Основные способы обработки металлов давлением

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:

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.

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.

Общие сведения об обработке металлов давлением

Вопросы:

1. Сущность обработки металлов давлением, ее основ­ные виды.

2. Холодная и горячая обработка давлением. Обрабаты­ваемые материалы.

3. Преимущества перед литейным про­изводством и обработкой резанием.

1. Обработка давлением основана на способности металлов необратимо изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Она обеспечивает получение заготовок для производства деталей, а в некоторых случаях и самих деталей требуемых форм и размеров с необходимыми механическими и физическими свойствами.

Обработка давлением – прогрессивный, экономичный и высокопроизводительный способ металлообработки, развивающийся в направлении максимального приближения форм и размеров заготовки к форме и размерам детали, что обеспечивает лучшее использование металла, сокращение трудоёмкости последующей обработки резанием и уменьшением себестоимости продукции.

При производстве металлических изделий широко применяют обработку металлов давлением как в горячем состоянии, так и в холодном. Основными способами обработки металлов давлением являются прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка.

Прокатка – один из важных способов обработки давлением, которым обрабатывается более 75% выплавляемой стали.

Прокатка осуществляется захватом заготовки 2 (рис. 22, а) и деформации ее между вращающимися в разные стороны валками 1 прокатного стана; при этом толщина заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличиваются. Валки имеют гладкую поверхность для прокатки листов или вырезанные ручьи, составляющие калиб­ры, для получения круглой или квадратной полосы, рельсов и т. д.

Волочение – процесс, при котором заготовка 2 (рис. 22, б) протягивается на волочильном стане через отверстие инструмен­та 1, называемого волокой; при этом поперечное сечение заготовки уменьшается; а длина ее увеличивается.

Рис. 22 Схемы основных способов обработки металлов давлением:

а – прокатка; б – волочение; в – прессование; г – ковка; д – объ­емная штамповка; е – листовая штамповка

Прессование представляет собой выдавливание заготовки 4 (рис. 22, в), помещенной в специальный цилиндр – контейнер 3,через отверстие матрицы 5, удерживаемой матрицедержателем 6;выдавливание производят при помощи пресс – шайбы 2 и пуансона 1. В зависимости от формы и размеров отверстия матрицы получают разнообразные изделия.

Ковка металла заключается в обжатии заготовки 2 (рис. 22, г) между верхним 1 и нижним 3 бойками молота с применением раз­нообразного инструмента. Свободной ковкой получают поковки раз­личных размеров простой или сложной формы на молотах или прессах.

Штамповка – процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которых определяют форму и разме­ры получаемой поковки. Различают объемную и листовую штам­повку.

При объемной штамповке (рис. 22, д) на горячештамповочных молотах и прессах заготовка 2 деформируется в штампе 1. Листовая штамповка (рис. 22, е) осуществляется на холодноштамповочных прессах. При помощи пуансона 1, прижима 2, матрицы 3 листовая заготовка 4 превращается в изделие.

2. Различают горячую и холодную обработки металлов давлением.

Горячая обработка металлов давлением характеризуется явлениями возврата и рекристаллизации, отсутствием упрочнения (наклёпа); механические и физико-химические свойства металла изменяются сравнительно мало. Пластическая деформация не создаёт полосчатости (неравномерности) микроструктуры, но приводит к образованию полосчатости макроструктуры у литых заготовок (слитков) или к изменению направления волокон макроструктуры (прядей неметаллических включений) при обработке металлов давлением заготовок, полученных прокаткой, прессованием и волочением. Полосчатость макроструктуры создаёт анизотропию механических свойств, при которой свойства материала вдоль волокон обычно лучше его свойств в поперечном направлении.

При холодной обработке металлов давлением процесс пластической деформации сопровождается упрочнением, которое изменяет механические и физико-химические характеристики металла, создаёт полосчатость микроструктуры и также изменяет направление волокон макроструктуры. При холодной обработке металлов давлением возникает текстура, создающая анизотропию не только механических, но и физико-химических свойств металла. Используя влияние обработки металлов давлением на свойства металла, можно изготавливать детали с наилучшими свойствами при минимальной массе.

Для получения заготовок обработкой давлением используют различные деформируемые материалы: углеродистые, легированные и высоколегированные стали, жаропрочные сплавы, сплавы на основе алюминия, меди, магния, титана, никеля и др.

