К различным видам обработки металлов давлением пластическом состоянии относятся

Все процессы обработки металлов давлением основаны на способности металлических материалов в твердом состоянии изменять форму и размеры под действием приложенных сил, т.е. пластически деформироваться.

Обработка металлов давлением существенно отличается от других видов обработки тем, что в процессе пластического деформирования металл не только приобретает требуемую форму, но и меняет свою структуру и физико-механические свойства.

Процессы обработки металлов давлением подразделяются на две основные группы: процессы металлургического и машиностроительного производства.

К первой группе относят технологии, в основе которых  лежит принцип непрерывности технологического процесса  (прокатка, прессование, волочение).

Продукцию металлургического производства (листы, полосы, ленты, периодический и профильный прокат, трубы, профили,  проволоку и т.п.

) используют как заготовку в кузнечно-штамповочных и механических цехах и как готовую продукцию для создания различных конструкций.

Во вторую группу входят такие процессы, как ковка, объемная штамповка, листовая штамповка и специальные виды  обработки давлением (калибровка, раскатка кольцевых деталей, редуцирование, обтакта, раздача и т.д.) Эти процессы обеспечивают получение заготовок (полуфабриката) и готовых деталей, не требующих последующей механической обработки.

К основным видам обработки металлов давлением относятся следующие технологические процессы:

¨ прокатка  –  технологический процесс, заключающийся в обжатии заготовки между вращающимися валками (рис. 3.1, а);

¨ прессование – заключается в продавливании металла, находящегося в замкнутой форме, через отверстие матрицы. Форма и поперечное сечение выдавленной части заготовки  соответствуют форме и размерам отверстия матрицы, а ее длина пропорциональна отношению площадей поперечного сечения исходной заготовки и выдавленной части и перемещению выдавливающего инструмента (рис. 3.1, б);

¨ волочение – заключается в  протягивании заготовки через сужающую полость матрицы, при этом площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и приобретает форму поперечного сечения отверстия матрицы (рис. 3.1, в);

¨ ковка – технологический процесс формоизменения путем обжатия заготовки между верхним и нижним бойками молота или гидравлического пресса с применением различного инструмента (рис. 3.1, г).

При ковке  течение металла осуществляется в стороны, перпендикулярные к движению деформирующего инструмента, и это не создает значительных сопротивлений течению.

Деформация при ковке носит локальный характер, что позволяет обрабатывать  заготовки сложной формы массой от нескольких грамм до сотен тонн;

• ¨ объемная штамповка – процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которого определяют форму и размеры получаемой заготовки (поковки) (рис.
• 
• 3.1, д);

листовая штамповка – процесс деформации плоской заготовки, толщина которой значительно меньше размеров в плане, с помощью матрицы и пуансона

В машиностроении наибольшее распространение в заготовительном производстве  нашла ковка и объемная штамповка. Перед ковкой и штамповкой исходный металл (слитки, прутки и др.) проходит подготовительную обработку, заключающуюся в зачистке поверхности, разрезке на части, выборе температурного режима и типа нагревательного устройства.

Зачистка металла от поверхностных дефектов предупреждает появление брака в деталях. Применяют следующие способы зачистки: огневую с нагревом и без нагрева, пневмоинструментом, фрезерованием, шлифованием и др.

К современным способам очистки относят иглофрезерование, пескоструйную и дробеструйную обработку.

Разрезку металла на части производят на пилах, ножницах, газоплазменным, электроискровым, анодно-механическим и другими методами.

При ковке формоизменение происходит  в результате течения металла в направлении, перпендикулярном движению деформирующего инструмента-бойка.

Применяемый при ковке инструмент не создает значительного сопротивления течению металла при его деформировании, что выгодно отличает ковку от других видов обработки давлением.

Деформационное течение металла ограничено лишь трением на контактной поверхности инструмента с обрабатываемым материалом.

