В чем особенности обработки металлов давлением

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.

Источник

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:

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.

Источник