Виды обработки металлов давлением и их сущность

Основные виды ОМД

Основными видами ОМД являются прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка и гибка. Рассмотрим схемы и особенности этих процессов.

Процесс прокатки металлов осуществляется между двумя или несколькими вращающимися приводными валками. При этом площадь поперечного сечения заготовки уменьшается, длина и ширина увеличиваются, может изменяться форма. В зависимости от направления вращения валков и направления движения слитка (заготовки, раската) относительно осей валков различают три основных способа прокатки: продольный, поперечный, поперечно-винтовой.

Продольная прокатка (рис.1.1.). Основные признаки:

1) Прокатку осуществляют между двумя приводными валками, вращающимися навстречу друг другу. Иногда к двум горизонтальным добавляют два вертикальных, оси которых расположены в одной вертикальной плоскости.

2) Движение заготовки поступательное, ее ось перпендикулярна осям валков.

3) Длина раската (метры, километры) многократно превышает размеры поперечного сечения (миллиметры).

Способом продольной прокатки получают листы, полосы, сортовые профили, бесшовные трубы и катанку, постоянного и переменного (периодического) сечения. Именно этим способом производят основную массу прокатной продукции из черных и цветных металлов. Процесс прокатки осуществляют в горячем (третий передел) и холодном (четвертый передел) состояниях, применяют в основном в металлургии, реже в машиностроении и металлообработке.

Поперечная прокатка (рис.1.2.). основные признаки:

1) Прокатку осуществляют между двумя приводными валками, вращающимися в одном и том же направлении.

2) Движение заготовки вращательно-поступательное, ее ось параллельна осям валков.

3) размеры поперечного сечения изделий соизмеримы или меньше длины.

Способом поперечной прокатки получают тела вращения, в основном специального назначения – шары, шестерни, оси, валы и т.п., которые, по сути, являются готовыми деталями. Поэтому такие станы именуются еще деталепрокатными.

Прокатку осуществляют преимущественно в горячем состоянии и используют в машиностроении, металлообработке и в меньшей мере – в металлургии.

Поперечно-винтовая (косая) прокатка. В станах поперечно-винтовой прокатки используют в основном бочкообразные валки (рис.1.3.). Оси валков в плане – параллельны, а на виде сбоку – наклонены к горизонту под углом 4…15 о . Основные признаки:

1) Валки приводные, вращаются в одном направлении.

2) движение заготовки поступательно-вращательное, ее ось параллельна осям валков.

3) длина раската существенно превышает размеры поперечного сечения.

Благодаря наклону и наличию скосов на валках заготовка силами контактного трения втягивается в зев валков и продвигается вдоль их осей. сверху и снизу заготовка удерживается на оси прокатки дисковыми проводками или линейками.

Вследствие поверхностной деформации внутренние слои заготовки разрыхляются, образуя полость. Для придания ей правильной геометрической формы внутрь полости (в очаг деформации) с обратной стороны вводится оправка на жестко закрепленной штанге. Оправка прошивает разрыхленную центральную область заготовки, в результате из нее получают пустотелую гильзу.

Процесс используют в основном в металлургии для получения полых изделий круглой формы из черных и цветных металлов.

Процесс волочения (рис.1.4.) заключается в протягивании заготовки (прутка, проволоки) через волочильное очко (волоку), поперечное сечение которого меньше сечения заготовки. Предварительно передний конец заготовки заостряют, вводят в отверстие волоки и захватывают клещевым устройством. Способом волочения получают прутки, проволоку сплошного и полого сечения различной формы и размеров с высокой точностью и качеством поверхности. Волочению подвергают черные и цветные металлы в основном в холодном состоянии, реже — в теплом.

Благодаря простоте, процесс волочения используют во многих отраслях народного хозяйства, но главным образом в металлургии, машиностроении и металлообработке.

1.3. Прессование

Процесс прессования заключается в выдавливании металла (круглой заготовки) из контейнера через матрицу с отверстием (рис.1.5). Путем прессования получают профили сплошного и полого сечения самой разнообразной формы в зависимости от формы очка матрицы.

Процесс осуществляют в горячем или холодном состояниях, используют в основном в машиностроении и металлургии.

Внешне процесс прессования сходен с волочением, только вместо приложения тянущего усилия к переднему концу изделия прилагают выталкивающее усилие к заднему концу заготовки посредством пуансона.

Процесс ковки – один из древнейших видов ОМД (рис.1.6.). Свободную ковку осуществляют между двумя бойками, один из которых (нижний) неподвижный, второй (верхний) совершает возвратно-поступательные движения вверх-вниз. При ходе вниз осуществляется пластическая деформация заготовки (рабочий ход), при ходе вверх (холостой ход) заготовку продвигают на ширину бойка. При этом, если необходимо обжимать заготовку по высоте и ширине, ее кантуют поочередно на 90 о .

Процесс осуществляется преимущественно в горячем состоянии, используют для получения крупных поковок из черных металлов для последующей механообработки в машиностроении и механических цехах металлургических заводов.

различают объемную штамповку (рис.1.7.) и листовую штамповку (рис.1.8.)

Процесс объемной штамповки сродни ковки, только вместо бойков используют штампы, состоящие из двух половин. В каждой из них выполняют полости, по форме соответствующие форме штампуемых изделий. В отличие от свободной ковки течение металла здесь ограничивают полости штампа, а излишек металла уходит в заусенец (облой). Это обеспечивает достаточно высокую точность изделия.

Штампы работают в тяжелых условиях – высокие температуры, частые теплосмены, большие давления. Поэтому их изготавливают из дорогих теплостойких, износостойких сталей. Сам процесс изготовления штампов весьма трудоемок. Вследствие этого объемную штамповку применяют при необходимости изготовления ограниченного сортамента изделий крупными сериями.

При листовой штамповке основным инструментом являются матрица и прижим с центральным отверстием, равным наружному диаметру изделия, и пуансон диаметром, равным внутреннему диаметру изделия (рис.1.8.).

Круглую заготовку из листов толщиной 0,5…4,0 мм пластичных металлов и сплавов (медь, алюминий, углеродистая и легированная стали и пр.) укладывают на матрицу, прижимают прижимом и пуансоном деформируют заготовку. В результате получают изделия в виде колпачков. Этим способом получают практически всю кухонную посуду – кружки, миски, кастрюли и пр.

Как и при листовой штамповке, при гибке используют листовой материал – заготовки в виде полос. Их укладывают на штампы с полостью и пуансоном придают заготовке заданную форму (рис.1.9.).

Таким способом получают гнутые профили относительно простой формы. Кроме того, их длина ограничивается шириной штампа. Более эффективным является процесс получения гнутых профилей путем последовательного профилирования в валках, подобно продольной прокатке (рис.1.10.). Поэтому такие профили называют гнутыми профилями проката в отличие от штампованных. На профилегибочных агрегатах можно получать профили самой разнообразной формы необходимой длины, и именно этим способом получают основную массу гнутых профилей.

Дата добавления: 2015-08-04 ; просмотров: 2135 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Обработка давлением, особенности технологии работы с металлом

Обработка материалов давлением основана на их пластичности. В результате процесса можно получить конечную деталь либо заготовку, близкую по форме к готовому продукту. Различные виды обработки металлов давлением применяются в машиностроении, авиационной промышленности, автомобилестроении и пр.

Физические основы обработки металлов давлением

Обработка материалов давлением основана на механическом свойстве атомов занимать новое устойчивое положение при воздействии на них нагрузки, превышающей предел упругости материала. Это называется пластической деформации. Помимо механических, изменяются и физико-химические свойства металла. Штампованные детали

Существует горячая и холодная обработка металлов давлением.