1. Широкое применение ковки для получения заготовок объясняется рядом ее преимуществ по сравнению с другими видами обработки давлением, в частности:
2. 1) возможно изготовление крупногабаритных поковок массой в несколько сотен тонн, получение которых другими способами невозможно. Причем при обработке таких поковок используется сравнительно маломощное оборудование, так как обработка ведется деформированием отдельных участков заготовки;
3. 2) применение универсального оборудования и универсальной оснастки позволяют получать поковки широкого ассортимента.
4. 3) в процессе ковки значительно улучшается качество металла, повышаются его механические свойства, особенно пластичность и ударная вязкость.
5. К основным недостаткам ковки следует отнести: низкую производительность; значительную трудоемкость изготовления поковок, особенно на прессах; большие напуски, припуски и допускаемые отклонения размеров поковки, что приводит к увеличению объема механической обработки и расхода металла.

Виды обработки металлов давлением

Некоторые виды обработки металлов давлением уже многим известны, однако есть еще масса разновидностей металлообработки, которые получили не такое массовое распространение.

Поговорим сначала обо всех видах обработки давлением металла, а после подробнее остановимся на каждом из них.

Выделяют следующие виды обработки металлов давлением

• Прокатка;
• Ковка;
• Прессование;
• Волочение;
• Объемная штамповка;
• Листовая штамповка;
• Комбинированная обработка металла давлением.

Прокатка металлов давлением

Прокатка необходима для того, чтобы уменьшить поперечное сечение изделия и придать ему заданный чертежом профиль. Изделие при этом зажимается валками, которые вращаются с определенным усилием.

Существует три вида прокатки:

• Продольная – деталь пропускают между вращающимися в разные стороны валками, тем самым изделие обжимается до толщины расстояния между этими валками.
• Поперечная – метод, призванный обрабатывать изделия в форме шара, конуса, цилиндра и прочих тел вращения.
• Поперечно-винтовая – в основном применяется данный способ для создания и обработки полых деталей.

Ковка металлов

Ковка часто используется для обработки металла и относится к высокотемпературным процессам. Изделие нагревается до высокой температуры, зависящей от качества и вида металла, а затем подвергается деформации с помощью молотов, гидравлических, паровых или пневматических систем.

К ковке относится и штамповка – это способ металлообработки, при котором нагретый металл ограничен матрицей и может принимать лишь ее форму. Ковка распространена в качестве мелкосерийного производства.

Прессование металлов

Хрупкие металлы можно обработать с помощью прессования. Этот метод заключается в том, что металл пропускается через матрицу в специальную полость.

Благодаря прессованию в промышленности получают детали на автомобили, для сфер авиа-, судостроения и многих других отраслей.

Матрицы для этого способа обработки давлением изготовлены из жаропрочных штамповых деталей.

Волочение металлов

При волочении используется, как правило, круглое металлическое изделие, которое проводится через специальный пресс, называемый волокой. Хорошим примером волочения является изготовление проволоки.

Волочение бывает:

• горячим и холодным,
• однократным и многократным,
• сухим и мокрым (с использованием мыльного порошка или эмульсии соответственно),
• черновым и чистовым.

Объемная штамповка металлов

В данном методе обработки металла ключевым объектом является штамп, через который проходит металл. Он ограничен со всех сторон полостями, поэтому без труда принимает нужную форму. Штампы бывают открытые и закрытые.

Открытые штампы имеют специальный зазор для выдавливания избыточного металла. Закрытые типы штампов такого зазора не имеют.

Листовая штамповка металлов

Последним из всех видов обработки металла давлением является листовая штамповка. Она представляет собой процесс создания формы металла в виде листа, полоски или ленты после прокатки.

Листовая штамповка может проводиться двумя способами:

• разделительным;
• формообразующим.

Разделительный способ представляет собой нарезку, пробивку или вырубку изделия, а формообразующий – чеканку, вытяжку, раздачу и прочее.

Для листовой штамповки необходим гидравлический или кривошипный пресс. Основное усилие в этих прессах создает штамп, в составе которого есть пуансоны и матрицы, воздействующие на металлическую деталь.

