Виды обработки металлов давлением

Процессы обработки металлов давлением по назначению под­разделяют на два вида:

1) для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), используемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления из них деталей только обработкой реза­нием или с использованием предварительной обработки металлов давлением; основными разновидностями таких процессов являются прокатка, прессование и волочение;

2) для получения деталей или заготовок (полуфабрикатов), имеющих приближенно формы и размеры готовых деталей и тре­бующих обработки резанием лишь для придания им окончатель­ных размеров и получения поверхности заданного качества; основными разновидностями таких процессов являются ковка и штамповка.

Рис.23. Схемы основных видов обработки металлов давлением.

Прокатка заключается в обжатии заготовки между вращаю­щимися валками. Силами трения заготовка втягивается между валками, а силы Р, нормальные к поверхности валков, уменьшают поперечные размеры заготовки (рис. 23,д).

Прессование (рис. 23,б) заключается в продавливании за­готовки 2, находящейся в замкнутой форме В, через отверстие матрицы 1, причем форма и размеры поперечного сечения выдав­ленной части заготовки соответствуют форме и размерам отверстия матрицы, а длина ее пропорциональна отношению площадей поперечного сечения исходной заготовки и выдавленной части и перемещению давящего инструмента 4.

Волочение (рис. 23,е) заключается в протягивании заго­товки 2 через сужающуюся полость матрицы 7; площадь попереч­ного сечения заготовки уменьшается и получает форму попереч­ного сечения отверстия матрицы.

Ковкой (рис. 23,г) изменяют форму и размеры заготовки 1 путем последовательного воздействия универсальным инструмен­том 2 на отдельные участки заготовки.

Штамповкой изменяют форму и размеры заготовки с помощью специализированного инструмента — штампа (для каждой детали изготовляют свой штамп).

Различают листовую и объемную штамповку. Листовой штамповкой (рис. 23,д) получают плоские и пространственные полые детали из заготовок, у которых толщина значительно меньше размеров в плане (листа, ленты, полосы). Обычно заготовка де­формируется с помощью пуансона 1 и матрицы 2. При объемной штамповке сортового металла (рис. 23,е) на заготовку, являю­щуюся обычно отрезком прутка, воздействуют специализирован­ным инструментом — штампом 1, причем металл заполняет по­лость штампа, приобретая ее форму и размеры.

Термический режим

Нагрев вызывает изменение механических свойств металла как видно из графика (рис. 24).

Предел прочности углероди­стых сталей с повышением температуры (примерно с 300°С) непрерывно уменьшается, а относительное удлинение увеличивается. Следовательно, при деформировании стали, нагретой, например, до температуры 1200°С, можно достичь большего формоизменения при меньшем приложенном усилии, чем при деформировании ненагретой стали. Все металлы и сплавы имеют тенденцию к уве­личению пластичности и уменьшению сопротивле-ния деформированию при повы­шении температуры в случае выполнения определенных требований, предъявляемых к процессу нагрева.

Рис.24. Изменение механических свойств сталей

Прежде всего, каждый ме­талл и сплав должен быть нагрет до вполне определен­ной температуры. Если на­греть сталь до температуры близкой к температуре плав­ления (линия АЕ на диаг­рамме состояния железоуг­леродистых сплавов), насту­пает пережог, выражающийся в появлении хрупкой пленки между зернами металла вследствие окисления их границ. При пережоге происходит полная потеря пластичности. Пережженный металл пред­ставляет собой неисправимый брак и может быть отправлен только на переплавку. Ниже температуры пережога лежит зона пере­грева. Явление перегрева заключается в резком росте размеров зерен. Вследствие того, что крупнозернистой первичной кристал­лизации (аустенит), как правило, соответствует крупнозернистая вторичная кристаллизация (феррит + перлит или перлит + це­ментит), механические свойства изделия, полученного обработкой давлением из перегретой заготовки, оказываются низкими. Брак по перегреву в большинстве случаев можно исправить отжигом. Однако для некоторых сталей (например, хромо никелевых) испра­вление перегретого металла сопряжено со значительными трудно­стями, и простой отжиг оказывается недостаточным.

Таким образом, максимальную температуру нагрева, т.е. тем­пературу начала горячей обработки давлением, следует назначать такой чтобы не было ни пережога, ни перегрева. В процессе горячей обработки (прокатки, ковки, штамповки и т. д.) металл обычно остывает, соприкасаясь с более холодным инструментом и окружающей средой. Заканчивать горячую обра­ботку давлением следует также при вполне определенной темпе­ратуре. Если продолжать деформирование при более низких тем­пературах, металл упрочнится(кристаллизация не успевает произойти), и вследствие падения пластичности в изделии могут образоваться трещины. Однако заканчивать обработку давлением при высоких температурах нецелесообразно (особенно для спла­вов, не имеющих фазовых превращений, например для аустенитных сталей). В этом случае в процессе остывания зерна успе­вают вырасти, и получается крупнозернистая структура, а сле­довательно, низкие механические свойства изделия.