• Горячей называется обработка при температуре заготовки выше температуры рекристаллизации;
• Холодная обработка материалов давлением происходит при температуре заготовки ниже температуры рекристаллизации.

Закалка и отпуск – очень важные этапы работы со сталью. Как правильно их выполнять, мы можете узнать, прочитав эту статью.

Существуют различные виды обработки материалов давлением:

• прокатка;
• ковка;
• прессование;
• волочение;
• объемная штамповка;
• листовая штамповка;
• комбинированные методы.

Обработка металлов давлением: прокатка

Прокаткой называется вид пластической обработки, в процессе которого исходная заготовка обжимается вращающимися валками стана прокатного. Целью операции является уменьшение поперечного сечения заготовки и придания ей заданного профиля.

Способы прокатки

Существует три способа прокатки металла:

• продольная: самый распространенный способ прокатки. Суть его заключается в следующем: заготовка пропускается между валками, вращающимися в разные стороны, при этом она обжимается до толщины, равной зазору между валками;
• поперечная: применяется для обработки тел вращения (шаров, цилиндров, втулок и пр.). Заготовка при этом не имеет поступательного движения;

• поперечно-винтовая: нечто среднее между двумя предыдущими способами. Применяется для изготовления полых заготовок.

Ковка

Ковка относится к высокотемпературным операциям. Заготовка предварительно нагревается до ковочной температуры, зависящей от конкретной марки металла.

Способы ковки:

• ковка на молотах (пневматических, гидравлических и паровых);
• штамповка;
• ручная ковка.

Машинная (на молотах) и ручная ковка является свободной, так как металл при воздействии на него инструмента ничем не ограничен.

Штамповка свободной не является, так как заготовка находится в матрице штампа (т. е. ограничена со всех сторон). В результате штамповки металл принимает форму полости матрицы.

Ковка применяется в единичном и мелкосерийном производстве. Для получения поковки разогретую заготовку помещают между ударными частями (бойками) молота. В качестве подкладных инструментов используются:

• топор;
• обжимка;
• раскатка.

Прессование

Это способ обработки металла, в процессе которого он выдавливается прессом из полости матрицы через ее отверстие. Применяется для обработки хрупких металлов.

Прессованием получают полые и сплошные профили из титановых сплавов, алюминия, меди и магния – детали для автомобилей, самолетов, лопатки, подвески, трубы.

Прессование может быть горячим и холодным. Обработка пластичных материалов производится в холодном состоянии (олово, медь, чистый алюминий). Тугоплавкие металлы и сплавы (содержащие никель, титан и др.) прессуются только после предварительного нагрева заготовки и инструмента.

С помощью этой операции можно получить детали различной конфигурации, с ребрами (внутренними и наружными), постоянным или периодическим профилем по длине.

Прессование выполняется на прессах со сменной частью (матрицей). Матрицы изготавливаются из жаропрочных штамповых сталей.

Волочение

Волочением называется метод обработки металлов, в процессе которого заготовка круглого (или фасонного) профиля принудительно протягивается через фильеру (волоку). Примером может служить изготовление проволоки, когда заготовка большого диаметра (катанка) протягивается через ряд фильер, на выходе из которых получается проволока гораздо меньшего диаметра.

Операция классифицируется:

• по типу волочения:

1. сухое (через мыльный порошок);
2. мокрое (через эмульсию мыльную).

• по чистоте обработки поверхности:

1. черновое;
2. чистовое.

• по кратности переходов:

1. однократное;
2. многократное (с несколькими переходами с постепенным уменьшением поперечного сечения заготовки).

• по температуре:

1. холодное волочение;
2. горячее волочение.

Объемная штамповка

Метод обработки металла, при котором придание заготовке заданной формы осуществляется с помощью штампа. При этом течение металла ограничивается полостями его частей.

Существует две разновидности штампов: открытые и закрытые.

В открытых штампах между подвижными частями предусмотрен зазор, в который выдавливается избыток металла – облой. Его приходится удалять на последующей операции механической обработки. Штамповка в открытых штампах хороша тем, что не требуется предъявлять особых требований к массе заготовки.

Закрытые штампы такого зазора не имеют. Весь металл находится в замкнутом пространстве, облоя не образуется. Но в этом случае заготовка тщательно рассчитывается по объему.

Листовая штамповка

Листовая штамповка заключается в изготовлении детали из листа, полосы или ленты, полученных прокаткой.

Существуют два основных вида операций:

• разделительные: вырубка, отрезка и пробивка;
• формообразующие: вытяжка, гибка отбортовка, раздача, чеканка и пр.

Листовая штамповка производится на кривошипных и гидравлических прессах. В качестве инструмента используются штампы, основными деталями которых являются матрицы и пуансоны.

В основном штампованная деталь не требует дальнейшей механической обработки. Поэтому матрицы и пуансона должны быть тщательно рассчитаны и изготовлены с соблюдением всех технических требований.

Несмотря на то, что листовая штамповка является в какой-то мере стандартной операцией, конструктора часто сталкиваются с нетипичными проблемами: обработка металлов давлением учебник, как правило, предоставляет множество примеров конструкторских разработок частных случаев.

Листовая штамповка широко применяется практически во всех отраслях промышленности. Детали, полученные этим методом, отличаются высокой точностью. От мельчайших деталей микроэлектроники до кузовов автомобилей – все это производится методом листовой штамповки. Специальность обработка металлов давлением наряду с обработкой металла резанием является одной из самых востребованных.

Виды обработки металлов давлением и их сущность

Обработкой металлов давлением называют группу технологических операций, в результате которых под влиянием приложенных внешних сил происходит формоизменение заготовок без нарушения их сплошности. Основным признаком обработки давлением является пластическая деформация обрабатываемого материала. В результате пластической деформации изменяются не только форма и размеры заготовки, но и свойства исходного металла.

Виды обработки давлением

Применяют шесть основных видов обработки давлением — прокатку, прессование, волочение, ковку, объемную штамповку и листовую штамповку.

Прокатка

Прокатка (рис. 1.1, а). Деформацию металла с помощью вращающегося инструмента — валков — называют прокаткой. Заготовка 1 под действием сил трения втягивается в зазор между валками 2, деформируется ими и приобретает требуемую форму поперечного сечения. При прокатке площадь поперечного сечения заготовки уменьшается, а длина увеличивается. Эту операцию осуществляют с помощью специальных машин, называемых прокатными станами.

Рис. 1.1. Виды обработки металлов давлением: а

прокатка, б — прессование, в — волочение, г — ковка, д -объемная штамповка, е — листовая штамповка; 1, 5, 9, 13, 16, 19 — заготовки, 2 — валки, 3 — изделие, полученное прокаткой, 4, 18 — пуансоны, 6 — контейнер, 7, 20 — матрицы, 8 — прессованный профиль, 10 — волока, 11 — изделие, полученное волочением, 12, 14 — верхний и нижний бойки, 15, 17 — верхняя и нижняя половины штампа

Прокаткой изготовляют: блюмы квадратного сечения со стороной до 350 х 350 мм; слябы — плоские заготовки толщиной 100 . . . 600 мм и шириной 600 . . . 2300 мм; квадратные и круглые профили с размерами сечений 5 . . . 150 мм; угловую сталь с размерами полки 20 . . . 250 мм; швеллеры высотой 20 . 450 мм; балки высотой до 1100 мм; рельсы, трубы, листы, полосы, ленты и др. На специальных прокатных станах изготовляют заготовки переменного по длине сечения (периодический прокат), бандажи колес, шары, шестерни и др.

