Основные виды обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением – ОМД: разновидности и особенности технологии

ОМД, или обработка металлов давлением, возможна благодаря тому, что такие материалы отличаются высокой пластичностью. В результате пластической деформации из металлической заготовки можно получить готовое изделие, форма и размеры которого соответствуют требуемым параметрам. Обработка металла давлением, которая может выполняться по различным технологиям, активно используется для выпуска продукции, применяемой в машиностроительной, авиационной, автомобилестроительной и других отраслях промышленности.

Обработка листового металла давлением на прокатном станке

Физика процесса обработки металлов давлением

Сущность обработки металлов давлением состоит в том, что их атомы такого материала при воздействии на них внешней нагрузки, величина которой превышает значение его предела упругости, могут занимать новые устойчивые положения в кристаллической решетке. Такое явление, которым сопровождается прессование металла, получило название пластической деформации. В процессе пластической деформации металла изменяются не только его механические, но и физико-химические характеристики.

В зависимости от условий, при которых происходит ОМД, она может быть холодной или горячей. Различия их состоят в следующем:

1. Горячая обработка металла выполняется при температуре, которая выше температуры его рекристаллизации.
2. Холодная обработка металлов, соответственно, осуществляется при температуре, находящейся ниже температуры, при которой они рекристаллизуются.

Ковка раскаленной заготовки на молоте – вид горячей обработки металла давлением

Виды обработки

Обрабатываемый давлением металл в зависимости от используемой технологии подвергается:

1. прокатке;
2. ковке;
3. прессованию;
4. волочению;
5. объемному штампованию;
6. листовому штампованию;
7. обработке, выполняемой комбинированными способами.

Основные виды обработки металла давлением

Прокатка

Прокатка – это обработка давлением заготовок из металла, в ходе которой на них воздействуют прокатные валки. Целью такой операции, для выполнения которой необходимо использование специализированного оборудования, является не только уменьшение геометрических параметров поперечного сечения металлической детали, но и придание ей требуемой конфигурации.

Виды прокатных валков

На сегодняшний день прокатку металла выполняют по трем технологиям, для практической реализации которых необходимо соответствующее оборудование.

Это прокатка, являющаяся одним из самых популярных методов обработки по данной технологии. Сущность такого способа обработки металла давлением заключается в том, что заготовка, проходящая между двумя валками, вращающимися в противоположные стороны, обжимается до толщины, соответствующей зазору между этими рабочими элементами.

По такой технологии обрабатывают давлением металлические тела вращения: шары, цилиндры и др. Выполнение обработки данного типа не предполагает, что заготовка совершает поступательное движение.

Это технология, которая представляет собой нечто промежуточное между продольной и поперечной прокаткой. С ее помощью преимущественно обрабатываются полые металлические заготовки.

Виды прокатки металла

Ковка

Такая технологическая операция, как ковка, относится к высокотемпературным методам обработки давлением. Перед началом ковки металлическую деталь подвергают нагреву, величина которого зависит от марки металла, из которого она изготовлена.

Обрабатывать металл ковкой можно по нескольким методикам, к которым относятся:

• ковка, выполняемая на пневматическом, гидравлическом и паровоздушном оборудовании;
• штамповка;
• ковка, выполняемая вручную.

При машинной и ручной ковке, которую часто называют свободной, деталь, находясь в зоне обработки, ничем не ограничена и может принимать любое пространственное положение.

Ручная ковка используется в кузнечных мастерских при изготовлении небольшого количества изделий

Машины и технология обработки металлов давлением по методу штамповки предполагают, что заготовка предварительно помещается в матрицу штампа, которая препятствует ее свободному перемещению. В результате деталь принимает именно ту форму, которую имеет полость матрицы штампа.

К ковке, относящейся к основным видам обработки металлов давлением, обращаются преимущественно в единичном и мелкосерийном производстве. Разогретую деталь при выполнении такой операции располагают между ударными частями молота, которые называются бойками. При этом роль подкладных инструментов могут играть:

• обычный топор:
• обжимки различных типов;
• раскатка.

Прессование

При выполнении такой технологической операции, как прессование, металл вытесняется из полости матрицы через специальное отверстие в ней. При этом усилие, которое необходимо для осуществления такого выдавливания, создается мощным прессом. Прессованию преимущественно подвергают детали, которые изготовлены из металлов, отличающихся высокой хрупкостью. Методом прессования получают изделия с полым или сплошным профилем из сплавов на основе титана, меди, алюминия и магния.

Прессование в зависимости от материала изготовления обрабатываемого изделия может выполняться в холодном или горячем состоянии. Предварительному нагреву перед прессованием не подвергают детали, которые изготовлены из пластичных металлов, таких как чистый алюминий, олово, медь и др. Соответственно, более хрупкие металлы, в химическом составе которых содержится никель, титан и др., подвергаются прессованию только после предварительного нагрева как самой заготовки, так и используемого инструмента.