Исходными заготовками для обработки металлов дав­лением являются плоские и круглые слитки разных раз­меров и массы из стали и цветных сплавов.

До обработки давлением слитки подвергают механи­ческой обработке, которая заключается в отрезке при­быльной и донной частей и очистке поверхности от ли­тейных пороков.

Размеры и масса слитков зависят от их назначения. Цилиндрические слитки предназначаются для изготовле­ния прутков, профилей и труб. Их получают главным об­разом методом непрерывного литья. Плоские слитки при­меняют для изготовления различных поковок, листов, лент, полос и т. п.

3. Существенные преимущества обработки металлов давлением по сравнению с литейным производством и обработкой резанием – возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышения производительности труда, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т. д.) при наименьшей их массе.

Эти и другие преимущества обработки металлов давлением (отмеченные ниже) способствуют неуклонному росту ее удельного веса в металлообработке. Совершенствование технологических процессов обработки металлов давлением, а также применяемого оборудования позволяет расширять номенклатуру деталей, изготовляемых обработкой давлением, увеличивать диапазон деталей по массе и размерам, а также повышать точность размеров полуфабрикатов, получаемых обработкой металлов давлением.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Обработка металлов давлением

Сущность и значение процессов обработки металлов давлением

Способность металлов принимать пластическую дефор­мацию в горячем и холодном состоянии широко использу­ется в технике. При этом изменение формы осуществляет­ся преимущественно с помощью давящего на металл инст­румента, поэтому получение изделий таким способом называется обработкой металла давлением, или пластичес­кой обработкой.

Обработка металла давлением представляет собой важ­ный технологический процесс. При этом обеспечивается не только придание слитку или заготовке необходимой фор­мы и размеров, но совместно с другими видами обработки существенно улучшаются механические и другие свойства металлов.

Обработка металлов давлением основана на использо­вании пластичности металлов, способности твердого тела под действием внешних сил необратимо изменять форму без разрушения.

Процессы обработки давлением отличаются высокой производительностью. Так, при прокатке скорость выпус­ка готовой продукции составляет до 20-30 м/с, при горя­чей объемной штамповке за одну минуту на штамповоч­ном молоте или прессе изготавливают 2—3 поковки, при холодной листовой штамповке на одном прессе-автомате в одну минуту изготовляют до 1500 мелких деталей.

Основные виды обработки металлов давлением

Процессы обработки металлов давлением включают прокатку, волочение, прессование, объемную ковку и лис­товую штамповку.

Прокатка — процесс, при котором заготовка под дей­ствием сил трения втягивается в зазор между вращающи­мися валками и пластически деформируется ими (рис. 14).

Волочение — процесс протягивания катанного или прессованного прутка (или трубы) через постепенно сужа­ющееся отверстие в инструменте, называемом волочильной матрицей.

Прессование — процесс выдавливания металла из замк­нутой полости контейнера через матрицу, площадь отвер­стия которой меньше площади поперечного сечения исход­ной заготовки.

Ковка — процесс горячей обработки металлов давле­нием при помощи бойков или универсального подкладного инструмента. При ковке металл заготовки пластически де­формируется, постепенно приобретая заданную форму, раз­меры и свойства.

Объемная штамповка — придание заготовке заданной формы и размеров путем принудительного заполнения ма­териалом рабочей полости штампа. В отличие от ковки пластическое течение при штамповке ограничивается стен­ками матрицы.

Различают горячую и холодную объемную листовую штамповку.

Обработка металла волочением, т. е. протягивание прутка через отверстие, выходные размеры которого мень­ше, чем исходное сечение прутка, находит широкое при­менение в металлургической, кабельной и машинострои­тельной промышленности. Волочением получают проволо­ку с минимальным диаметром 0,002 мм, прутки диаметром до 100 мм, причем не только круглого сечения, трубы, главным образом небольшого диаметра с тонкой стенкой.

В результате волочения поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина увеличивается.

Волочением обрабатывают стали разнообразного хими­ческого состава, а также практически все цветные метал­лы и их сплавы.

Волочение выгодно отличается от механической обра­ботки металла резанием, так как при этом отсутствуют отходы металла в виде стружки, а сам процесс производи­тельнее и менее трудоемок.