Прокатка является наиболее высокопроизводительным видом обработки давлением, 75 . 80 % всей выплавляемой стали подвергается прокатке.

Прессование

Прессование (рис. 1.1, б). Сущность прессования заключается в выдавливании металла заготовки 5 пуансоном 4 из контейнера 6 через матрицу 7. В матрице имеется отверстие, по форме соответствующее требуемому профилю 8. Прессованием изготовляют простые и очень сложные, сплошные и пустотелые профили.

Этому виду обработки давлением подвергают в основном цветные металлы и сплавы, однако в последнее время прессование применяют при изготовлении профилей и заготовок деталей также из сталей и малопластичных специальных сплавов.

Волочение

Волочение (рис. 1.1, в). Проволоку диаметром от 16 мм до нескольких микрометров, высококачественные тонкостенные трубы ? 0,2 . . . 20 мм и другие пустотелые профили, калиброванные прутки из сталей, цветных металлов и сплавов различных марок получают волочением. Этот вид обработки заключается в протягивании заготовки 9 через отверстие в волоке 10. Исходной заготовкой для данной операции является, как правило, продукция прокатного производства. При волочении уменьшается площадь поперечного сечения заготовки и увеличивается ее длина. В процессе волочения достигаются точность размеров и шероховатость поверхности, соответствующие получаемым при обработке резанием, а за счет наклепа при холодной деформации повышается прочность изделия 11.

Ковка

Ковка (рис. 1.1, г) — это вид обработки давлением, при котором заготовка деформируется универсальным инструментом простой формы, например плоскими бойками. Нагретую до ковочной температуры заготовку 13 устанавливают на нижний боек 14, а верхним бойком 12 ее деформируют до нужных размеров. Для ковки характерно свободное или почти свободное течение металла в направлении, перпендикулярном движению инструмента.

Ковку применяют дня изготовления фасонных поковок деталей машин практически из всех деформируемых сталей и сплавов массой от нескольких граммов до сотен тонн. Мелкие поковки изготовляют ручной ковкой, средние и крупные — машинной.

Объемная штамповка

Объемная штамповка (рис. 1.1, д). Сущность этого вида обработки заключается в деформировании заготовки 16 в полости между половинами 15 и 17 штампа; эту полость металл заготовки заполняет при сближении половин. Форма полости штампа соответствует форме будущей поковки, что обеспечивает высокую точность последней. Исходной заготовкой служит, как правило, продукция, полученная прокаткой и разделенная предварительно на мерные части. Объемную штамповку осуществляют на молотах, прессах и специализированных машинах. Пользуясь этим видом обработки, изготовляют коленчатые валы, шестерни, турбинные лопатки, кронштейны и другие детали машин в массовом и серийном производстве.

Листовая штамповка

Листовая штамповка (рис. 1.1, е). Этот вид обработки давлением характеризуется тем, что в качестве исходной заготовки 19 используют лист, полосу или ленту, которую деформируют в специальном инструменте — штампе. Основными частями штампа являются пуансон 18 и матрица 20. Штампы устанавливают, как правило, на кривошипных листоштамповочных и реже — гидравлических прессах различной мощности. Листовой штамповкой изготовляют достаточно точные и прочные детали машин или заготовки для них при минимальном расходе металла. В большинстве случаев штамповка выполняется без нагрева металла, поэтому полученная продукция отличается малой шероховатостью поверхности и повышенной прочностью. Процесс листовой штамповки легко автоматизируется — производительность листоштамповочных автоматов достигает нескольких сотен деталей в минуту.

Классификация видов обработки металлов давлением, их сущность и область применения

Пластическое деформирование в обработке металлов давлением осуществляется при различных схемах напряженного и деформированного состояний, при этом исходная заготовка может быть объемным телом, прутком, листом.

По назначению процессы обработки металлов давлением группируют следующим образом:

– для получения изделий постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления деталей – прокатка, волочение, прессование;

– для получения деталей или заготовок, имеющих формы и размеры, приближенные к размерам и формам готовых деталей, требующих механической обработки для придания им окончательных размеров и заданного качества поверхности – ковка, штамповка.

Основными схемами деформирования объемной заготовки являются:

– сжатие между плоскостями инструмента – ковка;

– ротационное обжатие вращающимися валками – прокатка;

– затекание металла в полость инструмента – штамповка;

– выдавливание металла из полости инструмента – прессование;

– вытягивание металла из полости инструмента – волочение.

Характер пластической деформации зависит от соотношения процессов упрочнения и разупрочнения. Губкиным С.И. предложено различать виды деформации и, соответственно, виды обработки давлением.

Горячая деформация – деформация, после которой металл не получает упрочнения. Рекристаллизация успевает пройти полностью, новые равноосные зерна полностью заменяют деформированные зерна, искажения кристаллической решетки отсутствуют. Деформация имеет место при температурах выше температуры начала рекристаллизации.

Неполная горячая деформация характеризуется незавершенностью процесса рекристаллизации, которая не успевает закончиться, так как скорость ее недостаточна по сравнению со скоростью деформации. Часть зерен остается деформированными и металл упрочняется. Возникают значительные остаточные напряжения, которые могут привести к разрушению. Такая деформация наиболее вероятна при температуре, незначительно превышающей температуру начала рекристаллизации. Ее следует избегать при обработке давлением.

При неполной холодной деформации рекристаллизация не происходит, но протекают процессы возврата. Температура деформации несколько выше температуры возврата, а скорость деформации меньше скорости возврата. Остаточные напряжения в значительной мере снимаются, интенсивность упрочнения снижается.

При холодной деформации разупрочняющие процессы не происходят. Температура холодной деформации ниже температуры начала возврата.

Холодная и горячая деформации не связаны с деформацией с нагревом или без нагрева, а зависят только от протекания процессов упрочнения и разупрочнения. Поэтому, например, деформация свинца, олова, кадмия и некоторых других металлов при комнатной температуре является с этой точки зрения горячей деформацией.

Получение машиностроительных профилей. Прокатка

Форма поперечного сечения называется профилем проката. Совокупность профилей различной формы и размеров — сортамент.

В зависимости от профиля прокат делится на четыре основные группы: листовой, сортовой, трубный и специальный. В зависимости от того нагретая или холодная заготовка поступает в прокатные валки – горячий и холодный.

Листовой прокат из стали и цветных металлов подразделяется на толстолистовой (4…60 мм), тонколистовой (0,2…4мм) и жесть (менее 0,2 мм). Толстолистовой прокат получают в горячем состоянии, другие виды листового проката – в холодном состоянии.

Прокатку листов и полос проводят в гладких валках.

Среди сортового проката различают:

– заготовки круглого, квадратного и прямоугольного сечения для ковки и прокатки;

– простые сортовые профили (круг, квадрат, шестигранник, полоса, лента);

фасонные сортовые профили:

– профили общего назначения (уголок, швеллер, тавр, двутавр);

– профили отраслевого назначения (железнодорожные рельсы, автомобильный обод);

– профили специального назначения (профиль для рессор, напильников).

Трубный прокат получают на специальных трубопрокатных станах. Различают бесшовные горячекатаные трубы диаметром 25…550 мм и сварные диаметром 5…2500 мм.

Трубы являются продуктом вторичного передела круглой и плоской заготовки.

Общая схема процесса производства бесшовных труб предусматривает две операции: 1– получение толстостенной гильзы (прошивка); 2 – получение из гильзы готовой трубы (раскатка).

