Общие понятия и закономерности

Среди методов получения заготовокобработка металлов давлением (ОМД) является одним из наиболее эффективных, позволяющая полностью устранить или значительно уменьшить механическую обработку.

Обработка металлов давлением (ОМД) – это процессы получения заготовок или деталей машин силовым воздействием инструмента на исходную заготовку путем пластического деформирования.

Пластическая деформация для получения изделия заданной формы, как правило, является результатом воздействия внешних сил, называемые поверхностными, которые уравновешиваются внутренними силами.

При пластической деформации атомы металла смещаются относительно друг друга на величины, больше межатомных расстояний и после снятия внешних сил остаются смещенными (не возвращаются в исходное положение).

Напряжением называется интенсивность внутренних сил, отнесенная к площади, под воздействием которых происходят процессы деформации и разрушение металлов. Величина напряжений в объеме деформируемого тела неодинакова и определяется деформационными условиями: температурой, скоростью и степенью деформации, формой инструмента и готового деформируемого изделия.

Среднее напряжение определяется по формуле:

 

σ_ср= Р/F (Па),

где: Р – деформирующая сила, Н;

F – площадь проекции на плоскость приложения деформирующей

силы, мм².

Пластическая деформация проводится в холодном или нагретом состоянии.

Холодная пластическая деформация в кристаллических телах происходит как по границам зерен – межкристаллитнаяпластическая деформация, так и внутри зерен – внутрикристаллитнаяпластическая деформация. Межкристаллитная пластическая деформация может вызывать разрушение граничных слоев, поэтому она не бывает значительной. Наибольшее значение пластической деформации имеет место, когда граничные слои достаточно прочны и деформация происходит внутри зерна, поэтому внутрикристаллитнаяпластическая деформация является основной.

При холодной пластической деформации одновременно с изменением формы заготовки значительно меняются свойства металла – прочность, упругость, твердость при этом увеличивается, а вязкость, пластичность, коррозионная стойкость, электропроводимость снижаются. Это явление называется наклепом или нагортовкой.

Наклеп – упрочнение металла в результате холодной пластической деформации.

Изменение структуры и свойств при холодной пластической деформации можно изменить отжигом при Т ≈ 0,4Т_пл.

При Т = 0,3Т_пл – снижаются остаточные напряжения. Такое явление называется возвратом или отдыхом.

При Т ≥ 0,4Т_пл – восстанавливается пластичность, напряжения вызванные наклепом полностью снимаются, при этом начинают возникать зародыши кристаллизации, вокруг которых начинают возникать рекристализованные зерна. Такое явление называется рекристаллизацией.

Горячая пластическая деформация происходит при полном завершении процесса рекристаллизации, при этом структура металла равноосная упрочнение не происходит. Прочность – сопротивление деформации, снижается в 10 – 20 раз, что позволяет использовать оборудование меньшей мощности.

При нагреве возможно появление дефекта, называемого перегрев или брака – пережог. Перегрев характеризуется крупнозернистой структуры, что приводит к снижению механических свойств. Пережог связан сокислением границ зерна, что может привести к разрушению металла при деформации.

Степень деформации зависит от пластичности обрабатываемого материала и для операции осадки (рис. 5.1.) определяется по формуле:

 

Е = (Н_з – Н)/Н_з ∙ 100%,

где: Н_з – высота заготовки;

Н – высота заготовки после осадки.

Рис.5.1.Напряжения и деформации при обработке давлением:

1 – заготовка, 2 – деформирующий инструмент.

Наибольшая допустимая степень деформации зависит от пластичности металла. Деформирующая сила Р определяется для выбора оборудования и расчета инструмента на прочность:

 

Р = σ_срF (Н).

Помимо температуры и степени деформации на условия деформирования влияет также скорость деформации. Скоростью деформации ω называется изменение степени деформации в единицу времени τ, т.е.

 

ω = Е/τ.

 

В общем случае влияние всех условий можно свести в таблицу:

Таблица 2

Повышение условий	Сопротивление деформации	Пластичность металла
Содержание углерода и легирующих элементов	Повышается	Понижается
Температура нагрева заготовки	Понижается	Повышается
Скорость и степень деформации	Повышается	Понижается