Чаще всего механическая обработка металла после проведения подобных работ по штамповке не требуется. Это обусловлено тем, что матрицы и пуансоны имеют четкие параметры и строго рассчитаны.

Листовая штамповка – это один из самых точных методов обработки металлов давлением. Именно поэтому она применяется во всех отраслях промышленности и металлургии – начиная авиа-, судо- и автомобилестроением, заканчивая микроэлектроникой.

Различные виды обработки металлов на выставке

• На международной выставке «Металлообработка», которая пройдет в ближайшее время в ЦВК «Экспоцентр», будут представлены многие виды оборудования для металлообработки, среди которых можно будет увидеть и приборы для обработки металла давлением.
• Новые технологии со всей Европы продемонстрируют передовые специалисты по металлургии и металлообработке.
• Выставка собирает специалистов со всего мира для того, чтобы поделиться новинками в сфере машиностроения и оценить безотказное и новейшее оборудование, предназначенное для различной обработки металлических изделий.
• Посещение подобных мероприятий поможет быстрее разобраться с принципами металлообработки давлением.

Холодная и горячая обработка металлов давлениемСуть процесса литья металлов под давлениемОбработка металлов давлением

Обработка металлов давлением | это… Что такое Обработка металлов давлением?

Обработка металлов давлением — технологический процесс получения заготовок или деталей в результате силового воздействия инструмента на обрабатываемый материал.

Виды обработки металлов давлением

Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяют на два вида:

• для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления из них деталей — только обработкой резанием или с использованием предварительного пластического формоизменения, основными разновидностями таких процессов являются прокатка, прессование и волочение;
• для получения деталей или заготовок (полуфабрикатов), имеющих приближённо формы и размеры готовых деталей и требующих обработки резанием лишь для придания им окончательных размеров и получения поверхности заданного качества; основными разновидностями таких процессов являются ковка и штамповка.

Прокатка

Прокатка — процесс пластического деформирования тел, между вращающимися приводными валками.

Прессование

Прессование заключается в продавливании заготовки, находящейся в замкнутой форме, через отверстие матрицы, причём форма и размеры поперечного сечения выдавленной части заготовки соответствуют форме и размерам отверстия матрицы.

Волочение

Волочение заключается в протягивании заготовки через сужающуюся полость матрицы; площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и получает форму поперечного сечения отверстия матрицы.

Ковка

Ковкой изменяют форму и размеры заготовки путём последовательного воздействия универсальным инструментом (бойками) на отдельные участки нагретой заготовки.

Штамповка

Штамповочный пресс

Штамповкой изменяют форму и размеры заготовки с помощью специализированного инструмента — штампа (для каждой детали изготовляют свой штамп), который состоит из матрицы, пуансона и дополнительных частей. Различают объёмную и листовую штамповку.

При объёмной штамповке в качестве заготовки используют сортовой металл, разрезаемый на заготовки.

На заготовку в процессе объемной штамповки воздействуют специализированным инструментом — пуансоном, при этом металл заполняет полость матрицы, приобретая её форму и размеры.

Листовая штамповка

Листовой штамповкой получают плоские и пространственные полые детали из заготовок, у которых толщина значительно меньше размеров в плане (лист, лента, полоса). Обычно заготовка деформируется с помощью пуансона и матрицы.

Комбинации

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

Классификация видов обработки металлов давлением, их сущность и область применения

• Пластическое
  деформирование в обработке металлов
  давлением осуществляется при различных
  схемах напряженного и деформированного
  состояний, при этом исходная заготовка
  может быть объемным телом, прутком,
  листом.
• По назначению
  процессы обработки металлов давлением
  группируют следующим образом:
• – для
  получения изделий постоянного поперечного
  сечения по длине (прутков, проволоки,
  лент, листов), применяемых в строительных
  конструкциях или в качестве заготовок
  для последующего изготовления деталей
  – прокатка, волочение, прессование;
• – для
  получения деталей или заготовок, имеющих
  формы и размеры, приближенные к размерам
  и формам готовых деталей, требующих
  механической обработки для придания
  им окончательных размеров и заданного
  качества поверхности – ковка, штамповка.
• Основными
  схемами деформирования объемной
  заготовки являются:
• – сжатие между
  плоскостями инструмента – ковка;
• – ротационное
  обжатие вращающимися валками – прокатка;
• – затекание металла
  в полость инструмента – штамповка;
• – выдавливание
  металла из полости инструмента –
  прессование;
• – вытягивание
  металла из полости инструмента –
  волочение.

