Технологический процесс обработки металлов 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.

Лекция 9. Технологические процессы получения заготовок методом обработки металлов давлением

· Сущность и закономерности метода обработки металлов давлением. Разновидности его технологических процессов (способов)

· Технологические процессы получения заготовок прокаткой

· Технологические процессы получения заготовок прессованием

Благодаря пластичности металлов, проявляющейся при деформации в холодном или горячем состоянии, можно изменять форму исходной заготовки. Относительно лёгкая обработка металлов давлением во многом определяет их широкое применение. Пластичность металлов, как технологическое свойство, настолько существенно, что когда-то даже было основой определения металла (Металл — это светлое тело, которое можно ковать).

· Обработкой давлением называются процессы получения заготовок или деталей машин силовым воздействием инструмента на заготовку из исходного материала. Все процессы обработки металлов давлением основаны на пластическом деформировании заготовок.

— Поддеформацией понимают процесс изменение формы и размеров твердого тела, под воздействием приложенных к нему нагрузок.

— Пластическая деформация — это деформация, которая остается после снятия внешней нагрузки, (тело не восстанавливает первоначальную форму и размеры). Для увеличения пластичности металл нагревают до температуры, при которой наиболее полно проявляются его пластические свойства или подвергают обработке в холодном состоянии.

Рис. 9.1. Закон постоянства объема: исходная заготовка (а), заготовка после обработки давлением (б)

Процессам обработки металлов давлением присущи определенные закономерности.

· Закон постоянства объема. Пластическая деформация практически не влияет на плотность металла, поэтому действует закон постоянства объема: объем тела при его пластической деформации остается неизменным (рис. 9.1).

· Закон подобия. При осуществлении в одинаковых условиях одних и тех же процессов пластического деформирования геометрически подобных тел из одинакового материала отношение усилий деформирования и затраченной работы одинаково соотносится к линейным размерам деформированного тела (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Изменение формы заготовки по закону подобия

· Закон наименьшего сопротивления. В случае возможности перемещения точек деформируемого тела в различных направлениях, каждая точка перемещается в направлении наименьшего сопротивления. Закон позволяет учесть предпочтительное направление течения металла, определить, какая часть полости штампа заполнится быстрее (рис.9.3).

Рис. 9.3. Изменение формы заготовки по закону наименьшего сопротивления

При выборе металла или сплава для изготовления изделия различными способами обработки давлением учитывается способность материала к данному методу обработки. Это свойство в машиностроении называют ковкостью.

· Под ковкостью понимают свойство металла изменять свою форму, под действием ударов или давления, не разрушаясь. Степень ковкости зависит от многих параметров. Наиболее существенным из них является состав и структура металла. Так, например, с повышением содержания углерода в стали пластичность падает.

В машиностроении широко используют следующие способы получения заготовок обработкой давлением (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Способы получения заготовок методом пластической деформации

Под прокаткой принято понимать процесс обжатия заготовки между вращающимися валками. В зависимости от прокатываемого профиля валки могут быть гладкими (рис.9.5, а) и калиброванными (ручьевыми) для получения сортового проката (рис.9.5, б). Ручей это профиль на боковой поверхности валка. Промежутки между ручьями называются буртами.

Рис. 9.5. Прокатные валки: гладкий (а), калиброванный (б); 1 — рабочая часть, 2 — шейка, 3 — трефа, 4 — ручьи, 5 — бурты

Существуют три основных разновидности прокатки, имеющих определенное отличие по характеру выполнения деформации: продольная, поперечная, поперечно – винтовая (рис.9.6).

— При продольной прокатке деформация осуществляется между вращающимися в разные стороны валками (рис.9.6, а). Заготовка втягивается в зазор между валками за счет сил трения.

— Припоперечной прокатке (рис. 9.6, б) оси прокатных валков и обрабатываемого тела параллельны или пересекаются под небольшим углом. Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения – в противоположном. В процессе поперечной прокатки обрабатываемое тело удерживается в валках с помощью специального приспособления.

Рис. 9.6. Схемы способов прокатки: продольная (а), поперечная (б), поперечно-винтовая (в); 1 — прокатные валки, 2 — заготовка

— Припоперечно – винтовой прокатке (рис. 9.6, в) валки, вращающиеся в одну сторону, установлены под углом друг другу. Прокатываемый металл помимо вращения получает еще поступательное движение. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки движется по винтовой линии.

Процесс прокатки осуществляется как в холодном, так и горячем состоянии.На рисунке 9.7. показано поэтапное содержание технологического процесса прокатывания заготовки типа «труба».