Первая операция выполняется на специальных прошивочных станах в результате поперечно-винтовой прокатки. Вторую операцию выполняют на трубопрокатных раскатных станах различных конструкций: пилигримовых, автоматических и др.

Схема прокатка труб на пилигримовом стане представлена на рис. 8.1.

Рис.8.1. Схема прокатки труб на пилигримовом стане

В толстостенную гильзу 1 вводят оправку (дорн) 2 подающего механизма, длина которой больше длины гильзы. Гильза перемещается к валкам 3, калибр которых разделяется на две части: рабочую и холостую. Рабочая часть валка имеет рабочий и калибрующий участки.

Процесс работы заключается в периодической подаче на определенную длину гильзы вместе с оправкой в зазор между валками в момент совпадения холостой части обоих валков (рис.8.1.а). Затем выполняется процесс прокатки, и гильза перемещается в направлении вращения валков, т.е. обратном ходу прокатываемой трубы (рис. 8.1.б). При этом рабочий участок обжимает гильзу по диаметру и толщине стенки, а калибрующий участок обеспечивает выравнивание диаметра и толщины стенки. После выхода из рабочей части оправка с гильзой продвигаются вперед, поворачиваясь на 90 0 вокруг продольной оси. По окончании прокатки валки разводят, и подающий механизм обратным ходом вытягивает оправку из трубы.

Сварные трубы изготавливают на трубосварочных агрегатах различными способами: печной сваркой, контактной электросваркой и др. из полос – штрипсов. Процесс получения трубы состоит из получения заготовки в виде свернутой полосы и сварки ее в трубу.

Особое место занимают станы спиральной сварки. Трубы получают завивкой полосы по спирали на цилиндрических оправках с непрерывной сваркой спирального шва автоматической сварочной головкой. Формовка осуществляется путем пластического изгиба в плоскости, расположенной под углом α к продольной оси.

Преимущества способа состоят в следующем: диаметр трубы не зависит от ширины исходного полосы, так как он определяется и углом подъема спирали; спиральный шов придает трубе большую жесткость; спирально-сварные трубы имеют более точные размеры.

Специальные виды проката.

Периодический профиль – профиль, изменяющийся по определенному закону, повторяющемуся по длине. Периодические профили получают продольной, поперечной и винтовой прокаткой.

При продольной периодической прокатке получают профили с односторонним периодом, с двухсторонним совпадающим периодом, с несовпадающим верхним и нижним периодом. Окончательную форму изделию придают за один проход. Длина периода профиля определяется длиной окружности валка. При каждом обороте валков из них должен выходить отрезок полосы с целым числом периодов, поэтому наибольшая длина периода не может быть больше длины окружности валков.

Поперечная прокатка периодических профилей характеризуется тем, что заготовка и готовый профиль представляют собой тела вращения. Схема прокатки на трехвалковом стане представлена на рис.8.2.

Рис. 8.2. Схема прокатки на трехвалковом стане

Прокатка осуществляется дисковыми или коническими валками, расположенными под углом 120 º друг к другу. Валки могут быть установлены с некоторым перекосом. Способ заключается в том, что три приводных валка 1 вращают заготовку 2, которая принудительно перемещается в осевом направлении со значительным натяжением. Гидравлическое устройство перемещает зажимной патрон 3 вместе с металлом в направлении рабочего хода. Во время прокатки валки сближаются и разводятся на требуемый размер гидравлической следящей системой в соответствии с заданным профилем копировальной линейки или системой ЧПУ по заранее заданной программе. Переход от одного профиля к другому осуществляется без замены валков, только за счет смены копира или программы.

Рис 8.3. Схема прокатки шестерни с осевой подачей заготовки

Поперечной прокаткой накатывают зубья шестерен между двумя вращающимися валками. Возможны два способа обработки зубьев: с осевой подачей обрабатываемой заготовки (прутковая прокатка) и прокатка с радиальной подачей валков (штучная прокатка). Прутковая прокатка шестерен (рис. 8.3) применяется для обработки прямозубых и косозубых шестерен с небольшими модулями (до 6 мм) и диаметром до 200 мм. Образование зубьев при прокатке осуществляется перемещением нагретой в кольцевом индукторе 2 заготовки 1 между двумя вращающимися зубчатыми валками 3, модуль которых равен модулю прокатываемой шестерни 4.

В начале прокатки заготовка приводится во вращение дополнительным зубчатым колесом, находящимся в зацеплении с валками. После выхода из зацепления шестерня вращается валками.

Станы винтовой прокатки широко применяют для прокатки стальных шаров диаметром 25…125 мм. Схема прокатки представлена на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Схема прокатки шаров

Валки 2 и 4 вращаются в одном направлении, в результате заготовка 1 получает вращательное движение. Для осевого перемещения оси валков располагают под углом к оси вращения. От вылета из валков заготовка предохраняется центрирующими упорами 3. В валках нарезают винтовые калибры. По характеру деформации калибр разделяется на формующий участок, где осуществляется захват заготовки и ее постепенное обжатие в шар, и отделочный участок, где придаются точные размеры шару и происходит его отделение от заготовки. Диаметр валков в 5…6 раз превышает диаметр прокатываемых шаров, и составляет 190…700 мм. Производительность стана определяется числом оборотов валков, так как за один оборот существуют станы для прокатки ребристых труб, для накатки резьб и т.д.

Сущность и схема процесса. Прокатка – процесс обжатия заготовки между вращающимися валками с целью придания ей требуемой формы и размеров. Различают три способа прокатки: продольную, поперечную и поперечно-винтовую (косую).

Основным способом, при помощи которого производится до 90 % всего проката в стране, является продольная прокатка (рис. 8.6.), в процессе которой металл подвергается обжатию между вращающимися навстречу друг другу параллельными валками. При этом уменьшается высота сечения, увеличивается длина и в некоторой степени ширина прокатываемой полосы.

Валки могут быть цилиндрическими гладкими, тогда прокат получается в виде полос и листов, либо с канавками (ручьями) различной формы, тогда получается профильный прокат – квадрат, круг, шестигранник, рельс и др.

Процесс прокатки осуществляется следующим образом. Полоса высотой Н (рис. 8.5.) силами трения, возникающими между ее поверхностью и поверхностями валков, втягивается в щель между валками, высота которой меньше начальной высоты полосы, и обжимается до размера h. Разность между начальным Н и конечным h размерами полосы называется абсолютным обжатием.

Рис. 8.5. Продольная прокатка

Процесс прокатки возможен только в том случае, если угол а, называемый углом захвата, не превышает некоторой величины, определяемой коэффициентом трения между металлом и валками. Прокатку желательно вести с максимальными углами захвата с целью увеличения разового обжатия, и следовательно, производительности прокатного стана.

Контакт металла с валками происходит по дуге ab, называемой дугой захвата. Металл деформируется в зоне, ограниченной плоскостями входа ad и выхода bс и дугами захвата. Этот объем металла называется очагом или зоной деформации. Одновременно с уменьшением сечения полосы и увеличением ее длины наблюдается некоторое увеличение ее поперечных размеров, называемое уширением. Величина уширения зависит от величины обжатия, диаметра валков, коэффициента трения и пр. Уширение влияет на точность и качество прокатываемых профилей. При малой его величине калибр не будет заполняться, и возможно получение не полностью оформленного профиля. Если уширение будет значительно больше расчетного, образуется излишек металла по ширине. Он будет выдавливаться в зазор между валками и образовывать заусенцы.

Виды обработки металлов давлением

Некоторые виды обработки металлов давлением уже многим известны, однако есть еще масса разновидностей металлообработки, которые получили не такое массовое распространение.