Технологический процесс волочения состоит из трех ос­новных стадий: подготовка металла (очистка от окалины, нанесение смазки, заделка концов), волочение по опреде­ленному режиму и отделка (удаление дефектов, правка, резка на мерные длины, маркировка, консервационная смазка и пр.).

Ковка и штамповка металла

Ковкой и штамповкой изготовляют металлические из­делия — поковки, из которых затем получают детали, иду­щие на сборку машин, приборов, агрегатов и т. д. В ряде случаев штамповкой получают непосредственно готовые детали.

Поковки отличаются от детали припуском — опреде­ленным слоем металла поковки, снимаемом при последую­щей механической обработке,

Ковку и штамповку применяют почти во всех отрас­лях промышленности и особенно в машиностроении. Про­цессы штамповки имеют также важное значение при про­изводстве неметаллических изделий.

Обработка металлов резанием

Резание металлов – это обработка металлов снятием стружки для придания изделию заданной формы, размеров и обеспечения определенного технологического качества поверхности. Резание металлов осуществляется на металлорежущих станках или вручную с помощью металлорежущего инструмента.

На машиностроительных заводах до 40–60 % деталей машин получают в результате обработки заготовок на металлорежущих станках.

В процессе обработки исходная заготовка и режущий инструмент получают рабочее движение от механизмов металлорежущих станков и перемещаются относительно друг друга. Для осуществления обработки резанием необходимо сочетание двух видов движения: главного движения резания и движения подачи.

Наиболее распространенными видами обработки металлов резанием явл-ся: точение, сверление, фрезерование, строгание, шлифование.

Обработку металлов резанием производят на металлорежущих станках при помощи режущего инструмента – однолезвийного (резцы) и многолезвийного с двумя и более режущими кромками (сверла, зенкеры, развертки и др.). Инструменты, изготовленные из абразивных материалов (например, шлифовальные круги), обеспечивают высокую точность обработки и относятся к многолезвийным, так как они имеют множество острых режущих кромок.

Точение (токарная обработка) – обработка наружных и внутренних поверхностей тел вращения резанием – характеризуется вращательным движением заготовки и поступательным движением режущего инструмента – резца. Разновидности точения: обтачивание, растачивание, подрезание, разрезание. При точении заготовке сообщается главное движение резания, а инструменту – движение подачи.

Сверление – широко распространенный метод получения отверстий резанием. Главное движение при сверлении – вращательное, а движение подачи – поступательное. Оба движения при сверлении отверстий на сверлильных станках сообщаются инструменту – сверлу. При сверлении отверстие получается небольшой точности, с шероховатой поверхностью, поэтому предварительно просверленные отверстия обрабатывают зенкером (зенкерование) и разверткой (развертывание).

Фрезерование – процесс обработки изделий многолезвийным режущим инструментом – фрезой. По сравнению с процессом точения, при фрезеровании в работе одновременно участвует несколько лезвий, поэтому фрезерование является более производительным способом обработки, чем точение. Каждый зуб фрезы работает периодически, а корпус – ее большей частью.

Строгание – предназначено для обработки длинных плоских поверхностей. Оно выполняется при прямолинейном возвратно-поступательном движении резца или заготовки – это движение является главным. После каждого двойного хода заготовка или резец перемещаются в поперечном направлении, совершая тем самым движение поперечной подачи.

Шлифование – процесс обработки заготовок резанием при помощи шлифовального круга-инструмента, имеющего форму тела вращения и состоящего из абразивных зерен и связующего их материала. При вращении круга наиболее выступающие из связки зерна, контактируя с заготовкой, снимают с ее поверхности тонкие стружки. Большинство из них, сгорая, образуют пучок искр. Обработка шлифованием в большинстве случаев является чистовой и отделочной операцией, обеспечивающей высокое качество обработанной поверхности и точность обработки. В некоторых случаях шлифование применяется для предварительной обработки заготовок, обдирки при снятии слоя до 6 мм.

Технология получения разъемных и не разъемных соединений

При сборке изделий применяют разъемные соединения. Они допускают разборку без повреждения сопрягаемых деталей. К ним относятся: резьбовые, клиновые, штифтовые, шлицевые, шпоночные и профильные соединения, а также соединения с помощью упругих элементов.