Процесс прокатки осуществляют на специальных прокатных станах. Главный признак, определяющий устройство прокатного стана — его назначение в зависимостиот сортамента продукции или выполняемого технологического процесса.

Рис. 9.7. Технологический процесс получения трубной заготовки способом прокатки с предварительным нагревом

Листовые и полосовые станы горячей прокатки предназначены для получения:

— плит толщиной 50—350 мм,

— листов толщиной 3—50 мм и

— полос (сматываемых в рулоны) толщиной 1,2—20 мм.

Сортовые и трубопрокатные станы весьма разнообразны по своей характеристике и расположению оборудования предназначены для получения:

— полосы, трубы и т.п.

Под прессованием понимают вид обработки металлов давлением, при котором металл, заключенный в замкнутую форму, выдавливается через отверстие, меньшей площади, чем площадь сечения исходного материала.

Рис. 9.8. Матрицы для прессования заготовок: трапеция (а), шестигранник (б), овал (в)

Инструментом при прессовании служат различные матрицы, контур которых повторяет поперечное сечение прессованной заготовки (рис. 9.8) В результате прессуемый металл принимает вид прутка, который может быть простым или сложным, сплошным или полым, в зависимости от формы и размеров отверстия.

Применяются две способа прессования: прямой и обратный. При прямом прессовании движение пуансона пресса и истечение металла через отверстие матрицы происходят в одном направлении (рис. 9.9, а).

При обратном прессовании заготовку закладывают в глухой контейнер, и она при прессовании остается неподвижной, а истечение металла из отверстия матрицы, которая крепится на конце полого пуансона, происходит в направлении, обратном движению пуансона с матрицей (рис. 9.9, б).

Рис. 9.9. Схема прессования прутка прямым (а) и обратным (б) прессованием;

1 – готовый пруток, 2 – матрица, 3 – заготовка, 4 — пуансон

На рисунке 9.10. показано поэтапное содержание технологического процесса получения алюминиевого профиля из слитка методом прессования.

Рис. 9.10. Технологический процесс получения заготовки способом прокатки с предварительным нагревом

Прессование, как правило, осуществляют на гидравлических прессах. Гидравлические прессы классифицируют по конструктивным особенностям и назначению. Характерными признаками конструкции прессов являются расположение цилиндров и тип станины.

В соответствии с вертикальным и горизонтальным расположением цилиндров различают вертикальные и горизонтальные прессы. Прессование это современный способ получения различных профильных заготовок:

— прутков диаметром 3-250 мм,

— труб диаметром 20-400 мм с толщиной стенки 1,5-15 мм,

— профилей сложного сечения сплошных и полых с площадью поперечного сечения до 500 см 2 .

Контрольные вопросы к лекции 9:

1. Чем принципиально характеризуется метод обработки металлов давлением.

2. В чем заключается закон постоянства объема.

3. В чем заключается закон наименьшего сопротивления.

4. В чем заключается закон подобия.

5. Охарактеризуйте сущность процесса прокатки. Дайте классификацию способов прокатки.

6. Охарактеризуйте сущность процесса прессования. Дайте классификацию способов прессования.

7. Какое оборудование и инструменты используют в процессе прокатки.

8. Какое оборудование и инструменты используют в процессе прессования.

9. Охарактеризуйте этапы процесса прессования.

10. Охарактеризуйте этапы процесса прокатки

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.

Виды обработки металлов давлением

К основным видам обработки металлов давлением относятся: прокатка, прессование, волочение, свободная ковка, штамповка.

Прокатка — процесс обжатия металла между вращающимися валками прокатного стана (рис. 17). Рабочим инструментом для прокатки металлов служат валки. Рабочая часть валка, непосред-

Рис. 17. Схемы прокатки:

а — продольная; б — поперечная; в — поперечно-винтовая; 1 — валики; 2 —

заготовка; 3 — дорн

ственно соприкасающаяся с металлом в процессе обработки, называется бочкой. Для прокатки листов, пластин используются валки с гладкой бочкой, для получения фасонного и сортового проката применяются калиброванные валки. На бочке калиброванного валка по окружности выточены канавки (ручьи) требуемой формы. Смежные ручьи при наложении валков одного на другой образуют просветы определенного профиля, называемые калибром. Площадь поперечного сечения последующего меньше предыдущего, последний калибр валков имеет форму, соответствующую окончательному профилю конечного проката.

Валки монтируют в подшипниках на опорах станин. Они получают вращательное движение от электродвигателя. Станины вместе с валками образуют рабочую клеть, которая является главной частью прокатного стана. Предусмотрено специальное устройство для регулирования зазора между валками.

