Тема 8. Обработка металлов давлением

Основные виды обработки давлением

Обработка металлов давлением основана на использовании пластических свойств материалов. Эти свойства позволяют изменять форму и размеры заготовки под действием внешних сил (давления) и сохранять полученные форму и размеры после прекращения действия сил. Для увеличения пластичности металл нагревают до температуры, при которой наиболее полно проявляются его пластические свойства.

Обработка металлов давлением отличается экономным расходованием металла и высокой производительностью по сравнению с литьем и механической обработкой и, кроме того, улучшает механические свойства литого металла.

Различают следующие основные способы обработки металлов давлением: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, штамповка.

Контрольные вопросы

1. Назначение процесса обработки металлов давлением.

2. Назовите классификацию основных способов обработки металлов давлением.

Нагрев металла. Режим нагрева

Цель нагрева металла перед обработкой давлением - придание ему необходимой пластичности, а при термической обработке или химико-термической обработке - изменение его механических, физических или химических свойств.

Нагрев металла осуществляют главным образом либо подводом тепла извне в нагревательных печах или термических печах, либо путём генерации тепла непосредственно в металле при пропускании через него электрического тока или возбуждения в нём тока индукцией.

При нагреве в печах тепло поступает на поверхность металла, а затем распространяется внутрь. При пропускании электрического тока через металл тепло выделяется во всём его объёме, в результате чего нагрев можно вести с высокой скоростью. Этот метод контактного нагрева пригоден для изделий небольшого поперечного сечения и значительной длины.

При индукционном нагреве металла тепло генерируется в тонком поверхностном слое, откуда, как и при нагреве в печах, распространяется внутрь.

Температуру нагрева перед обработкой давлением выбирают в зависимости от свойств и назначения металла (для алюминия, например, она составляет 250-500°C, для стали 1150-1300°C), а также от характеристики оборудования для обработки.

При термической или химико-термической обработке температура нагрева зависит от цели обработки и температур структурных превращений металла или сплава (200-1150°C). Показатель качества нагрева металла - равномерность температур по поверхности и объёму металла.

Нагрев металла в атмосфере продуктов сгорания топлива в пламенных печах или в атмосфере воздуха в электрических печах происходит с окислением и обезуглероживанием поверхности металла. Такой нагрев называется «тёмным» и практикуют главным образом перед обработкой металла давлением.

Для термической обработки предпочтителен так называемый светлый нагрев в атмосфере нейтрального газа, который не взаимодействует с поверхностью металла. В ряде случаев нагрев металла проводят в вакууме.

При химико-термической обработке нагрев металла ведут в атмосфере, которая реагирует с металлом, например, удаляя из него углерод или насыщая металл углеродом.

Нагрев в активной или нейтральной атмосфере проводят в печах, обогреваемых радиационными трубами или электрическими нагревательными элементами, а также в печах с муфелем.

Контрольные вопросы

1. Назначение нагрева металла.

Нагревательные установки для металла.

3. Факторы, влияющие на выбор температуры нагрева металла.

4. Назовите классификацию способов нагрева металла.

Прокатка, ее назначение

Прокатка- это обжатие заготовки между вращающимися валками. Валки могут быть гладкими - для прокатки листов и лент и с вырезками (ручьевые) - для получения деталей фасонного профиля. Различают горячую (с подогревом заготовки) и холодную прокатку.

Комплекс оборудования, с помощью которого производится прокатка, называется прокатным станом. Прокатные станы подразделяют по характеру процесса прокатки и выпускаемой продукции на блюминги, слябинги, листопрокатные, проволочные, сортовые, трубопрокатные и специальные.

На блюмингах производят крупные квадратные заготовки - блюмы. Из блюмов на сортопрокатных станах получают сортовой прокат с сечениями в виде квадрата, круга, прямоугольника, треугольника, сегмента, ромба, уголка, швеллера, тавра, двутавра и др.

На слябингах прокатывают крупные прямоугольные заготовки - слябы, из которых затем на листопрокатных станах производят более мелкие прямоугольные заготовки и листы.

Проволочные станы предназначены для получения проволоки диаметром 5-10 мм.

На трубопрокатных станах получают бесшовные и шовные (сварные) трубы. С помощью специальных станов прокатывают самые различные заготовки, например железнодорожные колеса, вагонные оси и т.д.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение прокатки.

2. Назовите классификацию и назначение оборудования, с помощью которого производится прокатка.

3. Технология процесса прокатки.

Волочение

Волочение - процесс протягивания заготовки через постепенно сужающееся отверстие (волочильный глазок). В результате поперечное сечение заготовки уменьшается, а ее длина увеличивается. Волочильный глазок является основной частью волоки — рабочего органа волочильных станов, на которых производится эта операция. Волочение выполняют в холодном или горячем состоянии. Исходным материалом для волочения является горячекатаный сортовой прокат (круглый, квадратный, шестигранный и др.), проволока, трубы из стали, цветных металлов и сплавов.

Волочение применяют для получения проволоки малого диаметра, тонкостенных труб, фасонных профилей, а также для калибровки, т.е. придания точных размеров и высокого качества поверхности изделия. Разрезкой фасонных профилей получают готовые детали - шпонки, направляющие и т.д.

Прессование - вид обработки металлов давлением, при котором металл, заключенный в замкнутую форму, выдавливается через отверстие, меньшей площади, чем площадь сечения исходного материала. В результате прессуемый металл принимает вид прутка, который может быть простым или сложным, сплошным или полым, в зависимости от формы и размеров отверстия. Прессованию подвергаются слитки алюминия, меди и их сплавов, а также цинка, олова, свинца и др.

Ковка, так же как и литье, является издавна известным способом обработки металлов. Различают ковку без применения штампов, так называемую свободную ковку, и ковку в штампах - штамповку.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение волочения.

2. Технология процесса волочения.

3. Дайте определение прессования.

4. Технология процесса прессования.

Ковка

Заготовку нагревают в нагревательной печи до температуры, при которой металл становится более пластичным. После этого заготовку кладут на наковальню и ударами молота придают ей необходимую форму. Изделие, полученное в результате ковки, называется поковкой.

Различают ручную и машинную ковку. Ручная ковка применяется в индивидуальном производстве для выполнения мелких ремонтных работ. Машинная ковка - ковка на молотах и прессах - используется в серийном и массовом производстве. Она во много раз производительнее ручной и позволяет обрабатывать очень крупные детали.

С помощью ручной и машинной ковки можно получать поковки самых различных форм. Однако из-за длительности процесса свободная ковка не всегда выгодна в массовом производстве. В этом случае более производительной и экономически оправданной является штамповка.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение процесса ковки.

2. Назовите классификацию способов ковки.

3. Технология процесса ковки.

Штамповка

При штамповке формообразование детали происходит в штампе и определяется его конфигурацией. Штамповку осуществляют на прессах и молотах.

Штамповка с предварительным нагревом заготовок называется горячей, без нагрева - холодной.

Различают объемную и листовую штамповку. Горячая объемная штамповка применяется в основном в массовом и серийном производстве и позволяет получать изделиях высокой точностью формы и размеров. Холодную объемную штамповку применяют для поковок небольшого размера.

Листовой штамповкой изготовляют плоские или пространственные тонкостенные изделия из стали, цветных металлов и сплавов. При холодной листовой штамповке используют заготовки толщиной от нескольких сотых долей миллиметра до 4 мм, при горячей - толщиной более 4 мм. Изделия, полученные листовой штамповкой, отличаются высокой точностью и не нуждаются в последующей обработке резанием.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение штамповки.

2. Технология процесса штамповки.