Поговорим сначала обо всех видах обработки давлением металла, а после подробнее остановимся на каждом из них.

Выделяют следующие виды обработки металлов давлением

• Прокатка;
• Ковка;
• Прессование;
• Волочение;
• Объемная штамповка;
• Листовая штамповка;
• Комбинированная обработка металла давлением.

Прокатка металлов давлением

Прокатка необходима для того, чтобы уменьшить поперечное сечение изделия и придать ему заданный чертежом профиль. Изделие при этом зажимается валками, которые вращаются с определенным усилием.

Существует три вида прокатки:

• Продольная – деталь пропускают между вращающимися в разные стороны валками, тем самым изделие обжимается до толщины расстояния между этими валками.
• Поперечная – метод, призванный обрабатывать изделия в форме шара, конуса, цилиндра и прочих тел вращения.
• Поперечно-винтовая – в основном применяется данный способ для создания и обработки полых деталей.

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

Хрупкие металлы можно обработать с помощью прессования. Этот метод заключается в том, что металл пропускается через матрицу в специальную полость.

Благодаря прессованию в промышленности получают детали на автомобили, для сфер авиа-, судостроения и многих других отраслей.

Матрицы для этого способа обработки давлением изготовлены из жаропрочных штамповых деталей.

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 данном методе обработки металла ключевым объектом является штамп, через который проходит металл. Он ограничен со всех сторон полостями, поэтому без труда принимает нужную форму. Штампы бывают открытые и закрытые.

Открытые штампы имеют специальный зазор для выдавливания избыточного металла. Закрытые типы штампов такого зазора не имеют.

Листовая штамповка металлов

Последним из всех видов обработки металла давлением является листовая штамповка. Она представляет собой процесс создания формы металла в виде листа, полоски или ленты после прокатки.

Листовая штамповка может проводиться двумя способами:

• разделительным;
• формообразующим.

Разделительный способ представляет собой нарезку, пробивку или вырубку изделия, а формообразующий – чеканку, вытяжку, раздачу и прочее.

Для листовой штамповки необходим гидравлический или кривошипный пресс. Основное усилие в этих прессах создает штамп, в составе которого есть пуансоны и матрицы, воздействующие на металлическую деталь.

Чаще всего механическая обработка металла после проведения подобных работ по штамповке не требуется. Это обусловлено тем, что матрицы и пуансоны имеют четкие параметры и строго рассчитаны.

Листовая штамповка – это один из самых точных методов обработки металлов давлением. Именно поэтому она применяется во всех отраслях промышленности и металлургии – начиная авиа-, судо- и автомобилестроением, заканчивая микроэлектроникой.

Различные виды обработки металлов на выставке

На международной выставке «Металлообработка», которая пройдет в ближайшее время в ЦВК «Экспоцентр», будут представлены многие виды оборудования для металлообработки, среди которых можно будет увидеть и приборы для обработки металла давлением.

Новые технологии со всей Европы продемонстрируют передовые специалисты по металлургии и металлообработке.

Выставка собирает специалистов со всего мира для того, чтобы поделиться новинками в сфере машиностроения и оценить безотказное и новейшее оборудование, предназначенное для различной обработки металлических изделий.

Посещение подобных мероприятий поможет быстрее разобраться с принципами металлообработки давлением.

Общие сведения об обработке металлов давлением

Вопросы:

1. Сущность обработки металлов давлением, ее основ­ные виды.

2. Холодная и горячая обработка давлением. Обрабаты­ваемые материалы.

3. Преимущества перед литейным про­изводством и обработкой резанием.

1. Обработка давлением основана на способности металлов необратимо изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Она обеспечивает получение заготовок для производства деталей, а в некоторых случаях и самих деталей требуемых форм и размеров с необходимыми механическими и физическими свойствами.

Обработка давлением – прогрессивный, экономичный и высокопроизводительный способ металлообработки, развивающийся в направлении максимального приближения форм и размеров заготовки к форме и размерам детали, что обеспечивает лучшее использование металла, сокращение трудоёмкости последующей обработки резанием и уменьшением себестоимости продукции.

При производстве металлических изделий широко применяют обработку металлов давлением как в горячем состоянии, так и в холодном. Основными способами обработки металлов давлением являются прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка.

Прокатка – один из важных способов обработки давлением, которым обрабатывается более 75% выплавляемой стали.

Прокатка осуществляется захватом заготовки 2 (рис. 22, а) и деформации ее между вращающимися в разные стороны валками 1 прокатного стана; при этом толщина заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличиваются. Валки имеют гладкую поверхность для прокатки листов или вырезанные ручьи, составляющие калиб­ры, для получения круглой или квадратной полосы, рельсов и т. д.

Волочение – процесс, при котором заготовка 2 (рис. 22, б) протягивается на волочильном стане через отверстие инструмен­та 1, называемого волокой; при этом поперечное сечение заготовки уменьшается; а длина ее увеличивается.

Рис. 22 Схемы основных способов обработки металлов давлением:

а – прокатка; б – волочение; в – прессование; г – ковка; д – объ­емная штамповка; е – листовая штамповка

Прессование представляет собой выдавливание заготовки 4 (рис. 22, в), помещенной в специальный цилиндр – контейнер 3,через отверстие матрицы 5, удерживаемой матрицедержателем 6;выдавливание производят при помощи пресс – шайбы 2 и пуансона 1. В зависимости от формы и размеров отверстия матрицы получают разнообразные изделия.

Ковка металла заключается в обжатии заготовки 2 (рис. 22, г) между верхним 1 и нижним 3 бойками молота с применением раз­нообразного инструмента. Свободной ковкой получают поковки раз­личных размеров простой или сложной формы на молотах или прессах.

Штамповка – процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которых определяют форму и разме­ры получаемой поковки. Различают объемную и листовую штам­повку.

При объемной штамповке (рис. 22, д) на горячештамповочных молотах и прессах заготовка 2 деформируется в штампе 1. Листовая штамповка (рис. 22, е) осуществляется на холодноштамповочных прессах. При помощи пуансона 1, прижима 2, матрицы 3 листовая заготовка 4 превращается в изделие.

2. Различают горячую и холодную обработки металлов давлением.

Горячая обработка металлов давлением характеризуется явлениями возврата и рекристаллизации, отсутствием упрочнения (наклёпа); механические и физико-химические свойства металла изменяются сравнительно мало. Пластическая деформация не создаёт полосчатости (неравномерности) микроструктуры, но приводит к образованию полосчатости макроструктуры у литых заготовок (слитков) или к изменению направления волокон макроструктуры (прядей неметаллических включений) при обработке металлов давлением заготовок, полученных прокаткой, прессованием и волочением. Полосчатость макроструктуры создаёт анизотропию механических свойств, при которой свойства материала вдоль волокон обычно лучше его свойств в поперечном направлении.

При холодной обработке металлов давлением процесс пластической деформации сопровождается упрочнением, которое изменяет механические и физико-химические характеристики металла, создаёт полосчатость микроструктуры и также изменяет направление волокон макроструктуры. При холодной обработке металлов давлением возникает текстура, создающая анизотропию не только механических, но и физико-химических свойств металла. Используя влияние обработки металлов давлением на свойства металла, можно изготавливать детали с наилучшими свойствами при минимальной массе.

Для получения заготовок обработкой давлением используют различные деформируемые материалы: углеродистые, легированные и высоколегированные стали, жаропрочные сплавы, сплавы на основе алюминия, меди, магния, титана, никеля и др.

Исходными заготовками для обработки металлов дав­лением являются плоские и круглые слитки разных раз­меров и массы из стали и цветных сплавов.