Прокаткой получают заготовки для последующей обработки давлением, резанием, а также готовые изделия (трубы, балки, рельсы и др.), называемые прокатом. Прокат имеет определенный профиль (форма поперечного сечения) и размеры.

Прокат подразделяется на листовой, сортовой (простого профиля — сталь квадратная, круглая, треугольная и др; фасонного профиля — швеллеры, уголки, двутавровые, тавровые балки и др.) и специальный (шестерни, шарики, колесные бандажи).

Прокат в вагоностроении используют в основном как исходный материал для изготовления деталей, не подвергаемых дальнейшей обработке и поступающих непосредственно на сборку.

Листовой прокат применяется для изготовления металлической обшивки кузовов и крыш грузовых и пассажирских вагонов, листов металлического пола вагонов, заготовок для полуднищ котлов цистерн и др. Балки фасонного профиля идут на изготовление рам и каркаса кузова вагонов. Прокатка применяется при изготовлении вагонных колес, осей колесных пар вагонов и др.

Примерами периодического и специального прокатов, применяемых в вагоностроении, могут быть: периодический прокат листов обшивки полувагонов и специальный прокат профилей упорных плит автосцепки, клина автосцепки и др.

Из проката повышенной прочности изготавливаются цилиндрические пружины тележек вагонов.

Метод непрерывного литья с последующей прокаткой используется для получения бесстыкового, т.е. без соединения концов проводов пайкой и сваркой, контактного провода для электрифицированных железных дорог.

Прессование — это выдавливание нагретого металла из закрытого контейнера через отверстия матрицы (рис. 18). Профиль отверстия в матрице соответствует требуемому профилю изделия.

Процесс прессования осуществляется двумя способами: прямым и обратным.

Рис. 18. Схемы прессования:

а — прямое; б — обратное; / — пруток; 2 — матрица; 3 — нагретый слиток; 4 — контейнер; 5 — пресс-шайба; 6 — пуансон

При прямом прессовании нагретая заготовка помещается в замкнутую полость контейнера. На одном конце контейнера закреплена матрица с отверстием, а в другой конец входит пуансон пресса. Под действием давления пуансон выдавливает металл из контейнера через отверстие матрицы. Направление выдавливания металла через отверстие матрицы совпадает с направлением движения пуансона, поэтому прессование называется прямым. Прямое прессование применяется для изготовления труб, прутков, профилей.

При обратном прессовании пуансон делают полым, на его конце крепят матрицу.

Подвижная матрица перемещается вместе с пуансоном и давит на нагретую заготовку, помещенную в контейнере. Металл выдавливается через отверстие матрицы навстречу движению пуансона. При обратном прессовании необходимое усилие прессования меньше на 25—30 %, чем при прямом, так как отсутствует трение металла заготовки о стенки контейнера. Поэтому этот метод применяется для изготовления изделий сплошного сечения. Однако конструкция прессов для прессования усложняется.

Процесс прессования позволяет получать изделия сложных профилей и по сравнению с прокаткой обеспечивает большую точность размеров, что исключает отделочные операции.

Недостатком метода является быстрый износ рабочего инструмента.

Волочение — это протягивание обрабатываемого металла через постепенно сужающееся отверстие, размеры которого меньше сечения материала.

Инструментом для волочения являются волочильные доски (волоки), в которых сделаны отверстия (глазки), через которые протягивается заготовка. Получили распространение доски со вставными глазками-фильерами.

Волочение производится в основном в холодном состоянии, при этом протягиваемый металл наклепывается. Для устранения наклепа применяется рекристаллизационный отжиг.

Исходным материалом для волочения являются горячекатаный сортовой прокат (круглый, квадратный, шестигранный и др.), проволока, трубы.

Свободная ковка — это пластическая деформация нагретого металла под действием последовательных ударов бойка молота или под давлением пресса. Металл деформируется и течет во все стороны в пространстве между бойками и принимает требуемую форму.

Изделия, полученные ковкой, называются поковками. Чаще всего поковка является заготовкой для дальнейшей механической обработки.

Ковка улучшает структуру и механические свойства обрабатываемого металла. Она измельчает зерна, устраняет внутренние пузыри и раковины.

Ковка подразделяется на ручную и машинную. При машинной ковке заготовку укладывают на нижний боек ковочного молота или пресса и деформируют ее с помощью ударов верхнего подвижного бойка ковочного молота или под давлением пресса. Исходным материалом для обработки служит прокат, стальные слитки или специальные кузнечные заготовки.

Наиболее характерными ковочными операциями являются: осадка, протяжка, гибка, прошивка, рубка и кузнечная сварка.

