Обработка металлов давлением

Обработка металлов давлением основана на свойстве металла необратимо, без разрушения изменять форму и размеры под давлением действующих на него сил. Ме­таллы, предназначенные для обработки давлением, дол­жны обладать ковкостью. Ковкость - это свойство ме­таллов и сплавов, которое позволяет подвергать их ков­ке, прокатке, прессованию и штамповке. Ковкими являются большинство чистых металлов, углеродистая сталь с содержанием углерода до 1,1 %, легированные стали, латунь, некоторые алюминиевые и магниевые сплавы и др.

Ковкость характеризуется двумя показателями: пла­стичностью, т. е, способностью металла подвергаться без разрушения деформации под давлением, и величиной его сопротивления деформированию. У ковких металлов от­носительно высокая пластичность сочетается с относи­тельно низким сопротивлением деформированию. Хруп­кие металлы и сплавы не являются ковкими, так как они не обладают достаточной пластичностью даже в нагретом состоянии.

В процессе холодной пластической деформации изме­няются механические и физико-химические свойства ме­таллов. Это происходит потому, что при деформации зерна металла измельчаются, дробятся и вытягиваются в направлении наибольшего увеличения размеров обра­батываемого изделия. Металл при этом получает ясно выраженное волокнистое строение. Вдоль волокон меха­нические свойства металла повышаются, а поперек оста­ются без изменения, понижаются пластичность и вяз­кость, повышаются прочность и твердость металла.

Изменение свойств металла в процессе холодной пла­стической деформации называется упрочением, или на­клепом. Если изделие подвергают дальнейшей обработ­ке на станке или изменение свойств металла под влияни­ем холодной обработки нежелательно, наклеп снимают отжигом.

Холодную обработку давлением без нагрева металла, сплава или с нагревом до температуры ниже темпера­туры рекристаллизации используют при прокате, штам­повке и волочении. Холодная обработка металла давле­нием дает чистую поверхность и высокую точность раз­меров изделия.

Некоторые металлы и сплавы обрабатывают давлени­ем только после нагрева до определенной температуры. В этом случае большое значение имеет точное определе­ние температуры начала и конца нагрева. Образование волокнистой структуры изменяет механические свойства металла вдоль и поперек направления вытяжки.

При обработке давлением заготовки нагревают в спе­циальных устройствах: пламенных и методических печах, нагревательных колодцах и электрических печах. Чтобы избежать возникновения внутренних напряжений и пре­дохранить поверхность заготовок от окисления, нагревать металл следует постепенно и равномерно. В любой на­гревательной печи должны быть приборы, позволяющие контролировать температуру нагреваемой заготовки.

Пламенные печи используют для нагрева заготовок небольшого размера. Заготовки большого размера на­гревают в нагревательных колодцах. В методических пе­чах идет непрерывный процесс загрузки, нагрева и вы­дачи заготовок. Наиболее часто при обработке металлов давлением пользуются электрическими печами, которые позволяют автоматизировать процесс нагревания загото­вок.

Основными способами обработки металлов давлени­ем являются: свободная ковка, штамповка, прокатка, прессование и волочение.

Свободная ковка заключается в нагреве до темпера­туры выше 850°С стальной заготовки в печи (горне). Ме­таллу, который лежит на наковальне, ударами молота придают требуемую форму (свободная ковка). Изделие, полученное в результате ковки, называют поковкой.

Ковка бывает ручная и машинная. К основным опе­рациям ручной ковки относятся: вытяжка, осадка, гиб­ка, прошивка отверстий, рубка, закручивание, выглажи­вание. Для выполнения этих операций используют на­ковальни, кузнечные молоты (ручники), гладилки для выравнивания поверхности плоских поковок, клещи с плоскими и круглыми губками для удержания нагретых заготовок, пробойники для прошивки отверстий, кузнеч­ные зубила для рубки металла, обжимки для прида­ния. заготовкам различной формы поперечного сече­ния и т. д.

Вытяжка - это операция, при которой происходит увеличение длины поковки за счет уменьшения ее попе­речного сечения. При этом заготовка лежит на нако­вальне, и после каждого удара молота ее поворачивают так, чтобы сохранить форму прежнего сечения. Осадка - это уменьшение длины заготовки за счет увеличения ее поперечного сечения.

Гибку применяют для изменения контура заготовки при изготовлении ручного немеханизированного инстру­мента, например багров, крюков, ломов и т. д.

Прошивку используют для получения сквозных от­верстий в теле заготовки.

В зависимости от формы применяемого бородка по­лучают круглые, квадратные и прямоугольные отверстия.

Рубка- отделение части металла от целой заготов­ки для последующей обработки.