Резьбовые соединения весьма распространены в машиностроении. Их выполняет, применяя крепежные детали (болты, винты, шурупы, гайки, резьбовые шпильки); иногда резьбу выполняют непосредственно на самой детали. Болтовое и винтовое соединение, особенного часто применяется при массовом и крупносерийном пр-ве, т.к. возможно эффективно использовать современные ср-ва механизации и автоматизации.

Штифтовые соединения применяют для точной фиксации сопрягаемых деталей между собой, а иногда и для передачи сдвигающих сил перпендикулярно их оси. Шпоночные и шлицевые соединения используют для передачи крутящего момента. Шлицевые соединения целесообразно применять в массовом пр-ве, они более надежны и с их помощью можно передавать большие крутящие моменты. Профильные соединения имеют преимущества по сравнению со шпиночным: они имеют хорошее центрирование деталей, не имеют острых углов и резких переходов сечения, что желательно при термообработке

Технологии получения неразъёмных соединений

К неразъемных соединениям относятся: заклепочные соединения, сварка, пайка, склеивание и их комбинации.

Заклепочные соединения. Клепка – рабочий процесс, при котором происходит соединение двух или нескольких деталей посредством деформирования заклепок (расклепывания стержней), вставленных в просверленные в деталях отверстия.

По степени механизации клепочных работ различают клепку: ручную, механизированную (пневматическими молотками или переносными прессами); машинную (клепка на стационарном прессовом оборудовании); автоматическую, выполняемую на специальных клепочных автоматах.

Заклепки изготовляются из алюминиевых сплавов, низкоуглеродистых сталей, латуни, меди, титановых сплавов. Заклепочные соединения широко применяются в производстве летательных аппаратов (от 25 до 40 % массы всех соединений), автомобилей и других машиностроительных изделий.

Недостатки заклепочных соединений: низкая производ-сть; высокая трудоемкость и материалоемкость; отсутствие постоянства показателей прочности; неравномерность распределения нагрузки по отдел. заклепкам в направлении действия усилия; трудность контроля.

Достоинства: высокая прочность при вибрационных нагрузках.

Сварка – процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частицами при их нагревании и (или) пластическим деформированием.

Все способы сварки можно разделить на две основные группы: сварка плавлением и сварка пластическим деформированием.

Сварка плавлением происходит в 2 стадии. На первой стадии происходит разогрев кромок до их оплавления. При этом разрушается кристаллическая решетка и образуется жидкая металлическая ванна, общая для двух свариваемых заготовок, называемая сварочной ванной. Возникают межатомные связи между соприкасающимися атомами жидкой и твердой фаз. На второй стадии при охлаждении происходит кристаллизация с образованием межатомных связей.

При сварке давлением сближение поверхностных атомов достигается за счет совместной пластической деформации в зоне соединения. Необходимо кратковременное механическое воздействие на заготовки для их сжатия и сближения атомов до возникновения межатомных сил связи. Сварка давлением возможна лишь при том условии, что материал способен воспринимать значительные местные пластические деформации без разрушения. Часто для повышения пластичности материала места соединения нагревают.

Пайка – процесс получения неразъемного соединения заготовок без их расплавления путем смачивания сопрягаемых поверхностей жидким припоем с последующей его кристаллизацией. Для обеспечения растекания припоя по поверхности заготовок и хорошего смачивания заготовки нагревают, а также обрабатывают флюсами, которые растворяют и удаляют с поверхности оксиды, чем уменьшают поверхностное натяжение.

Припои представляют собой сплавы цветных металлов сложного состава. За счет изменения химического состава можно получать припои с разной температурой плавления. Способы пайки классифицируют в зависимости от используемых источников нагрева. При пайке в печах заранее собирают соединяемый узел, закладывают в него припой и наносят флюс, а затем помещают в печь. Припой расплавляется и заполняет зазоры между соединяемыми заготовками.

Склеивание – технологический процесс соединения деталей с помощью клея или растворителя, которые образуют прочную клеевую пленку, выдерживающую внешние нагрузки на деталь. В последние годы разработаны различные клеевые композиции, обеспечивающие высокую прочность, надежность и долговечность клеевых соединений. Современные клеи склеивают практически все однородные и разнородные материалы: металлы, пластмассы, резину, древесину, керамику, композиционные материалы.

Технологические процессы, химико-термическая обработка металлов

Основные способы обработки металлов давлением. Горячая и холодная обработка давлением.