Характер
пластической деформации зависит от
соотношения процессов упрочнения и
разупрочнения. Губкиным С.И. предложено
различать виды деформации и, соответственно,
виды обработки давлением.

Горячая
деформация
– деформация, после которой металл не
получает упрочнения. Рекристаллизация
успевает пройти полностью, новые
равноосные зерна полностью заменяют
деформированные зерна, искажения
кристаллической решетки отсутствуют.
Деформация имеет место при температурах
выше температуры начала рекристаллизации.

Неполная
горячая деформация
характеризуется незавершенностью
процесса рекристаллизации, которая не
успевает закончиться, так как скорость
ее недостаточна по сравнению со скоростью
деформации.

Часть зерен остается
деформированными и металл упрочняется.
Возникают значительные остаточные
напряжения, которые могут привести к
разрушению.

Такая деформация наиболее
вероятна при температуре, незначительно
превышающей температуру начала
рекристаллизации. Ее следует избегать
при обработке давлением.

При
неполной
холодной деформации
рекристаллизация не происходит, но
протекают процессы возврата. Температура
деформации несколько выше температуры
возврата, а скорость деформации меньше
скорости возврата. Остаточные напряжения
в значительной мере снимаются,
интенсивность упрочнения снижается.

При
холодной
деформации
разупрочняющие процессы не происходят.
Температура холодной деформации ниже
температуры начала возврата.

Холодная
и горячая деформации не связаны с
деформацией с нагревом или без нагрева,
а зависят только от протекания процессов
упрочнения и разупрочнения. Поэтому,
например, деформация свинца, олова,
кадмия и некоторых других металлов при
комнатной температуре является с этой
точки зрения горячей деформацией.

Получение
машиностроительных профилей. Прокатка

Форма
поперечного сечения называется профилем
проката. Совокупность профилей различной
формы и размеров — сортамент.

В
зависимости от профиля прокат делится
на четыре основные группы: листовой,
сортовой, трубный и специальный. В
зависимости от того нагретая или холодная
заготовка поступает в прокатные валки
– горячий и холодный.

Листовой
прокат из
стали и цветных металлов подразделяется
на толстолистовой (4…60 мм), тонколистовой
(0,2…4мм) и жесть (менее 0,2 мм). Толстолистовой
прокат получают в горячем состоянии,
другие виды листового проката – в
холодном состоянии.

1. Прокатку листов
   и полос проводят в гладких валках.
2. Среди сортового
   проката различают:
3. – заготовки круглого, квадратного и
   прямоугольного сечения для ковки и
   прокатки;
4. – простые сортовые профили (круг,
   квадрат, шестигранник, полоса, лента);
5. фасонные сортовые профили:
6. – профили общего назначения (уголок,
   швеллер, тавр, двутавр);
7. – профили отраслевого назначения
   (железнодорожные рельсы, автомобильный
   обод);
8. – профили специального назначения
   (профиль для рессор, напильников).

Трубный
прокат
получают на специальных трубопрокатных
станах. Различают бесшовные горячекатаные
трубы диаметром 25…550 мм и сварные
диаметром 5…2500 мм.

Трубы
являются продуктом вторичного передела
круглой и плоской заготовки.

Общая
схема процесса производства бесшовных
труб предусматривает две операции: 1–
получение толстостенной гильзы
(прошивка); 2 – получение из гильзы
готовой трубы (раскатка).

Первая
операция выполняется на специальных
прошивочных станах в результате
поперечно-винтовой прокатки. Вторую
операцию выполняют на трубопрокатных
раскатных станах различных конструкций:
пилигримовых, автоматических и др.

