Нагрев металла при обработке давлением

Нагрев заготовок производится с целью уменьшить сопротивление деформации. При горячей деформации сопротивление деформированию примерно в 10 раз меньше, чем при холодной. Это позволяет снизить стоимость изготовляемых деталей. Для каждого металла и сплава температура горячей обработки имеет свой верхний и нижний пределы, образующие область нагрева, называемую температурным интервалом обработки.

Прокатка

Прокатка–это вид обработки давлением, при котором процесс деформации металла осуществляется сдавливанием его между вращающимися цилиндрами (валками) 1 (рис. 4.1). При этом сдавливаемый металл вытягивается в продольном направлении, сжимаясь в вертикальном и уширяясь в поперечном направлениях. Вследствие возникновения трения между прокатываемым металлом и валками валки одновременно с деформированием осуществляют подачу заготовки 2 до тех пор, пока она полностью не пройдёт в зазор между валками.

Окончательные размеры и форма поперечного сечения полученного прокаткой изделия определяются профилем отверстия между сжимающими металл валками. Прокаткой обрабатываются сталь, цветные металлы и их сплавы.

Прокатку осуществляют на специальных машинах – прокатных станах, устройство которых зависит от вида прокатываемых изделий и их размеров.

Продукцией прокатного производства являются как готовые изделия (например, балки, трубы, рельсы и др.), так и заготовки для последующей обработки ковкой, штамповкой и др.

4.2.4. Волочение и прессование

Особым видом обработки металлов давлением, при котором обрабатываемый металл обычно в холодном состоянии, протягивается через постепенно сужающееся отверстие, является волочение (рис.4.2). При этом сечение отверстия меньше сечения протягиваемой заготовки. Волочением обрабатываются сталь, цветные металлы и их сплавы. Этим способом изготовляют проволоку от 0,002 мм, калиброванные прутки и тонкие трубы. Изделия получаются с гладкой поверхностью и точными размерами. Исходными заготовками для волочения может быть сортовой прокат, прутки, трубы. При волочении длина заготовки увеличивается, а поперечное сечение уменьшается и приобретает форму отверстия. Инструментом, через отверстие в котором протягивается заготовка, является волока 2 (рис. 4.2). Волока работает в тяжелых условиях, поэтому изготовляется она из инструментальной стали или твёрдого металлокерамического сплава, состоящего из карбидов вольфрама, титана, бора и др. При волочении особо тонкой проволоки (диаметром менее 0,2мм) волоку изготовляют из технических алмазов. Для уменьшения трения, усилия волочения и повышения стойкости инструмента применяются жидкие или сухие смазки (минеральное масло, эмульсии, мыло, графит). При волочении может выделяться теплота, поэтому производится охлаждение заготовки.

Если исходное сечение заготовки необходимо уменьшить значительно, то применяют волочение через ряд постепенно уменьшающихся отверстий. Такое повторение может доходить до 20 раз.

Оборудованием для волочения являются волочильные станки.

4.2.5. Прессование

Вид обработки металлов давлением, при котором материал, заключенный в замкнутую полость, выдавливается через отверстие меньшей площади, чем площадь сечения исходной заготовки, называется прессованием. Прессуемый металл принимает форму прутка простого или сложного, сплошного или полого сечения по форме и размерам отверстия в матрице (рис.4.3).Заготовка 1 заключена в контейнер 2. С одной стороны контейнера с помощью матрицедержателя 3 закреплена матрица 4, через отверстие которой с помощью пуансона 5 и пресс-шайбы 6 выдавливается металл заготовки.

Прессованию подвергают слитки алюминия, меди и их сплавы, а также цинка, олова, свинца и др. Для прессования стальных профилей заготовкой служит прокат. Процесс протекает обычно при температуре горячей обработки давлением.

Прессование – единственный способ обработки давлением, при котором можно обрабатывать специальные стали, цветные металлы и сплавы с низкой пластичностью. Кроме того, прессованием можно получить изделия весьма сложного поперечного сечения, которые не могут быть получены другими видами обработки металлов давлением.

Основной недостаток прессования – значительные потери на отходы металла, так как весь металл не может быть выдавлен из контейнера и в нём остаётся пресс-остаток, масса которого может достигать 40% массы исходной заготовки.

Ковка

Процесс деформирования металла ударами молота или давлением пресса называют ковкой. Ковка всегда осуществляется в горячем состоянии. Полученные ковкой изделия разнообразной формы и массы называют поковками. Заготовками для крупных поковок служат слитки, а для средних и малых – прокатные заготовки. При ковке металл свободно течёт в стороны, не ограниченные рабочими поверхностями инструмента. Заготовка помещается между нижним (неподвижным) и верхним (подвижным) бойками молота или пресса. Контактирующие с заготовкой поверхности бойков и подкладных инструментов определяют направление течения металла заготовки.

Оборудованием для ковки являются молоты, деформирующие металл ударами, и прессы, деформирующие металл статической нагрузкой (без удара).

По способу приведения в движение молоты бывают: приводные (механические), работающие от электродвигателя, пневматические и паровоздушные.

Штамповка

Штамповкой называют способ изготовления изделия сложных очертаний давлением с помощью специального инструмента – штампа.

Различают объёмную и листовую, горячую и холодную виды штамповки. При объёмной штамповке в качестве заготовки используется обычно пруток, металл которого заполняет всю полость штампа, приобретая её форму и размер. При листовой штамповке заготовкой является лист и толщина полученных плоских и пространственных деталей незначительно отличается от толщины исходного листа.

Объёмная штамповка чаще бывает горячей, а листовая – холодной.

Горячая штамповка. Горячей объёмной штамповкой в специальных штампах из нагретых заготовок получают изделия, называемые штампованными поковками. Штамп – металлическая форма, состоящая обычно из двух частей, в которых имеются полости, по конфигурации соответствующие изготовляемой поковке. Эти полости называются ручьями. Одна часть штампа закрепляется в подштамповой подушке, установленной на шаботе (основание нижней части механического ковочного молота) молота или плите пресса, другая – в подвижной части молота или пресса. Каждый штамп годен для изготовления лишь одной определённой поковки, поэтому штампы применяют преимущественно в крупносерийном и массовом производстве.

Холодная штамповка. Холодной штамповкой изготовляют разнообразные металлические детали из стали, цветных металлов и их сплавов при массовом производстве. Широкое применение холодной штамповки связано с высокой производительностью процесса (30…40 тысяч деталей за смену с одного штампа листовой штамповки), низкой стоимостью, точностью и взаимозаменяемостью деталей, возможностью получения деталей, как простой, так и сложной формы. Наибольшую производительность при холодной штамповке обеспечивают автоматические линии.

Сварка, резка и пайка