До обработки давлением слитки подвергают механи­ческой обработке, которая заключается в отрезке при­быльной и донной частей и очистке поверхности от ли­тейных пороков.

Размеры и масса слитков зависят от их назначения. Цилиндрические слитки предназначаются для изготовле­ния прутков, профилей и труб. Их получают главным об­разом методом непрерывного литья. Плоские слитки при­меняют для изготовления различных поковок, листов, лент, полос и т. п.

3. Существенные преимущества обработки металлов давлением по сравнению с литейным производством и обработкой резанием – возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышения производительности труда, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т. д.) при наименьшей их массе.

Эти и другие преимущества обработки металлов давлением (отмеченные ниже) способствуют неуклонному росту ее удельного веса в металлообработке. Совершенствование технологических процессов обработки металлов давлением, а также применяемого оборудования позволяет расширять номенклатуру деталей, изготовляемых обработкой давлением, увеличивать диапазон деталей по массе и размерам, а также повышать точность размеров полуфабрикатов, получаемых обработкой металлов давлением.

Обработка металлов давлением – ОМД: виды, способы и особенности технологии

Все знают, что алюминиевую ложку может согнуть даже ребенок, а из куска стали кузнец сделает меч, используя молот и раскаленную печь. Но не все понимают, что эти процессы с точки зрения знаний об металлообработке – родственные. В статье расскажем про основы обработки металла давлением (ОМД): что это такое, сущность метода и его применение на практике с различными материалами.

Физические основы процесса

У железа, олова и прочих сплавов и пород есть предел упругости. Это максимальная нагрузка, после снятия которой не возникает остаточных (пластических) деформаций. Если на заготовку будет оказано воздействие, которое превышает этот показатель, то произойдут изменения на атомном уровне. Атомы выйдут из своих устойчивых соединений и свяжутся в другие, деформированные, образуя новую кристаллическую решетку. И теперь уже изделие останется в том состоянии, в котором оно находилось под механической нагрузкой. Примером возьмем ту же алюминиевую ложку. У алюминия очень низкий предел упругости. Поэтому нужно приложение минимальной силы извне, чтобы столовый прибор согнулся. А свидетельством того, что пластическая деформация произошла является то, что предмет не возвращает былую форму. Подведем итог: обработка металлов давлением основана на механическом свойстве мельчайших атомных частиц занимать новое положение под воздействием нагрузки.

Существует горячая и холодная процедура

Какую из этих разновидностей применить, зависит от материала и их свойств пластичности. Ряд веществ (например, низкоуглеродистые, а также ферритные и аустенитные стали) обладают очень высокой гибкостью. У них показатель рекристаллизации очень невысокий. Это означает следующее: кристаллические зерна поликристалла растут на новом месте (где происходит деформация) за счет разрушения решетки в прежнем месте. Обычно этот процесс проходит намного быстрее, если повысить температуру. Приведем пример, не связанный с металлообработкой. Если согнуть пополам холодный брусок пластилина, он сломается на две части, а если предварительно его разогреть в руках, то он расплавится – повысится его пластичность. Так работает второй способ – горячая технология обработки металлов давлением. Сопротивляемость при нагревании уменьшается, деталь поддается механическому воздействию. Но нужно быть осторожными, потому что если слишком прибавить жару, то можно просто сжечь сталь, то есть утратить все ее физические и химические свойства. Холодная ОМД – менее вредная для атмосферы и экологии, но подходит не для всех материалов. При накаливани происходят окислительные процессы, на поверхности появляется оксидный слой, а сама металлическая деталь приобретает большую прочность. Без нагревания оксидов не выделится, что часто является более предпочтительным, а прочность можно обеспечить и другими методами, например, запрессовкой. В обоих случаях происходит упрочнение на молекулярном уровне.

Основные виды обработки металлов давлением

Всего их 6, но каждый из них может подразделяться на многие подвиды в зависимости от многих факторов. При выборе способа металлообработки следует ориентироваться на ряд следующих показателей:

• физические и химические характеристики заготовки;
• последующие цели при эксплуатации;
• дополнительные этапы воздействия – покрытие краской, пробивка током и пр.;
• возможности цеха.

У предложенных вариантов разная цена и множество различий, рассмотрим подробнее ниже. А если вы хотите приобрести качественное профессиональное оборудования для распиловки, ленточного пиления даже самых прочных металлических листов, мы рекомендуем вам компанию «Роста», которая сотрудничает как с частными лицами, так и с представителями производственных компаний, металлургических цехов.

Обработка металлов давлением: прокатка

Происходит следующим образом: есть станок, на него крепятся прокатные валки. Когда деталь проходит через них, то на нее оказывается повсеместное воздействие со сторон инструментов. Результат – уменьшение диаметра сечения и придание эксклюзивной формы. Есть три разновидности процесса:

• Продольный. Оси вращающихся валков и заготовки сонаправлены или располагаются под небольшим углом. При этом используется минимум два элемента вращения, и двигаются они в одну сторону, в то время как изделие – в противоположную. Обжимка происходит так эффективно, что в результате металлические детали приобретают радиус, равный промежутку между обрабатываемым телом и станком. Результат – вытянутые, длинные цилиндры.
• Поперечный. Сама заготовка не совершает поступательных движений, но валки работают на всю мощность, они обрабатывают тело вращения по диаметру, со всех сторон зажимая его на месте. Таким образом изготавливают шестеренки, шары и оси.
• Поперечно-винтовой, он же косой. Ось немного смещается, рабочие инструменты также продолжают быть сонаправлены заготовке, но уже не строго параллельно, а под небольшим углом. Этот наклон приводит к тому, что начинают активно действовать сразу два разнонаправленных вектора сил. Они способствуют тому, чтобы получить полую трубу.

Прокат имеет свои стандартизированные названия, все его элементы различаются по диаметру сечения и размеру. Совокупность всех сортов, типов и размерных преобразований называется сортамент. Но при его многообразии его все же можно разделить на четыре группы:

• Сортовой. В нем находятся простые и фасонные профили. Это швеллеры, шестигранники, уголки, а также прямолинейные детали, например, железнодорожные рельсы. Используется наиболее часто.
• Листовой. Представлен выполнением металлических листов различной толщины.
• Специальные виды – те, для которых нужны особенные условия, имеющие трудную конфигурацию.
• Трубы (разделяются бесшовные и сварные). Имеются ввиду все полости, которые созданы поперечно-винтовым способом, например, оружейные гильзы.

Видео: Листовая штамповка

Обработка металла давлением: ковка

Если предыдущий процесс мог происходить как при холодном материале, так и при горячем, то теперь мы имеем дело с высокотемпературной работой. Перед началом оказания на заготовку механического воздействия необходимо ее нагреть, причем температура должна соответствовать показателю, который превышает предел упругости, чтобы добиться пластических деформаций. Раньше такую технологию применял кузнецы, это очень трудоемкое ремесло, требующее точной и кропотливой работы, а также большого объема знаний о физических характеристиках каждого сплава. Теперь также остается ниша ручной ковки, но происходит она более механизировано, например, не нужно раздувать меха для поддержания живого огня. Изделие, выполненное вручную, обычно считается высококачественным и дорогостоящим, так как оно эксклюзивное. Сейчас выковывают:

• На пневматических, паровых или гидравлических молотах – все движения заранее заданы и предопределены программой.
• Все виды штамповки, а их много – от разновидностей резки, до способов изогнуть заготовку нужным образом.

Результат любого процесса – поковка. Если материал находится в штампе, то итоговая деталь повторит ее контур.