Схема прокатка
труб на пилигримовом стане представлена
на рис. 8.1.

Рис.8.1. Схема прокатки труб на пилигримовом
стане

В
толстостенную гильзу 1
вводят оправку (дорн) 2
подающего
механизма, длина которой больше длины
гильзы. Гильза перемещается к валкам
3,
калибр которых разделяется на две части:
рабочую и холостую. Рабочая часть валка
имеет рабочий и калибрующий участки.

Процесс
работы заключается в периодической
подаче на определенную длину гильзы
вместе с оправкой в зазор между валками
в момент совпадения холостой части
обоих валков (рис.8.1.а). Затем выполняется
процесс прокатки, и гильза перемещается
в направлении вращения валков, т.е.
обратном ходу прокатываемой трубы (рис.
8.1.б).

При этом рабочий участок обжимает
гильзу по диаметру и толщине стенки, а
калибрующий участок обеспечивает
выравнивание диаметра и толщины стенки.
После выхода из рабочей части оправка
с гильзой продвигаются вперед,
поворачиваясь на 90 0
вокруг продольной оси.

По окончании
прокатки валки разводят, и подающий
механизм обратным ходом вытягивает
оправку из трубы.

Сварные
трубы изготавливают на трубосварочных
агрегатах различными способами: печной
сваркой, контактной электросваркой и
др. из полос – штрипсов. Процесс получения
трубы состоит из получения заготовки
в виде свернутой полосы и сварки ее в
трубу.

Особое
место занимают станы спиральной сварки.
Трубы получают завивкой полосы по
спирали на цилиндрических оправках с
непрерывной сваркой спирального шва
автоматической сварочной головкой.
Формовка осуществляется путем
пластического изгиба в плоскости,
расположенной под углом α к продольной
оси.

Преимущества
способа состоят в следующем: диаметр
трубы не зависит от ширины исходного
полосы, так как он определяется и углом
подъема спирали; спиральный шов придает
трубе большую жесткость; спирально-сварные
трубы имеют более точные размеры.

Специальные виды
проката.

Периодический
профиль –
профиль, изменяющийся по определенному
закону, повторяющемуся по длине.
Периодические профили получают
продольной, поперечной и винтовой
прокаткой.

При
продольной периодической прокатке
получают профили с односторонним
периодом, с двухсторонним совпадающим
периодом, с несовпадающим верхним и
нижним периодом. Окончательную форму
изделию придают за один проход.

Длина
периода профиля определяется длиной
окружности валка.

При каждом обороте
валков из них должен выходить отрезок
полосы с целым числом периодов, поэтому
наибольшая длина периода не может быть
больше длины окружности валков.

Поперечная прокатка
периодических профилей характеризуется
тем, что заготовка и готовый профиль
представляют собой тела вращения. Схема
прокатки на трехвалковом стане
представлена на рис.8.2.

Рис. 8.2. Схема прокатки на трехвалковом
стане

Прокатка
осуществляется дисковыми или коническими
валками, расположенными под углом 120 º
друг
к другу. Валки могут быть установлены
с некоторым перекосом. Способ заключается
в том, что три приводных валка 1
вращают заготовку 2,
которая принудительно перемещается в
осевом направлении со значительным
натяжением.

Гидравлическое устройство
перемещает зажимной патрон 3
вместе с металлом в направлении рабочего
хода. Во время прокатки валки сближаются
и разводятся на требуемый размер
гидравлической следящей системой в
соответствии с заданным профилем
копировальной линейки или системой ЧПУ
по заранее заданной программе.

Переход
от одного профиля к другому осуществляется
без замены валков, только за счет смены
копира или программы.

Рис 8.3. Схема прокатки шестерни с осевой
подачей заготовки

Поперечной
прокаткой накатывают зубья шестерен
между двумя вращающимися валками.
Возможны два способа обработки зубьев:
с осевой подачей обрабатываемой заготовки
(прутковая прокатка) и прокатка с
радиальной подачей валков (штучная
прокатка). Прутковая прокатка шестерен
(рис. 8.