Установка холодного прессования изделий из листового металла

Прессование, которое может выполняться на оборудовании со сменной матрицей, позволяет изготавливать металлические детали различной формы и размеров. Это могут быть изделия с наружными или внутренними ребрами жесткости, с постоянным или разным в различных частях детали профилем.

Волочение

Основным инструментом, при помощи которого выполняется такая технологическая операция, как волочение, является фильера, называемая также волокой. В процессе волочения круглая или фасонная металлическая заготовка протягивается через отверстие в фильере, в результате чего и формируется изделие с требуемым профилем поперечного сечения. Наиболее ярким примером использования такой технологии является процесс производства проволоки, который предполагает, что заготовка большого диаметра последовательно протягивается через целый ряд фильер, в итоге превращаясь в проволоку требуемого диаметра.

Технологические процессы получения проволоки методом волочения

Классифицируется волочение по целому ряду параметров. Так, оно может быть:

• сухим (если выполняется с применением мыльной стружки);
• мокрым (если для его выполнения используется мыльная эмульсия).

По степени чистоты формируемой поверхности волочение может быть:

• черновым;
• чистовым.

Линия волочения медной проволоки

По кратности переходов волочение бывает:

• однократным, выполняемым за один проход;
• многократным, выполняемым за несколько проходов, в результате которых размеры поперечного сечения обрабатываемой заготовки уменьшается постепенно.

По температурному режиму этот вид обработки металла давлением может быть:

• холодным;
• горячим.

Объемная штамповка

Сущность такого способа обработки металла давлением, как объемная штамповка, состоит в том, что получение изделия требуемой конфигурации осуществляется при помощи штампа. Внутренняя полость, которая сформирована конструктивными элементами штампа, ограничивает течение металла в ненужном направлении.

В зависимости от конструктивного исполнения штампы могут быть открытыми и закрытыми. В открытых штампах, применение которых позволяет не придерживаться точного веса обрабатываемой заготовки, предусмотрен специальный зазор между их подвижными частями, в который может выдавливаться избыток металла. Между тем использование штампов открытого типа вынуждает специалистов заниматься удалением облоя, образующегося по контуру готового изделия в процессе его формирования.

Особенностью горячей штамповки металла является воздействие высокой температуры, вследствие чего заготовка деформируется, принимая форму штампа

Между конструктивными элементами штампов закрытого типа такой зазор отсутствует, и формирование готового изделия происходит в замкнутом пространстве. Для того чтобы обрабатывать металлическую заготовку при помощи такого штампа, ее вес и объем должны быть точно рассчитаны.

Листовая штамповка

При помощи листовой штамповки готовые изделия получают из листового металла. В зависимости от того, какого результата необходимо добиться в процессе выполнения такой технологической операции, различают штамповку:

1. разделительную (отрезка, вырубка и пробивка);
2. формообразующую (гибка, вытяжка, раздача, отбортовка, чеканка и др.).

Для выполнения листовой штамповки используют гидравлические или кривошипно-шатунные прессы, рабочими органами которых являются штампы, состоящие из матрицы и пунсона.

Примеры изделий, изготовленных методом листовой штамповки

Качество готового изделия, которое обеспечивает листовая штамповка, позволяет не подвергать его последующей механической обработке. Для того чтобы обеспечить это качество, матрица и пунсон должны быть хорошо разработаны и изготовлены с высокой степенью точности.

Листовая штамповка – это одна из наиболее распространенных методик ОМД, которая активно применяется почти во всех отраслях промышленности. По такой технологии, в частности, производят как мельчайшие детали радиоэлектронных устройств, так и массивные кузова автотранспортных средств.

Получить более полное представление о способах обработки металла давлением, позволяет видео, демонстрирующее их в мельчайших подробностях.

Основные способы обработки металлов давлением

Основные понятия обработки металлов давлением: сущность технологии и особенности производственного процесса. Разница между холодным и горячим методами обработки. Основные виды обработки металлов давлением.

Обработку металлов давлением активно используют в современной промышленности. Данная отрасль металлообработки основана на пластичной деформации материала под действием внешних сил. Особенностью технологии является повышение физических и механических свойств в процессе изменения формы заготовки.

Деформация может быть упругой или пластичной. В первом случае после прекращения воздействия внешних сил заготовка восстанавливает первоначальные размеры. Во втором случае изделие сохраняет полученную форму. Полное изменение формы заготовки является суммой упругой и пластинчатой деформаций.

Технология обработки металлов давлением

Сущность обработки давлением заключается в изменении первоначальной формы заготовки под действием внешних сил. Такой метод позволяет получать изделия сложной формы. Вместе с этим улучшается кристаллическая структура материала и повышаются его механические свойства.

