Сущность метода обработки металлов давлением

Из-за ограниченности объема данный раздел не может охватить с исчерпывающей полнотой всего многообразия технологических процессов обработки металлов давлением, методов их расчета, применяемых машин-орудий и производственной оснастки.

Обработка металлов давлением основана на способности ме­таллов (и ряда неметаллических материалов) в определенных условиях получать пластические (остаточные) деформации 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 исходные положения. При пластических деформациях атомы смещаются относительно друг друга на величины, большие межатомных расстояний, и после снятия внешних сил остаются смещенными (не возвращаются в свое исходное положение).

Так как остаточное изменение формы и размеров тела проис­ходит без нарушения его сплошности (без образования трещин, разрывов), то атомы должны смещаться в новые положения в ус­ловиях, при которых не исчезает силовое взаимодействие между ними.

Металлы являются кристаллическими телами, характеризую­щимися упорядоченным взаимным расположением атомов, соот­ветствующим равенству сил притяжения и отталкивания (соот­ветствующим минимуму потенциальной энергии атомов), причем атомы располагаются в параллельных плоскостях на определенных расстояниях друг от друга. Атомы в новые положения равновесия могут переходить в результате смещения атомов, расположенных в одной плоскости, без существенного изменения расстояний между этими- плоскостями. В таких условиях атомы не выходят из зоны силового взаимодействия, и деформация происходит без нарушения сплошности.

При упругих деформациях величина смещения атомов из поло­жений равновесия возрастает пропорционально увеличению де­формирующих сил (деформация пропорциональна напряжению). Для начала перехода атомов в новые положения равновесия необходима определенная величина действующих напряжений, зависящая от величин межатомных сил и характера взаимного расположения атомов (типа кристаллической решетки, наличия и расположения примесей, формы и размеров зерен поликри­сталла и т. п.).

Так как сопротивление смещению атомов в новые положения равновесия изменяется не пропорционально величинам смещений, то при пластических деформациях линейная связь между напря­жениями и деформациями обычно отсутствует.

Переход атомов в новые положения равновесия не приводит к изменению межатомных расстояний, и, как следствие, пласти­ческая деформация не изменяет плотности или удельного объема деформируемого тела.

Напряжения, вызывающие смещение атомов в новые положе­ния равновесия, могут уравновешиваться только силами меж­атомных взаимодействий. Отсюда следует, что даже при пластиче­ском деформировании деформация под нагрузкой состоит из упру­гой и пластической составляющих, причем упругая составляю­щая исчезает при разгрузке (при снятии деформирующих сил), а пластическая составляющая приводит к остаточному изменению формы и размеров тела.

Таким образом, при обработке металлов давлением заготовка в изделие превращается за счет пластического деформирования твердой заготовки или ее отдельных частей, что составляет ее коренное отличие от обработки резанием, при которой форма из­делия получается путем удаления (срезания) части заготовки в стружку, и от литейных процессов, в которых изделие полу­чается при затвердевании жидкого, расплавленного металла, за­литого в форму.

Одним из существенных достоинств обработки металлов дав­лением является возможность значительного уменьшения отхода металла по сравнению с обработкой резанием. Другим достоинст­вом является возможность повышения производительности труда, так как в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается измене­нием физико-механических свойств металла заготовки, которые можно использовать для получения деталей с наилучшими служебными свойствами (прочностью, жесткостью, сопротивлением износу и т. д.) при наименьшей их массе. Эти и другие достоинства обработки металлов давлением (которые отмечены ниже) приводят к тому, что удельный вес ее в металлообработке неуклонно возрастает. Совершенствование технологических процессов обра­ботки металлов давлением, а также применяемого для этих целей оборудования приводит к расширению номенклатуры деталей, изготовляемых обработкой давлением, к увеличению диапазона характеристик деталей по массе и размерам, а также к повыше­нию точности размеров полуфабриката, получаемого в результате обработки металлов давлением.