Обработка металлов давлением: процесс прессования

Позволяет сделать отверстия, а также нанести ребра жесткости на любую внутреннюю, внешнюю сторону. Полость буквально пробивается ножами на прессе. При этом можно выбрать как горячий вариант, так и холодный. Второй подойдет для достаточно пластичных материалов, а если это хрупкий сплав, в нем добавлен никель или титан, то его следует заблаговременно нагреть. Матрицы (инструмент прессования) устроены так, что они имеют отверстия. Именно через них металлический слой буквально выдавливается – это результат, он идет на финишную металлообработку. А то, что непосредственно было спрессовано остается для повторного процесса. Опять можно привести пример с мягким пластилином крепко зажатым в кулак. Его часть просочиться между пальцами – также работает прессование.

Волочение

Фильера, она же волока, – это основной инструмент для такого типа обработки. Она имеет отверстие и направляющие. Через это пространство следует пронести, или проволочь, заготовку. Она меняет форму и приобретает требуемое профильное сечение. Таким образом делают проволоку и стальные жгуты, арматуры. Изначально отливается изделие более широкого диаметра, а затем, постепенно проходя через целый ряд станков с различными фильерами, то есть насадками, постепенно сужается до нужного размера.

Видео по теме: Прессование и волочение

Основным способом обработки металла под давлением является объемная штамповка

Штампование может быть также горячим или холодным. В первом случае требуется предварительно нагреть материал, особенно это актуально при особо прочных листах, а также при ширине в несколько миллиметров. Чем тоньше листовая заготовка, тем проще она изгибается. Пресс имеет матрицу в виде штампа. Когда он опускается, сжимается, то заготовка принимает аналогичную форму. Таким образом деформируется масса деталей. От небольших стрелок часов до крупных автомобильных запчастей, частей корпуса. Только с появлением объемной выштамповки стали возможны пластичные формы – сферическая, изогнутая. Еще один плюс – это высокая скорость металлообработки. Если предварительный нагрев не требуется, то этапов становится совсем мало, нужно только поместить лист на станок и запустить его. При этом получаются прочные изделия.

Листовая штамповка

Разновидность предыдущего варианта. Особенность в том, что процесс происходит на плоскости, а не в трехмерном пространстве, поэтому и изменения будут связаны не с изгибами, а с пробивкой, разрезкой. Можно взять заготовку и обработать ее края, отрезать от нее часть, выбить в ней отверстия или даже узоры. Все это помогает добиться нужного результата, то есть металлической плоской детали. В статье мы рассказали про обработку деталей давлением в холодном состоянии и в горячем виде. качестве заключения посмотрим несколько видеороликов, на которых подробно показано, как происходит этот процесс на заводах.

Видео: Техника на грани фантастики — Машинная ковка

Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.

5 методов обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением – это такой процесс, при котором металлу придается нужная форма и размер под силовым воздействием. Пластические свойства металлов позволяют сохранить полученные форму и размер, даже после того, как воздействие давления прекращается.

При помощи методов обработки металлов давлением получают как заготовки, так и уже готовые изделия. При этом существует целый ряд различных методов, каждый из которых позволяет воздействовать на металл уникальным образом. Различают 5 основных методов обрабатывания металлов:

№ 1: Ковка

Перед обработкой заготовку предварительно нагревают в специальной печи. Таким способом получается сделать металл более пластичным и податливым.

Затем при помощи наковальни и молота заготовке придают нужную форму. Различают ручную и машинную ковку.

Несмотря на то, что этот метод — известен достаточно давно, ему всё ещё находится применение (в основном, в современном мелкосерийном производстве).

№ 2: Прокатка

При этом методе используется специальный комплекс устройств, который называется прокатным станом. В зависимости от выпускаемых изделий различают трубопрокатные, листопрокатные, проволочные, а также многие другие виды прокатных станов.

Основными элементами стана являются вращающиеся валки, которые обжимают заготовку для придания ей нужной формы и размера. При этом валки не обязательно являются гладкими. При помощи валок с вырезками осуществляют прокатку для создания фасонных изделий (отводы, тройники и т.д.).

Прокатка бывает горячая (если заготовку предварительно подогревают) и холодная.

№3: Волочение

Волочение похоже на прокатку. Для волочения применяются волочильные станы, которые представляют собой целые комплексы. При волочении уменьшается поперечное сечение заготовки, а её длина при этом увеличивается.

Данные изменения достигаются путем пропускания заготовки через волочильный глазок. Волочильный глазок – основной элемент волочильного стана и представляет собой постепенно сужающееся отверстие. Проходя через него, заготовка и приобретает нужную форму и размер.

№4: Штамповка

Штамповку производят на прессах или молотах. Этот метод позволяет производить изделия высокой точности размеров и формы. Такие изделия зачастую не нужно подвергать дополнительной обработке резанием или др.

При данном методе форму заготовке придают при помощи давления штампа. Подобным же образом уже очень давно производят монеты. Различают листовую и объемную штамповки. Как ясно из названия, листовой штамповкой получают плоские изделия из стали и других металлов (обычно толщиной до 5 мм).

№5: Прессование

Заготовка металл, заключенный в форму при помощи давления выдавливается через отверстие. При этом площадь отверстия меньше площади заготовки, что придает изделию на выходе вид прутка. Данному виду обработки металлов давлением подвергаются многие металлы, например, цинк, алюминий или медь.

Также иногда применяют комбинации 2-их или нескольких методов обработки металлов давлением одновременно. Это позволяет получать изделия сложных форм и размеров и расширяет возможности их применения.

Обработка металла давлением. Все способы и нюансы

Один из технологических способов обработки металла — воздействие на него давлением. Особенность данного процесса — меняется внешний вид продукта и его физические свойства. При воздействии давлением увеличивается производительность.

Разные формы пластической деформации используются на современном производстве, для получения как окончательных деталей, так и исходного материала.

Основы процесса обработки давлением металла

Процедура опирается на физические свойства металла безвозвратно изменять свою форму под давлением внешней нагрузки без разрушения. Это основано на механическом свойстве атомов менять свое стабильное состояние на новое при воздействии сил, которые превышают упругость самого металла.

Обработка проводится горячим и холодным способом. При горячем методе температура заготовки выше, чем показатель рекристаллизации.

При холодном методе давление производится при показателях температуры ниже, чем у рекристаллизации.

Применяется несколько процессов воздействия на металл давлением:

• волочение;
• воздействие прессом;
• ковочный процесс;
• прокатный станок;
• объемный вариант штамповки;
• листовой метод;
• комбинированные методы.

Каждый из них отличается многими нюансами.

Прокатка

Для прокатки используется вращательный инструмент — валка. Заготовка втягивается в зазор между валками и приобретает необходимую форму детали. Прокатка имеет несколько разновидностей:

• Продольная: один из самых распространенных методов прокатки.
• Поперечная: заготовка в таком методе не делает поступательных движений.
• Поперечно-винтовая: средний вариант обработки между двумя методами обработки.

Последняя разновидность чаще применяется для изготовления полых заготовок. Прокатка является одним из наиболее широко применяемых методов создания металлических заготовок давлением. При помощи данного процесса получают: балки, рельсы, листы, прутковый материал, трубы.

На производстве несколько валков, соединенных в станину, получается клеть. Всем известный станок проката — это несколько клетей, которые имеют соединения. На прокатных станах используется, и горячий, и холодный метод обработки металла.

В зависимости от готовой продукции, которую выпускает прокатный стан, их делян на: листопрокатные, трубопрокатные, рельсобалочные, а также специальные.