Способы обработки металлов давлением отличаются степенью нагрева заготовки. Холодный метод характеризуется температурой, значение которой ниже порога рекристаллизации металла. В этом случае для изменения формы к заготовке необходимо прикладывать значительные усилия. Горячий вид обработки отличается высокой степенью нагрева заготовки, который превышает температуру рекристаллизации.

Холодную штамповку считают экономным технологическим процессом. Уровень отходов металла не превышает 10 %. Для горячей обработки этот показатель составляет 20–25 %. Для сравнения: при механической металлообработке заготовок уровень отходов в виде стружки может достигать 50 %.

Рассмотрим основные способы обработки металлов давлением, а также особенности технологических процессов.

Прокатка металлов

Комплекс оборудования по производству деталей называется прокатным станом. С его помощью выпускают детали как холодным, так и горячим способом.

Существует три способа прокатки:

1. Продольная. Самый популярный метод обработки. Заготовку пропускают между двумя валками, которые вращаются в противоположные стороны. Изменение размеров готового проката производят путем регулировки зазора между рабочими элементами.
2. Поперечная. Способ характеризуется отсутствием поступательных движений в процессе обработки. Применяется для изготовления деталей цилиндрической формы: шаров, втулок и прочих тел вращения.
3. Поперчено/продольно-винтовая. Валки располагаются под определенным углом к заготовке. Таким образом металлу придают вращательное и поступательное движение. С помощью винтовой прокатки изготавливают сверла, цельнокатаные трубы, оси, а также изделия полой структуры.

На долю данной технологии приходится около 80 % всей выплавляемой стали. Поэтому методы производства постоянно совершенствуются. Например, на передовых предприятиях сейчас внедряют технологию бесконечной холодной прокатки. Для этого на стан устанавливают сварочную машину. Она соединяет рулоны или заготовки между собой. Таким образом на стан поступает фактически «бесконечная» полоса.

Ковка

Технологический процесс состоит из следующих этапов:

1. Разделка слитка на части заданных размеров.
2. Порубка – операция обработки наружной поверхности заготовки.
3. Получение чернового варианта изделия. Для этого удаляют лишний материал.
4. Удлинение детали путем уменьшения ее поперечного сечения. Такую операцию называют вытяжкой.
5. Пробой отверстий необходимого диаметра выполняют с помощью специального инструмента.
6. В случае необходимости изделию придают изгиб с помощью шаблона.
7. Завершающие операции. Это может быть чеканка, изменение рельефа или создание надписи на изделии.

Для ковки в промышленных условиях используют плоские бойки, которые представляют собой параллельные плиты и гидравлический пресс.

• улучшение механических свойств;
• возможность обработки деталей больших размеров, массой до 250 тонн;
• высокая автоматизация;
• низкая себестоимость производства.

Прессование

Методом прессования изготавливают детали с различным профилем. В качестве основного материала используют металлы с высокой хрупкостью:

• медь;
• алюминий;
• олово;
• магний;
• титановые сплавы.

Использование сменной матрицы позволяет изготавливать детали различной формы.

Волочение

Самый востребованный метод в трубном производстве. Суть производственного процесса заключается в протягивании болванки через фильеру. Так называют специальные волоки, размер которых меньше поперечного сечения заготовки.

Наиболее распространенными методами волочения являются:

• безоправочное;
• профилировочное;
• длиннооправочное;
• короткооправочное;
• на самоустанавливающейся оправке.

В зависимости от требований технологического процесса заготовку могут подвергнуть предварительному нагреву. При использовании болванки большого размера ее могут пропускать через несколько фильер с постепенным уменьшением величины сечения.

Валки обычно изготавливают из инструментальной стали или твердых сплавов.

С помощью волочения можно изготовить детали с высокой точностью, например проволоку толщиной несколько микрометров.

К слиткам для волочения предъявляют повышенные требования, поскольку большая часть дефектов переходит на готовое изделие.

Основным недостатком безоправочного волочения при производстве труб является низкое качество внутренней поверхности.

Объемная штамповка

Термин объемная указывает на то, что геометрия и габариты заготовки меняются одновременно в двух или трех измерениях.

В качестве проката чаще всего используют материалы круглого или прямоугольного сечения.

Листовая штамповка

Листовую штамповку применяют для изготовления большого количества идентичных деталей высокой точности. В качестве материала применяют различные металлы и сплавы, а также некоторые виды пластмасс.

Существует множество разновидностей рабочего оборудования:

• кривошипно-шатунные;
• гидравлические;
• радиально-ковочные;
• электромагнитные.

Диапазон применения технологии очень широк: от производства тонкостенных корпусов для бытовой техники до изготовления элементов крупных морских судов.