Обработка металлов давлением – это такой процесс, при котором металлу придается нужная форма и размер под силовым воздействием. Пластические свойства металлов позволяют сохранить полученные форму и размер, даже после того, как воздействие давления прекращается.

При помощи методов обработки металлов давлением получают как заготовки, так и уже готовые изделия. При этом существует целый ряд различных методов, каждый из которых позволяет воздействовать на металл уникальным образом.

Прокатка — процесс, при котором заготовка под действием сил трения втягивается в зазор между вращающимися валками и пластически деформируется ими. Основными видами прокатки являются продольная, поперечная и поперечно-винтовая.

При продольной прокатке (рис. 1.1, а) валки 1 вращаются в разные стороны; заготовка 2, получая поступательное движение, обжимается ими с уменьшением площади поперечного сечения и увеличением длины. Этим способом изготовляют около 90% всей катаной продукции — заготовки, сортовой прокат, листы, полосы и ленты.

При поперечной прокатке (рис. 1.1, б) валки 1 вращаются в одну сторону. Прокатываемая между ними заготовка 2, получая вращательное движение, деформируется в поперечном направлении. Этим способом получают, например, цилиндрические шестерни с накатанными зубьями, фасонные профили и другие изделия.

При поперечно-винтовой прокатке (рис. 1.1, в) валки 1 расположены под углом друг к другу и вращаются в одну сторону. Прокатываемая между ними заготовка 2, получая одновременно вращательное и поступательное движения, втягивается в зазор между валками и деформируется ими. Этот способ применяют в производстве бесшовных труб, когда заготовка прошивается прошивнем 3 на неподвижной оправке, и периодических профилей, т. е. профилей с меняющимся по длине сечением.

Волочение (рис. 1.2, а-в) — процесс протягивания катаного или прессованного прутка (или трубы) через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемом волочильной матрицей. Волочение обеспечивает точные размеры по сечению, высокую чистоту поверхности, увеличивает прочность материала. Этим способом получают проволоку, тонкостенные трубы, фасонные профили и т. п.

Схемы волочения прутка: (а), трубы на короткой неподвижной оправке (б) и трубы без оправки (в) : 1 — волочильная матрица, 2 — оправка, 3 – изделие

Прессование — процесс выдавливания металла заготовки из замкнутой полости контейнера через матрицу, площадь отверстия которой меньше площади поперечного сечения исходной заготовки. Прессованием получают изделия с разнообразными формами поперечного сечения.

Рис. 1.3. Схемы прессования

При прессовании прутка (рис. 1.3, а) заготовку 3 укладывают в полость, контейнера 4. Давление пресса передается на заготовку пуансоном 5 через пресс-шайбу 6. При этом металл заготовки выдавливается в отверстие матрицы 1, укрепленной в матрицедержателе 2.

При прессовании трубы (рис. 1.3, б) пуансон 5 с пресс-шайбой 6 выдавливает металл заготовки 3 из контейнера 4 в зазор, образованный матрицей 1, укрепленной в матрицедержателе 2, и иглой 7, т. е. толщина стенки трубы соответствует величине зазора.

При прессовании металл подвергается всестороннему сжатию и поэтому имеет весьма высокую пластичность, что позволяет обрабатывать низко-пластичные металлы и сплавы.

Ковка — процесс горячей обработки металлов давлением с помощью бойков или универсального подкладного инструмента. При ковке заготовка постепенно меняет форму за счет неоднократных ударов молота (ходов пресса) при кантовке, подаче, повороте заготовки.

При деформировании между бойками молота или пресса металл заготовки течет свободно в направлениях, не ограниченных рабочими плоскостями инструмента. Пластическое формоизменение (течение металла) определяется главным образом силами контактного трения, возникающими в месте контакта поковки с инструментом, и в редких случаях — формой инструмента.

Рис. 1.4. Операции ковки: а — протяжка, б — осадка; 1, 2 — нижний и верхний бойки молота или пресса, 3, 4- заготовка до и после осадки; Н и h — высота заготовки до и после деформации, τ тр — силы контактного трения

Основными операциями ковки являются протяжка (рис. 1.4, a) -удлинение заготовки или ее части за счет уменьшения плошади поперечного сечения — и осадка (рис. 1.4, б) — уменьшение высоты заготовки при увеличении площади её поперечного сечения.