3) применяется для обработки
прямозубых и косозубых шестерен с
небольшими модулями (до 6 мм) и диаметром
до 200 мм.

Образование зубьев при прокатке
осуществляется перемещением нагретой
в кольцевом индукторе 2
заготовки 1
между двумя вращающимися зубчатыми
валками 3,
модуль которых равен модулю прокатываемой
шестерни 4.

В
начале прокатки заготовка приводится
во вращение дополнительным зубчатым
колесом, находящимся в зацеплении с
валками. После выхода из зацепления
шестерня вращается валками.

Станы
винтовой прокатки широко применяют для
прокатки стальных шаров диаметром
25…125 мм. Схема прокатки представлена
на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Схема прокатки шаров

Валки
2
и 4
вращаются в одном направлении, в
результате заготовка 1
получает вращательное движение. Для
осевого перемещения оси валков располагают
под углом к оси вращения. От вылета из
валков заготовка предохраняется
центрирующими упорами 3.
В валках нарезают винтовые калибры.

По
характеру деформации калибр разделяется
на формующий участок, где осуществляется
захват заготовки и ее постепенное
обжатие в шар, и отделочный участок, где
придаются точные размеры шару и происходит
его отделение от заготовки. Диаметр
валков в 5…6 раз превышает диаметр
прокатываемых шаров, и составляет
190…700 мм.

Производительность стана
определяется числом оборотов валков,
так как за один оборот существуют станы
для прокатки ребристых труб, для накатки
резьб и т.д.

Сущность и схема процесса. Прокатка
– процесс обжатия заготовки между
вращающимися валками с целью придания
ей требуемой формы и размеров. Различают
три способа прокатки: продольную,
поперечную и поперечно-винтовую (косую).

Основным способом, при помощи которого
производится до 90 % всего проката в
стране, является продольная прокатка
(рис. 8.6.), в процессе которой металл
подвергается обжатию между вращающимися
навстречу друг другу параллельными
валками. При этом уменьшается высота
сечения, увеличивается длина и в некоторой
степени ширина прокатываемой полосы.

Валки могут быть цилиндрическими
гладкими, тогда прокат получается в
виде полос и листов, либо с канавками
(ручьями) различной формы, тогда получается
профильный прокат – квадрат, круг,
шестигранник, рельс и др.

Процесс прокатки осуществляется
следующим образом. Полоса высотой Н
(рис. 8.5.) силами трения, возникающими
между ее поверхностью и поверхностями
валков, втягивается в щель между валками,
высота которой меньше начальной высоты
полосы, и обжимается до размера h.
Разность между начальным Н и конечным
h размерами полосы
называется абсолютным обжатием.

Рис. 8.5. Продольная прокатка

Процесс прокатки возможен только в том
случае, если угол а, называемый углом
захвата, не превышает некоторой величины,
определяемой коэффициентом трения
между металлом и валками. Прокатку
желательно вести с максимальными углами
захвата с целью увеличения разового
обжатия, и следовательно, производительности
прокатного стана.

Контакт металла с валками происходит
по дуге ab, называемой
дугой захвата. Металл деформируется в
зоне, ограниченной плоскостями входа
ad и выхода bс
и дугами захвата. Этот объем металла
называется очагом или зоной
деформации.

Одновременно с уменьшением
сечения полосы и увеличением ее длины
наблюдается некоторое увеличение ее
поперечных размеров, называемое
уширением. Величина уширения зависит
от величины обжатия, диаметра валков,
коэффициента трения и пр.

Уширение
влияет на точность и качество прокатываемых
профилей. При малой его величине калибр
не будет заполняться, и возможно получение
не полностью оформленного профиля. Если
уширение будет значительно больше
расчетного, образуется излишек металла
по ширине.

Он будет выдавливаться в
зазор между валками и образовывать
заусенцы.

Основные виды обработки металлов давлением, основанных на механическом свойстве

Обработка металлов давлением — это технология воздействия на материал, позволяющая изменить форму и габариты продукта, а также его физические свойства.

