Сущность и основные способы
Обработкой металлов давлением (ОМД) называется механическая обработка, заключающаяся в пластическом деформировании или разделении материала без снятия стружки.
В процессе пластического деформирования изменяется структура металла и повышаются его механические свойства, поэтому наиболее тяжелонагруженные детали различных конструкций получают обработкой давлением. В нашей стране примерно 90% всей выплавляемой стали и около половины цветных сплавов подвергают обработке давлением. Такие изделия, как артиллерийское орудие, трактор, комбайн, самолет содержат по массе от 60 до 80% штампованных и кованых деталей.
По физической сущности обработка металлов давлением является процессом пластической деформации. Пластическая деформация монокристалла происходит либо путем сдвига (скольжения), либо путем двойникования.
Механизм пластической деформации поликристаллов значительно сложнее. Это объясняется тем, что в поликристаллах зерна отличаются между собой по форме и размерам, обладают неодинаковыми физико-механическими свойствами и различно ориентированы плоскостями и направлениями сдвига по отношению к деформирующей нагрузке.
Различают два вида деформации поликристаллических тел:
• Внутрикристаллитную— по зерну;
• Межкристаллитную— по границам зерен.
Первая, так же как и в отдельном монокристалле, протекает путем сдвига и двойникования, вторая — путем поворота и перемещения одних зерен относительно других. Оба вида деформации протекают в поликристаллических телах одновременно.
Поскольку в поликристалле зерна имеют различную ориентацию плоскостей сдвига, пластическая деформация начинается под действием внешних сил не во всех зернах одновременно. Вначале деформируются наиболее благоприятно ориентированные зерна, то есть те зерна, плоскости сдвига которых расположены относительно направления усилия под углом 450 (рисунок 1, а, зерна 1, 2, 3, 4). Вместе с тем плоскости скольжения будут поворачиваться в сторону уменьшения угла и потребуется большее значение нагрузки, чтобы продолжался процесс сдвига по тем же плоскостям. Остальные зерна поворачиваются в результате возникновения моментов сил плоскостями сдвига на угол 450 к оси прилагаемой нагрузки. После поворота осуществляется их деформирование.
..................................................................................................................
Пластические свойства
Пластические свойства всех видов металлов с успехом позволяет использовать обработка металлов давлением.
Технология подразумевает изменение форм и размеров заготовок за счет воздействия на них внешних сил с последующим сохранением результата. После прекращения воздействия давления форма и размеры изделия не меняются.
С целью увеличения пластичности металл перед началом обработки давлением нагревают до определенной температуры. Для каждого вида материала эта температура определяется индивидуально, в зависимости от его специфических физико-химических характеристик.
...............................................................................................................................
Физика процесса обработки металлов давлением
Сущность обработки металлов давлением состоит в том, что их атомы такого материала при воздействии на них внешней нагрузки, величина которой превышает значение его предела упругости, могут занимать новые устойчивые положения в кристаллической решетке. Такое явление, которым сопровождается прессование металла, получило название пластической деформации. В процессе пластической деформации металла изменяются не только его механические, но и физико-химические характеристики.
В зависимости от условий, при которых происходит ОМД, она может быть холодной или горячей. Различия их состоят в следующем:
........................................................................................................
Ковка металлов
Ковка часто используется для обработки металла и относится к высокотемпературным процессам. Изделие нагревается до высокой температуры, зависящей от качества и вида металла, а затем подвергается деформации с помощью молотов, гидравлических, паровых или пневматических систем.
К ковке относится и штамповка – это способ металлообработки, при котором нагретый металл ограничен матрицей и может принимать лишь ее форму. Ковка распространена в качестве мелкосерийного производства.
.....................................................................................................
Прессование металлов
Прессование – вид обработки давлением, при котором металл выдавливается из замкнутой полости через отверстие в матрице, соответствующее сечению прессуемого профиля.
Это современный способ получения различных профильных заготовок: прутков диаметром 3…250 мм, труб диаметром 20…400 мм с толщиной стенки 1,5…15 мм, профилей сложного сечения сплошных и полых с площадью поперечного сечения до 500 см2.
Впервые метод был научно обоснован академиком Курнаковым Н.С. в 1813 году и применялся главным образом для получения прутков и труб из оловянисто-свинцовых сплавов. В настоящее время в качестве исходной заготовки используют слитки или прокат из углеродистых и легированных сталей, а также из цветных металлов и сплавов на их основе (медь, алюминий, магний, титан, цинк, никель, цирконий, уран, торий).
Технологический процесс прессования включает операции:
.......................................................................................................
Волочение металлов
При волочении используется, как правило, круглое металлическое изделие, которое проводится через специальный пресс, называемый волокой. Хорошим примером волочения является изготовление проволоки.
Волочение бывает:
• горячим и холодным,
• однократным и многократным,
• сухим и мокрым (с использованием мыльного порошка или эмульсии соответственно),
• черновым и чистовым.
....................................................................................................................
Объемная штамповка металлов
В технике под объемнойштамповкой подразумевается такой технологический процесс, в результате которого происходит пространственное изменение различных объемных заготовок, имеющих простейшую геометрическую конфигурацию (цилиндрическую, призматическую и т.п.), для того, чтобы изготовить из них детали гораздо более сложной формы. По окончании штамповки изделие соответствует той форме, что имеет полость штампов – основных рабочих инструментов. С точки зрения физики штамповка металла представляет собой ни что иное, как происходящий в результате пластической деформации процесс перераспределения материала, из которого изготовлена исходная заготовка. Специалисты подразделяют объемную штамповку на горячую и холодную.
.....................................................................................................................
Листовая штамповка металлов
Листовая штамповка — метод изготовления плоских и объемных тонкостенных изделий из листового материала, ленты или полосы с по-мощью штампов на прессах или без применения прессов. Листовая штамповка подразделяется на горячую и холодную.
Горячая штамповка.
Применяется главным образом в производстве котельных днищ, полушариев, буев и других корпусных деталей для судостроения. Изготовляются они из стального листа толщиной 3 ... 4 мм. Операции горячей листовой штамповки аналогичны операциям холодной штамповки. Однако при составлении технологического процесса всегда учитывается нагрев. Составляя чертеж заготовки, надо учитывать утяжку металла при вырубке, пробивке и гибке, а также и степень коробления при остывании детали, так как ее размеры при этом несколько со¬кращаются. Это обстоятельство заставляет увеличивать допуски на размеры в сравнении с холодной штамповкой. Нагревают заготовки в пламенных и электрических печах, а также в электронагревательных устройствах.
.....................................................................................................................