Наличие на контактных поверхностях сил трения τ тр приводит при осадке цилиндрической заготовки к бочкообразности поковки, т.е. появлению максимального D max и минимального D min диаметров. Ковка является рациональной и экономически выгодной в условиях единичного и мелкосерийного производства. Поковки небольшой массы получают на ковочных молотах, крупные — на гидравлических ковочных прессах. В отличие от крупных заготовок, полученных литьем и сваркой, кованые заготовки обладают более высокими механическими свойствами и предназначаются поэтому для изготовления деталей ответственного назначения.

Объемная штамповка— придание заготовке заданной формы и размеров путем принудительного заполнения материалом рабочей полости штампа, называемой ручьем. Различают горячую и холодную объемную штамповку.

Горячая объемная штамповка, применяющаяся в машиностроении шире, чем холодная, по сравнению с ковкой обладает рядом преимуществ: позволяет получать более сложные по форме и более точные, с меньшими припусками и допусками поковки с лучшим качеством поверхности; ее производительность значительно превышает производительность ковки; уменьшаются объем последующей обработки резанием и соответственно расход металла

Рис. 1.5. Схемы горячей объемной штамповки

Различают горячую объемную штамповку с облоем в открытых (рис. 1.5, а) и безоблойную штамповку — в закрытых (рис. 1.5, б) штампах. Открытым называют состоящий из половин 1 и 5 штамп, у которого вдоль внешнего контура штамповочного ручья имеется облойная канавка 4, выполненная в виде углубления небольшой высоты. При штамповке в магазин облойной канавки 4 вытекает избыточный металл заготовки, который образует на поковке облой, компенсирующий неточность объема исходной заготовки.

Большое сопротивление течению металла, создающегося в конце штамповки мостиком 2 облойной канавки, имеющим вид узкой шели, и быстрое охлаждение относительно тонкого облоя способствуют лучшему заполнению ручья 3 штампа. Облой после штамповки удаляют на кривошипных, а с крупных поковок — на гидравлических прессах в обрезных штампах.

Закрытым называют состояший из двух половин 1 и 5 штамп, в котором металл деформируется в замкнутом пространстве ручья 3 без образования облоя (следовательно, затраты, связанные с его обрезкой, отcутствуют, а расход металла меньше). При безоблойной штамповке поковки получаются с более благоприятной структурой, так как в процессе образования поковки в полости штампа волокна заготовки «обтекают» ее контур. Однако для такой штамповки требуются точные по массе заготовки.

При холодной объемной штамповке (ХОШ) металл пластически деформируется в штампе в холодном состоянии. В качестве заготовок для ХОШ обычно применяют прутковый материал из углеродистых и легированных сталей с низким, средним и высоким сопротивлением деформированию, а также из цветных металлов и их сплавов.

В связи с тем что при холодной объемной штамповке металл не нагревается, она имеет перед горячей ряд преимуществ: из-за отсутствия на поверхности деталей окалины и обезуглероженного слоя повышается точность их размеров и снижается шероховатость поверхности. Это позволяет свести к минимуму последующую обработку деталей резанием и соответственно расход металла. ХОШ в зависимости формы деталей может осуществляться осадкой, высадкой, выдавливанием, калибровкой, чеканкой и применяется для изготовления болтов, винтов, заклепок, гаек, шариков, роликов, поршневых пальцев, мелких цилиндрических и конических зубчатых колес и т. д.

Рабочие части инструмента-штампа для ХОШ работают в тяжелых условиях повышенного трения, высоких удельных давлений, достигающих 2000—2500 МПа, и высоких температур, развиваемых в процессе деформирования. В связи с этим для изготовления штампов применяют стали повышенной и высокой износостойкости

Основные способы обработки металлов давлением

Обработку металлов давлением активно используют в современной промышленности. Данная отрасль металлообработки основана на пластичной деформации материала под действием внешних сил. Особенностью технологии является повышение физических и механических свойств в процессе изменения формы заготовки.

Деформация может быть упругой или пластичной. В первом случае после прекращения воздействия внешних сил заготовка восстанавливает первоначальные размеры. Во втором случае изделие сохраняет полученную форму. Полное изменение формы заготовки является суммой упругой и пластинчатой деформаций.

Технология обработки металлов давлением

Сущность обработки давлением заключается в изменении первоначальной формы заготовки под действием внешних сил. Такой метод позволяет получать изделия сложной формы. Вместе с этим улучшается кристаллическая структура материала и повышаются его механические свойства.