Осадка — уменьшение высоты заготовки за счет увеличения поперечного сечения (шестерни, диски). При неполной осадке осаживается только одно место заготовки (например, головка болта) — операция называется высадка. Увеличение длины заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения называется протяжкой.

Гибка придает заготовке изогнутую форму (кронштейны, скобы, крюки). Для получения отверстия в поковке применяется прошивка.

Рубка служит для разделения заготовки на части. Инструментами для рубки служат топоры различной формы. Соединяют металлические части заготовок кузнечной сваркой.

Штамповка — способ изготовления изделий с помощью штампов, рабочая полость которых определяет конфигурацию обрабатываемой заготовки.

Штамповка бывает объемной и листовой.

Объемная штамповка (рис. 19) применяется для изготовления поковок сложной геометрической формы (заготовок зубчатых колес, дисков, коленчатых валов, шатунов и др.). Чаще всего объемная штамповка выполняется в горячем состоянии. Штампы для горячей штамповки состоят из верхней и нижней частей.

Полость внутри штампа называется ручьем и имеет форму изделия (поковки).

Рис. 19. Схема штамповки заготовки в одноручьевом штампе:

1,4 — верхняя и нижняя части штампа; 2 — исходная заготовка; 3 — облой- ная канавка; 5 — облой

В процессе штамповки нагретая заготовка укладывается в ручей нижней части штампа. При ударах или под давлением верхней части штампа металл течет во все стороны, заполняя полость ручья. При последующих ударах металл уплотняется и заполняет весь ручей. В результате получается поковка, точно воспроизводящая форму ручья штампа. Каждый штамп предназначен для получения только одной определенной поковки.

Простые по форме поковки штампуют в одноручьевых штампах, сложные поковки — в нескольких штампах или в нескольких штамповочных ручьях одного штампа, постепенно приближая форму исходной заготовки к форме и размерам поковки. Штамповкой в одно- или многоручьевых штампах (2—4 ручья) изготовляют такие детали вагонов, как упорная плита, тяговый клин и маятниковые подвески автосцепного устройства, закладки и распорки три- ангелей, серьги центрального подвешивания тележек, многие детали рам и кузовов и др.

Цельнокатаные колеса вагонов производят комбинированным методом ковки и прокатки, а также методом последовательной штамповки в трехсекционном штампе на прессе без применения прокатки.

С помощью горячей штамповки детали вагонов получают в готовом виде или обеспечивают получение форм и размеров поковок, близких к формам и размерам готовых деталей.

Широкое применение горячей штамповки для изготовления деталей вагонов обуславливается ее преимуществами перед свободной ковкой: более высокой производительностью, возможностью получения поковок сложной конфигурации с минимальными припусками на механическую обработку, меньшим расходом металла на изготовление детали.

Листовая штамповка применяется для изготовления из листового или полосового материала плоских или тонкостенных изделий. Обычно выполняется в холодном состоянии. Операции листовой штамповки подразделяются на разделительные и формоизменяющие.

При разделительных операциях происходит отделение частей металла:

• — вырубка — получение заготовки замкнутого контура;
• — пробивка — в детали образуется отверстие нужной формы;
• — отрезка или резка — от листа или полосы отделяется часть металла;
• — надрезка — отделение металла не по всему контуру;
• — просечка — вырубка или пробивка неметаллических материалов.

Формоизменяющие операции изменяют форму заготовки. Плоская или полая заготовка превращается в пространственную деталь необходимой формы.

Формоизменяющими операциями являются:

• — правка — выпрямление изогнутой детали;
• — гибка — плоской заготовке придают изогнутую форму;
• — вытяжка — получение из плоской заготовки полой пространственной детали;
• — отбортовка — образование борта по наружному контуру или в отверстии;
• — закатка — образование кольцевого закругления по контуру изделия.

Основные операции листовой штамповки применяют при изготовлении вагонных деталей из листов и профилей. Например, гибкой получают гнутые профили дуг крыши пассажирских и грузовых вагонов.

Ковка и штамповка выполняются на молотах или прессах.

Молот — машина, придающая поковке заданную форму за счет энергии удара падающих частей. Основной характеристикой молота является вес падающих частей (от 150 кг до 16 т). Чаще всего используются паровоздушные и пневматические молоты.

Паровоздушные молоты применяются для ковки и штамповки. Они работают за счет энергии сжатого воздуха или пара.

Пневматические молоты предназначены в основном для свободной ковки. На прессах производится ковка, горячая и холодная штамповка, прессование. Прессы работают при помощи давления.