Такие станки подразделяются на то, сколько валков расположено в нем.

Волочение

В данном метода обработки применяется принудительное пропускание профиля (круглого или фасонного) через фильеру. Ее еще называют волокой. Волока изготавливается из твердых сплавов, а также инструментальной стали и алмазов. Таким образом, изготавливается проволока.

При этом толщина и ширина сечения должны иметь соотношение не больше 20. В таком процессе через несколько фильер протягивается заготовка большого диаметра. Процесс волочения так же разделяется на виды.

1. По типу волочения: сухое или мокрое. При мокром волочении используется мыльная эмульсия, а при сухой обработке давлением применяется емкость с мыльным раствором.
2. Много- и однониточное волочение. Многониточное волочение допускает протягивание 8 одновременных заготовок.
3. По обработке поверхности: чистовое или черновое. Чистовое волочение используется как оканчивающая процедура, а черновой вариант является заготовительным.
4. По температурным показателям: холодный и горячий вариант.
5. По числу обработки: однократное или многократное. Считается по количеству протягиваний полосы через станок.

При помощи данной технологической процедуры получается проволока до 8 мм в диаметре. Волочение полых конструкций помогает произвести тонкостенные трубы небольшого диаметра.

Прессование

Это процедура выдавливания давлением металла через отверстие матрицы. В качестве стартового материала для прессования используют заготовки, предварительно обработанные на прокатном станке. Детали получаются самого разного сечения. При помощи прессования в промышленных масштабах изготавливают:

• пруты в диаметре 0.5-20 см;
• трубы в диаметре до 80 см и толщина стенок до 8 мм.

Различия прессования только по методу: прямой и обратный.

При такой процедуре используются в качестве необходимого материала алюминий, медь, магний, титановые сплавы. При прямом варианте следует разогреть заготовку и выложить ее в углубление пресса.

На одной из сторон контейнера расположена матрица с отверстием для выхода материала, которое имеет круглое сечение. С противоположного конца расположен пуансон и пресс-шайба. При таком методе к концу прессования в контейнере остаются пресс-остатки. Они не участвуют в процессе обработки давления металлом.

Обратный вариант обработки заготовок. При таком варианте в контейнер входит полый пуансон, оканчивающийся матрицей. Пуансона давит на приготовленный список, а через матричное отверстие выходит металл.

Отходы по умолчанию меньше, чем при прямом варианте обработки — на 10%. Но из-за сложной конструкции станка, этот метод применяется реже, чем прямой.

Технология процесса имеет следующий алгоритм:

1. Подготавливают начальный материал в виде слитка или заготовки. Для этого удаляют все дефекты, разрезают на определенные участки.
2. Разогрев материал в электрической или плавильной печи.
3. Размещение нагретого материала непосредственно в контейнер.
4. Вывод материала через матрицу.
5. Доработка металла — резка, избавление от дефектов, правка.

При соблюдении технологического процесса можно добиться 80% выхода готовой продукции.

Ковка

Это один из самых древних методов обработки металла. Первые известные человечеству кузнецы работали еще 6 тысяч лет назад. Сейчас ковка применяется на всех видах производства.

По сути, ковка — это обработка материала нагретого до ковочной температуры. Есть и варианты холодной ковки. На данный момент существует 3 вида ковки:

1. Свободная, при которой нет ограничения по формам материала. Сюда же относятся и ручные варианты ковки.
2. Машинная — используется с массовой, тяжелой промышленности. Масса механизированного молота до 5 тонн.
3. Штамповка — используется для массового производства.

Кузнечный очаг на современном производстве имеет несколько вариаций:

• установленное оборудование;
• мобильные варианты;
• закрытое или открытое;
• топливные;
• с электрическим разогревом;
• жидкостные, твердотопливные и газовые;
• по месту подачи воздуха: через боковые сопла или через центральное.

Наиболее распространённые кузнечные операции:

1. Осадочные — уменьшает высоту заготовки и увеличивает ее поперечное сечение.
2. Неполная осадка, при которой следует сделать утолщение.
3. Протяжка — операция по удлинению заготовки.
4. Обкатка — придача заготовке форме цилиндра.
5. Образование кольцевой заготовки.
6. Выработка широкой заготовки при помощи разгонки.

При ковке важно контролировать температуру, которая напрямую устанавливается в зависимости от твердости материала. Мелкие детали производят ручной поковкой, а средние и крупные — машинной.

Объемная штамповка

Под этой процедурой используется пластическая деформация материала по перераспределению материала на первичном продукте. При этом изменяется простая геометрическая конфигурация на более сложный вариант. Рабочий инструмент — штамп, форму которого получает деталь.

Холодная объемная штамповка проводится без разогрева детали. Этим методом выпускаются надежные детали и механизмы, применяемые в ответственных агрегатах. Штамповка осуществляется без рекристаллизации металла и со значительным упрочнением исходного материала. Но есть и недостаток у данного метода: детали изнашиваются на порядок быстрее.

Горячая объемная штамповка производится при температуре +200°С -1300°С. Начальный материал разрезан на отдельные части, которые по размеру равны будущим готовым деталям. По физическим свойствам эта процедура схожа со свободной ковкой. Отличие только в использовании штампов, которые позволяют достичь сложной конфигурации.

При горячем штамповании используется штамп из матрицы и пуансонов. При этом матрицы статичны, а пуансоны — подвижные. Штампы для горячего штампования бывают:

• закрытыми, когда поверхность разъема находится по периметру поковки;
• открытая, когда поверхность располагается под прямым углом к направлению штамповки.

Открытые штампа более просты в обращении, но могут привести к образованию заусениц на детали. Если используется штамп закрытый, то заусениц не будет, но такой станок не обладает универсальностью.

Листовая штамповка

Это вторичный вариант обработки после прокатки. В качестве исходного материала используются листы, полосы, а также ленты. Процесс проходит на кривошипных или гидравлических прессах. Листовая штамповка предусматривает два вида процедур:

• создающие форму;
• разделяющие.

При использовании листовой штамповки изготавливаются детали, которые имеют высокую точность. Практически все детали микроэлектроники произведены именно таким методом обработки давлением.

Эта процедура давно автоматизирована и штампует детали на скорости до нескольких сотен в минуту. При этом расход материала очень маленький.

Комбинированные методы

Если комбинировать несколько методов обработки металла давлением, то в конечном результате можно получить конечный продукт, который лучше отвечает всем требованиям, необходимым для его эксплуатации.

Одним из комбинированных методов является применение помимо давления еще и сварки. Это позволяет процесс удешевить и упростить, а в итоге получить деталь с заданными характеристиками.

Важно! При использовании данного метода необходимо помнить, что место сварки (шов) может стать слабой частью конструкции.

При совмещении в одном штамповочном переходе обжима и вытяжки можно без проблем уменьшить диаметр конечного продукта. Можно добиться и смены толщины заготовленного продукта в процессе деформации.

Если комбинировать холодный и горячий метод обработки давлением, то легко добиться более высокой прочности за счет холодной деформации.

При влиянии на металл давления используются технологические процессы, основанные на простых законах физики. При этом значительно повышается производительность, а также конечные качества изготавливаемой детали. Есть несколько видов обработки металла давление.

Прежде всего, методы могут быть горячие и холодные, которые зависят от разницы температур между рекристаллизацией и материалом. Это помогает выпустить самые разные детали, по форме, толщине, прочности и эксплуатационным качествам.

При этом самым первым методом воздействия на металл при помощи давления является обыкновенная ковка, которая появилась вместе с выплавкой металла и позволила людям производить надежные орудия труда.