Способы обработки металлов давлением отличаются степенью нагрева заготовки. Холодный метод характеризуется температурой, значение которой ниже порога рекристаллизации металла. В этом случае для изменения формы к заготовке необходимо прикладывать значительные усилия. Горячий вид обработки отличается высокой степенью нагрева заготовки, который превышает температуру рекристаллизации.

Холодную штамповку считают экономным технологическим процессом. Уровень отходов металла не превышает 10 %. Для горячей обработки этот показатель составляет 20–25 %. Для сравнения: при механической металлообработке заготовок уровень отходов в виде стружки может достигать 50 %.

Рассмотрим основные способы обработки металлов давлением, а также особенности технологических процессов.

Прокатка металлов

При прокатке металлов основными инструментами, воздействующими на заготовку, являются специальные валки. От их формы зависят тип и структура будущего изделия.

Комплекс оборудования по производству деталей называется прокатным станом. С его помощью выпускают детали как холодным, так и горячим способом.

Существует три способа прокатки:

1. Продольная. Самый популярный метод обработки. Заготовку пропускают между двумя валками, которые вращаются в противоположные стороны. Изменение размеров готового проката производят путем регулировки зазора между рабочими элементами.
2. Поперечная. Способ характеризуется отсутствием поступательных движений в процессе обработки. Применяется для изготовления деталей цилиндрической формы: шаров, втулок и прочих тел вращения.
3. Поперчено/продольно-винтовая. Валки располагаются под определенным углом к заготовке. Таким образом металлу придают вращательное и поступательное движение. С помощью винтовой прокатки изготавливают сверла, цельнокатаные трубы, оси, а также изделия полой структуры.

На долю данной технологии приходится около 80 % всей выплавляемой стали. Поэтому методы производства постоянно совершенствуются. Например, на передовых предприятиях сейчас внедряют технологию бесконечной холодной прокатки. Для этого на стан устанавливают сварочную машину. Она соединяет рулоны или заготовки между собой. Таким образом на стан поступает фактически «бесконечная» полоса.

Ковка

Высокотемпературная операция, которая известна еще с древних времен. Степень нагрева зависит от характеристик металла. Как правило, температурный показатель не превышает 1000 °C. Этого достаточно для потери слитком прочности и приобретения повышенной пластичности, что позволяет мастеру кузнечного дела изготавливать различные детали для нужд производства или украшения интерьера.

Технологический процесс состоит из следующих этапов:

1. Разделка слитка на части заданных размеров.
2. Порубка – операция обработки наружной поверхности заготовки.
3. Получение чернового варианта изделия. Для этого удаляют лишний материал.
4. Удлинение детали путем уменьшения ее поперечного сечения. Такую операцию называют вытяжкой.
5. Пробой отверстий необходимого диаметра выполняют с помощью специального инструмента.
6. В случае необходимости изделию придают изгиб с помощью шаблона.
7. Завершающие операции. Это может быть чеканка, изменение рельефа или создание надписи на изделии.

Для ковки в промышленных условиях используют плоские бойки, которые представляют собой параллельные плиты и гидравлический пресс.

• улучшение механических свойств;
• возможность обработки деталей больших размеров, массой до 250 тонн;
• высокая автоматизация;
• низкая себестоимость производства.

Прессование

Одна из разновидностей обработки металлов давлением. Слиток закладывают в специальную форму закрытого типа. Пуансон вытесняет изделие из полости матрицы. В качестве силового агрегата используют мощный пресс.

Методом прессования изготавливают детали с различным профилем. В качестве основного материала используют металлы с высокой хрупкостью:

Использование сменной матрицы позволяет изготавливать детали различной формы.

Волочение

Самый востребованный метод в трубном производстве. Суть производственного процесса заключается в протягивании болванки через фильеру. Так называют специальные волоки, размер которых меньше поперечного сечения заготовки.

Наиболее распространенными методами волочения являются:

• безоправочное;
• профилировочное;
• длиннооправочное;
• короткооправочное;
• на самоустанавливающейся оправке.

В зависимости от требований технологического процесса заготовку могут подвергнуть предварительному нагреву. При использовании болванки большого размера ее могут пропускать через несколько фильер с постепенным уменьшением величины сечения.

Валки обычно изготавливают из инструментальной стали или твердых сплавов.