Пластическая деформация выполняется разными методами, но все они направлены на создание изделий, соответствующих требуемым параметрам.

Высокая скорость обработки металлических заготовок посредством давления обеспечивает повышенную результативность труда по сравнению с другими технологиями.

В качестве исходных материалов при обработке давлением используются стальные слитки, сортовой прокат, продукты из стали и сплавов цветных металлов. Технология активно применяется для выпуска изделий, востребованных в автомобилестроительной, машиностроительной, авиационной и прочих отраслях промышленности.

Виды

Упругость – общая характеристика всех металлов, являющаяся наиболее важной.

Это свойство, которое позволяет веществу возвращаться в исходную форму после воздействия на него силы давления. Если она превышает предел упругости обрабатываемого материала, его атомы займут устойчивое положение и не вернутся в исходную форму. Такое свойство обозначается термином «пластическая деформация».

  Титан в природе (0,6% в Земной коре)

Выделяют следующие виды обработки металлов давлением, в зависимости от применяемых для этого температур:

• Горячая. Если температура рекристаллизации ниже температуры заготовки;
• Холодная. Если температура рекристаллизации выше температуры заготовки.

В современной промышленности могут использовать следующие способы обработки металлов давлением:

• ковку;
• прокатку;
• волочение;
• прессование;
• объемную или листовую штамповку.

Прокатку, прессование и волочение используют для получения изделий с постоянным поперечным сечением по длине, которые применяются как заготовки для дальнейшего производства деталей, или как элементы для строительных конструкций.

Штамповка и ковка применяются для изготовления элементов, являющихся приближенными по форме и размерам к готовым деталям, но требующих последующей механической доработки.

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

Ковка

Ковка – наиболее простой способ ОМД. В технологии используются универсальные инструменты простой формы (плоские бойки) и гидравлический пресс. Это высокотемпературная операция. Деталь предварительно нагревают. Температура нагрева зависит от характеристик конкретного вещества.

Разогретую до необходимой температуры деталь вставляют между бойками, которые представляют собой две параллельные плиты. Верхний боек может двигаться, нижний является неподвижным.

Если при ковке используется молот, после размещения детали по ней наносятся удары верхним бойком. В случае использования гидравлического пресса, деталь медленно сжимается бойками.

Для устранения выпуклостей ее помещают на ребро и повторяют процедуру.

При использовании данной разновидности технологии образуется локальная деформация, что позволяет использовать исходный материал сложной формы. При ковке могут использоваться заготовки массой от нескольких грамм до нескольких сотен тонн. По этой технологии можно создавать судовые валы (массой более ста двадцати тонн), прокатные валки (до пятидесяти тонн).

Прессование и волочение металлов

В металлургии, электротехнической и судостроительной промышленности широко используется обработка металла волочением. Этот способ предполагает протягивание прутков через отверстие с меньшими выходными размерами, чем исходное сечение прутка.

Таким образом изготавливают тонкую проволоку диаметром до 0,002 мм, прутки диаметром до 100 мм, тонкостенные трубы. Данный метод подходит для обработки различных сталей и сплавов, любых цветных металлов (золота, серебра, меди, алюминия) и их сплавов.

Благодаря изготовлению волочением изделий круглого и фасонного сечений удается добиваться высокой точности и чистоты, недостижимых при прокатке.

Обычно волочение осуществляют при комнатной температуре, когда пластическая деформация сопровождается наклепом. Последний, совместно с термической обработкой, позволяет улучшить механические свойства материала. Данная технология работы предполагает такие этапы:

• предварительный отжиг заготовок, позволяющий добиться мелкозернистой структуры металла и повысить его пластичность;
• травление заготовок в подогретом растворе серной кислоты, чтобы устранить окалину, провоцирующую повышенный износ матрицы;
• заострение концов заготовок в ковочных вальцах или под молотом для пропуска через отверстие матрицы и захвата клещами стана;
• волочение;
• отжиг для устранения наклепа;
• отделка готовой продукции, которая состоит из обрезки концов, правки, резки на мерные длины, пр.

  Масла, используемые для поршневых и винтовых компрессоров.

Исходным материалом при волочении являются катаные и прессованные заготовки. Тогда как роль инструментов играют матрицы (волоки или фильеры), волочильные доски, кольца и оправки из инструментальных сталей и твердых сплавов. Для изготовления этим способом тончайшей проволоки выбирают алмазные волоки, обладающие повышенными твердостью и стойкостью.

Прокатка

При прокатке вещество деформируется во время прохождения через вращающиеся валки. Сначала при помощи силы трения деталь втягивается между валков.

После этого она проходит между ними, деформируясь и приобретая во время прохождения необходимую форму. В процессе производства используется специальная машина – прокатный стан.

Обработка металлов давлением преследует две цели: придание детали заданного профиля и уменьшение ее поперечного сечения.

Выделяют три способа прокатки:

• продольная. Наиболее распространенный способ. Заготовку пропускают между валками. Ее толщина уменьшается до размеров зазора между используемыми валками;
• поперечная. Данным способом обрабатывают втулки, шары, цилиндры. Поступательное движение в процессе прокатки отсутствует;
• полые предметы изготовляются путем применения поперечно-винтовой прокатки.

Этими видами прокатки широко пользуются в современной промышленности. Так, прокатке поддается около восьмидесяти процентов всей выплавляемой сегодня стали. Таким способом изготавливаются блюмы, балки, трубы, рельсы, слябы, круглые и квадратные профили, шестерни и т.п.

Существуют различные виды обработки материалов давлением:

• прокатка;
• ковка;
• прессование;
• волочение;
• объемная штамповка;
• листовая штамповка;
• комбинированные методы.

Обработка металлов давлением: прокатка

Прокаткой называется вид пластической обработки, в процессе которого исходная заготовка обжимается вращающимися валками стана прокатного. Целью операции является уменьшение поперечного сечения заготовки и придания ей заданного профиля.

Способы прокатки

Существует три способа прокатки металла:

• продольная: самый распространенный способ прокатки. Суть его заключается в следующем: заготовка пропускается между валками, вращающимися в разные стороны, при этом она обжимается до толщины, равной зазору между валками;
• поперечная: применяется для обработки тел вращения (шаров, цилиндров, втулок и пр.). Заготовка при этом не имеет поступательного движения;

• поперечно-винтовая: нечто среднее между двумя предыдущими способами. Применяется для изготовления полых заготовок.

Ковка

Ковка относится к высокотемпературным операциям. Заготовка предварительно нагревается до ковочной температуры, зависящей от конкретной марки металла.

Способы ковки:

• ковка на молотах (пневматических, гидравлических и паровых);
• штамповка;
• ручная ковка.

Машинная (на молотах) и ручная ковка является свободной, так как металл при воздействии на него инструмента ничем не ограничен.

Штамповка свободной не является, так как заготовка находится в матрице штампа (т. е. ограничена со всех сторон). В результате штамповки металл принимает форму полости матрицы.

Волочение

Под волочением подразумевается способ изменения металла давлением, во время которого деталь протягивают через фильеру.

В зависимости от конкретных условий, она может предварительно нагреваться. В зависимости от цели, заготовка может поддаваться волочению один раз, или проходить через несколько фильер, что подразумевает постепенное уменьшение ее поперечного сечения.

В большинстве случаев таким способом обрабатывают прокатные материалы. Волоки, через которые осуществляется волочение, могут состоять из алмаза, твердых сплавов или инструментальной стали.

Для проведения процедуры происходит захват заостренного конца прутка клещами, с помощью которых и осуществляется волочение.

Этот метод обработки металла давлением используется для изготовления проволоки (толщиной от нескольких микрометров до шестнадцати миллиметров), тонкостенных труб и других пустотелых профилей.

  Ручная и автоматическая штамповка

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.
• Важно знать: Новые и старые способы резки металла

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.