Закручивание применяют для придания большей жесткости полосе прямоугольного сечения. При закручи­вании один конец заготовки вращается вокруг своей оси, при этом другой конец закреплен в тисках.

Рис 3.10. Ковка в штампах Рис 3.11. Схема процесса прокатки

1-верхний штамп; 2- заготовка; 3-нижний штамп 1- прокатные валки; 2- заготовка

Выглаживание- завершающий этап ручной ковки, придающий изделию ровную поверхность.

После свободной ковки изделия в дальнейшем под­вергают механической и термической обработке.

Штамповка (рис. 3.10) - процесс обработки давле­нием, при котором металл, деформируясь, принимает форму штампа определенного изделия. Штампы выпол­няют разъемными из твердых и прочных сталей. Заго­товку нагревают до температуры ковки и помещают в нижнюю часть штампа. Верхнюю часть штампа при­крепляют к ударной части молота. Под действием ударов заготовка деформируется и принимает форму штампа. Кроме горячей штамповки существует холодная штам­повка, которую применяют для изготовления изделий из тонких полос и листов стали, алюминия, меди, латуни толщиной до 8 мм (листовая штамповка).

Штамповку детали сложной формы осуществляют в многоступенчатом штампе. В этом случае заготовку для обработки перекладывают из одного штампа в другой до тех пор, пока изделие не примет необходимой формы.

При штамповке очень важно правильно определить необходимое количество металла. Недостаток металла приводит к тому, что полость штампа оказывается неза­полненной, а излишек металла образует слишком боль­шие заусенцы.

Штамповка является прогрессивным технологичес­ким процессом. При ковке в штампах уменьшаются при­пуск на механическую обработку и допуски на размеры поковки. Путем штамповки изготовляют многие детали пожарной техники: картеры и коленчатые валы двигате­лей пожарных автомобилей и мотопомп, корпусы кисло­родных изолирующих противогазов и детали механизма подачи кислорода, детали приборов пожарной связи.

Прокатка (рис. 3.11) - технологический процесс, при котором металл обжимается между вращающимися ва­ликами прокатных станов, при этом происходит умень­шение поперечного сечения изделия и увеличение его длины. Прокатку выполняют в горячем виде на прокат­ных станах. Станы для прокатки крупных отливок на­минаются блюмингами. Основной частью прокатного стана является клеть (одна или несколько), в которой расположены валки. Валки вращаются от электродвигателя через редуктор.

В зависимости от выпускаемой продукции станы бывают листо- и сортопрокатные, рельсобалочные, специ­альные. Наибольшее распространение получили двух- и трехвалковые станы. Для выпуска высокосортного про­ката применяют многовалковые станы.

В пожарной технике часто используют металлические заготовки, полученные путем прокатки. Например, мяг­кую листовую сталь применяют для изготовления кузовов пожарных автомобилей, крыльев, капотов и т. д. Из декапированной стали изготовляют корпусы пенных огнетушителей. На трубопрокатных станах делают заготовки «ля кислородных и углекислотных баллонов. На специ­альных роликовых станах получают прокат сложного учения для тетив автолестниц.

Прессование (рис. 3.12) применяют для получения прутков, труб и сложных профилей из различных металлов и сплавов. Сущность процесса прессования состоит в том, что нагретый металл или сплав из контейнера выдавливают через отверстие требуемого сечения. Прессование бывает прямое и обратное.

Прямой метод прессования заключается в том, что нагретую заготовку помещают в полость контейнера. При давлении штока на пресс-шайбу металл вытекает через отверстие в матрице, которая удерживается опорным концом. Прессование осуществляют при помощи гидравлических прессов.

а) б)

Рис. 3.12. Схема прессования металла а — прямой метод: 1- шток;2- контейнер; 3- пресс-шайба;4- обрабаты­ваемый металл; 5- матрица с отверстием; б - обратный метод: 1- шток 2- контейнер;3- матрица с отверстием; 4- обрабатываемый металл; 5 - упорная шайба

Рис. 3.13. Схема процесса волочения

1-заготовка; 2- фильера;

3 – волочильная доска

При обратном способе прессования заготовка, заключенная в контейнер, выдавливается через отверстие в матрице, на которую давит трубчатый шток, при этом металл течет навстречу штоку.

Волочение (рис. 3.13) применяют для получения про­волоки точных размеров, прутков, труб малого сечения, полос и профилей. Волочение заключается в протягивании заготовки через калиброванное отверстие - фильеру, расположенную в волочильной доске. Последняя име­ет несколько фильер различного диаметра. Размеры фильер уменьшаются с таким расчетом, чтобы наимень­шее отверстие соответствовало требуемому диаметру из­делия. Фильеры изготовляют из высококачественной легированной стали или твердого сплава. Для уменьшения трения фильеры непрерывно смазывают струей масла.