С помощью волочения можно изготовить детали с высокой точностью, например проволоку толщиной несколько микрометров.

К слиткам для волочения предъявляют повышенные требования, поскольку большая часть дефектов переходит на готовое изделие.

Основным недостатком безоправочного волочения при производстве труб является низкое качество внутренней поверхности.

Объемная штамповка

Одна из самых распространенных технологий – обработка металла давлением. Предварительно нагретая болванка подвергается серии последовательных деформаций без нарушения целостности. Для придания слитку окончательной формы используют специальные объемные штампы, которые повторяют контуры будущего изделия.

Термин объемная указывает на то, что геометрия и габариты заготовки меняются одновременно в двух или трех измерениях.

В качестве проката чаще всего используют материалы круглого или прямоугольного сечения.

Листовая штамповка

Разновидность технологии обработки металлов давлением, с помощью которой изготавливают плоские и объемные тонкостенные изделия из материала листового типа.

Листовую штамповку применяют для изготовления большого количества идентичных деталей высокой точности. В качестве материала применяют различные металлы и сплавы, а также некоторые виды пластмасс.

Существует множество разновидностей рабочего оборудования:

• кривошипно-шатунные;
• гидравлические;
• радиально-ковочные;
• электромагнитные.

Диапазон применения технологии очень широк: от производства тонкостенных корпусов для бытовой техники до изготовления элементов крупных морских судов.

Обработка металлов давлением – востребованная технология в современной промышленности. Ее используют как для изготовления заготовок, так и в качестве способа производства готовых изделий. Сейчас наиболее востребованным методом обработки металлов давлением является прокатка. Возможна ли ситуация, когда на первый план выйдут другие технологии? Напишите ваше мнение в блоке комментариев.

Основные способы обработки металлов давлением

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

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Обработка металлов давлением» в других словарях:

Обработка металлов давлением — группа технологических процессов, в результате которых изменяется форма металлической заготовки без нарушения ее сплошности за счет относительного смещения отдельных ее частей (путем пластической деформации). Основные виды обработки металлов… … Финансовый словарь

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ — совокупность технологических процессов, в которых под действием внешних сил осуществляется пластическое формоизменение металлических заготовок без нарушения их сплошности. Основные виды: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка … Большой Энциклопедический словарь

обработка металлов давлением — [ГОСТ 18970 84] Тематики оборуд. для бесстружечной обработки … Справочник технического переводчика

обработка металлов давлением — [metal working (mechanical working), shaping] совокупность технологических процессов, в результате которых под действием внешних сил металлическая заготовка формоизменяется без нарушения сплошности и практически изменения объема только за счет… … Энциклопедический словарь по металлургии

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ — [metal working (mechanical working), shaping] совокупность технологических процессов, в результате которых под действием внешних сил металлическая заготовка формоизменяется без нарушения сплошности и практического изменения объема только за счет… … Металлургический словарь

обработка металлов давлением — совокупность технологических процессов, в которых под действием внешних сил осуществляется пластическое формоизменение металлических заготовок без нарушения их сплошности. Основные виды: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка. * * *… … Энциклопедический словарь

Обработка металлов давлением — группа технологических процессов, в результате которых изменяется форма металлической заготовки без нарушения её сплошности за счёт относительного смещения отдельных её частей, т. е. путём пластической деформации (См. Деформация).… … Большая советская энциклопедия

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ — группа технологич. процессов, в результате к рых происходит формоизменение заготовок без нарушения их сплошности, т. е. пластич. деформацией под влиянием прилож. внеш. сил. Осн. методы О. м.д.: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка.… … Большой энциклопедический политехнический словарь

ГОСТ 18970-84: Обработка металлов давлением. Операции ковки и штамповки. Термины и определения — Терминология ГОСТ 18970 84: Обработка металлов давлением. Операции ковки и штамповки. Термины и определения оригинал документа: Просечка (Измененная редакция, Изм. № 1). 18. Надрубка Образование углублений на заготовке за счет внедрения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ 15830-84: Обработка металлов давлением. Штампы. Термины и определения — Терминология ГОСТ 15830 84: Обработка металлов давлением. Штампы. Термины и определения оригинал документа: 17. Блок штампа Узел штампа для крепления пакета штампа и (или) совмещения рабочих элементов при штамповке Определения термина из разных… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации