Комбинированные способы обработки металлов давлением

В предыдущих параграфах было показано, что различные способы обработки металлов давлением (прокатка, ковка, штамповка) по-разному оказывают влияние на структуру, свойства и служебные характеристики изготовляемых деталей. Для обеспечения наилучших эксплуатационных свойств деталей в ряде случаев целесообразно использовать различные виды обработки давлением. Кроме того, для улучшения качества деталей может быть использована локальная и поверхностная пластическая деформация. В некоторых случаях целесообразно в технологический процесс включить сварку, лазерную, электроэрозионную, химико-термическую обработку и др. Комбинирование в одном технологическом процессе холодной и горячей обработки давлением может также обеспечить желаемое повышение качества деталей вследствие разумного использования эффекта упрочнения при холодной деформации. Если же ком­бинировать холодную деформацию с локальным промежуточным отжигом, то можно повышать прочностные характеристики путем упрочнения, а также получать желаемое их распределение в изготовляемой детали.

Типовым примером последнего является изготовление гильз стрелкового и артиллерийского оружия, при котором дульцевая часть должна быть более пластичной, а корпусная часть должна обладать повышенными прочностными характеристиками. Для обеспечения этих эксплуатационных характеристик необходима комбинация холодной деформации в процессе вытяжки с утонением и обжима с промежуточным отжигом краевой (дульцевой) части заготовки.

Управление получаемыми свойствами деталей и их размерными характеристиками также осуществляется комбинированием силовых условий деформирования, характерных для разных элементарных операций штамповки. Так, например, совмещая в одном переходе силовые условия деформирования, характерные для операций вытяжки (протягивание через матрицу) и обжима (проталкивание заготовки в матрицу), можно достигнуть увеличения коэффициента формоизменения (уменьшения диаметра) за один штамповочный переход в одном штампе, а также управлять изменением толщины заготовки в процессе деформирования.

Вытяжка с проталкиванием и с последующей раздачей краевой части полого полуфабриката позволяет получать полусферы практически постоянной толщины, что позволяет облегчать конструкции при тех же прочностных характеристиках. При изготовлении полых конических деталей сокращение необходимого числа переходов (штампов) может быть достигнуто совмещением в одном переходе операцией обжима и раздачи. Резкого увеличения допустимого формоизменения при штамповке стаканов с большим отношением длины к диаметру и с толщиной донышка, существенно большей, чем толщина стенок, можно достичь путем комбинации вытяжки с утонением стенок с одновременным проталкиванием плоской заготовки давлением жидкости на краевую часть заготовки.

Комбинирование различных схем внешнего силового воздействия на заготовку может создать благоприятное расположение волокон и соответственно повысить эксплуатационные характеристики.

Так, например, применение прямого выдавливания для получения стержня клапана и высадки для оформления его тарелки создает условия, при которых в наиболее нагруженных элементах клапана волокна следуют за его внешним контуром, что обеспечивает увеличение прочности, ударной вязкости и сопротивления износу клапана.

Таким образом, по известному характеру деформирования в операциях обработки давлением и соответственно по влиянию данного деформирования на свойства изготовляемой детали можно при разработке технологического процесса оптимизировать выбор типа обработки, последовательность выполнения операций и переходов, режимы их реализации с целью получения наилучшего соответствия свойств конечного продукта (детали) заданным условиям эксплуатации.

В этом случае допустимо комбинировать в едином технологическом процессе различные виды обработки давлением (прокатка, волочение, прессование, горячая и холодная штамповка и т. д.). Причем целевой функцией оптимизации технологического процесса обработки давлением может быть не только получение желаемых свойств детали на основании взаимосвязи способов обработки со свойствами детали, но и функции экономического порядка. Последнее может основываться на нормированных затратах на оборудование, инструмент, основные и вспомогательные материалы, реализацию технологического процесса по разным вариантам комбинированных процессов с учетом, конечно, условий реализации технологического процесса на каком-либо выбранном предприятии. Среди вариантов комбинированных технологических процессов обработки давлением, обеспечивающих получение деталей с заданными служебными характеристиками, следует отметить и такой, при котором в дополнение к операциям обработки давлением используют сварку. Штампосварные конструкции деталей в ряде случаев, обеспечивая желаемые служебные свойства, позволяют существенно упростить и удешевить процесс их изготовления.

Упрощение конфигурации штампуемых элементов путем расчленения детали сложной конфигурации на части, в последующем соединяемые сваркой, в ряде случаев позволяет существенно упростить технологию изготовления заданных деталей.

Однако при использовании этого варианта комбинированного технологического процесса следует учитывать, что места сварки могут являться слабым звеном детали вследствие того, что при сварке обычно появляется так называемая зона термического влияния, в которой вследствие собирательной рекристаллизации при высоких температурах наблюдается увеличение размера зерен. Как было отмечено ранее, крупнозернистое строение металла характеризуется пониженными прочностными свойствами и несколько сниженным сопротивлением коррозии по сравнению с металлом того же химического состава, но имеющего мелкозернистое строение. С учетом сказанного необходимо при расчленении сложной детали на части со сваркой после штамповки стараться разместить стыки свариваемых элементов детали в участках, в которых по условиям работы детали будут возникать по возможности меньшей величины рабочие напряжения. Кроме того, следует учитывать, что разного вида сварки (контактная, электродуговая, лазерная и т. п.) могут обеспечивать различную прочность сварного соединения и различную степень увеличения зерен в зоне термического влияния.

Сварка