрабатывают в горячем состоянии. Например: Титан (Ti), Стали.