Виды обработки металлов давлением
Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяют на два вида:
1) для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), используемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления из них деталей только обработкой резанием или с использованием предварительной обработки металлов давлением; основными разновидностями таких процессов являются прокатка, прессование и волочение;
2) для получения деталей или заготовок (полуфабрикатов), имеющих приближенно формы и размеры готовых деталей и требующих обработки резанием лишь для придания им окончательных размеров и получения поверхности заданного качества; основными разновидностями таких процессов являются ковка и штамповка.
Рис.23. Схемы основных видов обработки металлов давлением.
Прокатка заключается в обжатии заготовки между вращающимися валками. Силами трения заготовка втягивается между валками, а силы Р, нормальные к поверхности валков, уменьшают поперечные размеры заготовки (рис. 23,д).
Прессование (рис. 23,б) заключается в продавливании заготовки 2, находящейся в замкнутой форме В, через отверстие матрицы 1, причем форма и размеры поперечного сечения выдавленной части заготовки соответствуют форме и размерам отверстия матрицы, а длина ее пропорциональна отношению площадей поперечного сечения исходной заготовки и выдавленной части и перемещению давящего инструмента 4.
Волочение (рис. 23,е) заключается в протягивании заготовки 2 через сужающуюся полость матрицы 7; площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и получает форму поперечного сечения отверстия матрицы.
Ковкой (рис. 23,г) изменяют форму и размеры заготовки 1 путем последовательного воздействия универсальным инструментом 2 на отдельные участки заготовки.
Штамповкой изменяют форму и размеры заготовки с помощью специализированного инструмента — штампа (для каждой детали изготовляют свой штамп).
Различают листовую и объемную штамповку. Листовой штамповкой (рис. 23,д) получают плоские и пространственные полые детали из заготовок, у которых толщина значительно меньше размеров в плане (листа, ленты, полосы). Обычно заготовка деформируется с помощью пуансона 1 и матрицы 2. При объемной штамповке сортового металла (рис. 23,е) на заготовку, являющуюся обычно отрезком прутка, воздействуют специализированным инструментом — штампом 1, причем металл заполняет полость штампа, приобретая ее форму и размеры.
Термический режим
Нагрев вызывает изменение механических свойств металла как видно из графика (рис. 24).
Предел прочности углеродистых сталей с повышением температуры (примерно с 300°С) непрерывно уменьшается, а относительное удлинение увеличивается. Следовательно, при деформировании стали, нагретой, например, до температуры 1200°С, можно достичь большего формоизменения при меньшем приложенном усилии, чем при деформировании ненагретой стали. Все металлы и сплавы имеют тенденцию к увеличению пластичности и уменьшению сопротивле-ния деформированию при повышении температуры в случае выполнения определенных требований, предъявляемых к процессу нагрева.
Рис.24. Изменение механических свойств сталей
Прежде всего, каждый металл и сплав должен быть нагрет до вполне определенной температуры. Если нагреть сталь до температуры близкой к температуре плавления (линия АЕ на диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов), наступает пережог, выражающийся в появлении хрупкой пленки между зернами металла вследствие окисления их границ. При пережоге происходит полная потеря пластичности. Пережженный металл представляет собой неисправимый брак и может быть отправлен только на переплавку. Ниже температуры пережога лежит зона перегрева. Явление перегрева заключается в резком росте размеров зерен. Вследствие того, что крупнозернистой первичной кристаллизации (аустенит), как правило, соответствует крупнозернистая вторичная кристаллизация (феррит + перлит или перлит + цементит), механические свойства изделия, полученного обработкой давлением из перегретой заготовки, оказываются низкими. Брак по перегреву в большинстве случаев можно исправить отжигом. Однако для некоторых сталей (например, хромо никелевых) исправление перегретого металла сопряжено со значительными трудностями, и простой отжиг оказывается недостаточным.
Таким образом, максимальную температуру нагрева, т.е. температуру начала горячей обработки давлением, следует назначать такой чтобы не было ни пережога, ни перегрева. В процессе горячей обработки (прокатки, ковки, штамповки и т. д.) металл обычно остывает, соприкасаясь с более холодным инструментом и окружающей средой. Заканчивать горячую обработку давлением следует также при вполне определенной температуре. Если продолжать деформирование при более низких температурах, металл упрочнится( кристаллизация не успевает произойти), и вследствие падения пластичности в изделии могут образоваться трещины. Однако заканчивать обработку давлением при высоких температурах нецелесообразно (особенно для сплавов, не имеющих фазовых превращений, например для аустенитных сталей). В этом случае в процессе остывания зерна успевают вырасти, и получается крупнозернистая структура, а следовательно, низкие механические свойства изделия.