Обработка металлов давлением – востребованная технология в современной промышленности. Ее используют как для изготовления заготовок, так и в качестве способа производства готовых изделий. Сейчас наиболее востребованным методом обработки металлов давлением является прокатка. Возможна ли ситуация, когда на первый план выйдут другие технологии? Напишите ваше мнение в блоке комментариев.

Виды обработки металлов давлением

К основным видам обработки металлов давлением относятся: прокатка, прессование, волочение, свободная ковка, штамповка.

Прокатка — процесс обжатия металла между вращающимися валками прокатного стана (рис. 17). Рабочим инструментом для прокатки металлов служат валки. Рабочая часть валка, непосред-

Рис. 17. Схемы прокатки:

а — продольная; б — поперечная; в — поперечно-винтовая; 1 — валики; 2 —

заготовка; 3 — дорн

ственно соприкасающаяся с металлом в процессе обработки, называется бочкой. Для прокатки листов, пластин используются валки с гладкой бочкой, для получения фасонного и сортового проката применяются калиброванные валки. На бочке калиброванного валка по окружности выточены канавки (ручьи) требуемой формы. Смежные ручьи при наложении валков одного на другой образуют просветы определенного профиля, называемые калибром. Площадь поперечного сечения последующего меньше предыдущего, последний калибр валков имеет форму, соответствующую окончательному профилю конечного проката.

Валки монтируют в подшипниках на опорах станин. Они получают вращательное движение от электродвигателя. Станины вместе с валками образуют рабочую клеть, которая является главной частью прокатного стана. Предусмотрено специальное устройство для регулирования зазора между валками.

Прокаткой получают заготовки для последующей обработки давлением, резанием, а также готовые изделия (трубы, балки, рельсы и др.), называемые прокатом. Прокат имеет определенный профиль (форма поперечного сечения) и размеры.

Прокат подразделяется на листовой, сортовой (простого профиля — сталь квадратная, круглая, треугольная и др; фасонного профиля — швеллеры, уголки, двутавровые, тавровые балки и др.) и специальный (шестерни, шарики, колесные бандажи).

Прокат в вагоностроении используют в основном как исходный материал для изготовления деталей, не подвергаемых дальнейшей обработке и поступающих непосредственно на сборку.

Листовой прокат применяется для изготовления металлической обшивки кузовов и крыш грузовых и пассажирских вагонов, листов металлического пола вагонов, заготовок для полуднищ котлов цистерн и др. Балки фасонного профиля идут на изготовление рам и каркаса кузова вагонов. Прокатка применяется при изготовлении вагонных колес, осей колесных пар вагонов и др.

Примерами периодического и специального прокатов, применяемых в вагоностроении, могут быть: периодический прокат листов обшивки полувагонов и специальный прокат профилей упорных плит автосцепки, клина автосцепки и др.

Из проката повышенной прочности изготавливаются цилиндрические пружины тележек вагонов.

Метод непрерывного литья с последующей прокаткой используется для получения бесстыкового, т.е. без соединения концов проводов пайкой и сваркой, контактного провода для электрифицированных железных дорог.

Прессование — это выдавливание нагретого металла из закрытого контейнера через отверстия матрицы (рис. 18). Профиль отверстия в матрице соответствует требуемому профилю изделия.

Процесс прессования осуществляется двумя способами: прямым и обратным.

Рис. 18. Схемы прессования:

а — прямое; б — обратное; / — пруток; 2 — матрица; 3 — нагретый слиток; 4 — контейнер; 5 — пресс-шайба; 6 — пуансон

При прямом прессовании нагретая заготовка помещается в замкнутую полость контейнера. На одном конце контейнера закреплена матрица с отверстием, а в другой конец входит пуансон пресса. Под действием давления пуансон выдавливает металл из контейнера через отверстие матрицы. Направление выдавливания металла через отверстие матрицы совпадает с направлением движения пуансона, поэтому прессование называется прямым. Прямое прессование применяется для изготовления труб, прутков, профилей.

При обратном прессовании пуансон делают полым, на его конце крепят матрицу.

Подвижная матрица перемещается вместе с пуансоном и давит на нагретую заготовку, помещенную в контейнере. Металл выдавливается через отверстие матрицы навстречу движению пуансона. При обратном прессовании необходимое усилие прессования меньше на 25—30 %, чем при прямом, так как отсутствует трение металла заготовки о стенки контейнера. Поэтому этот метод применяется для изготовления изделий сплошного сечения. Однако конструкция прессов для прессования усложняется.

Процесс прессования позволяет получать изделия сложных профилей и по сравнению с прокаткой обеспечивает большую точность размеров, что исключает отделочные операции.

Недостатком метода является быстрый износ рабочего инструмента.

Волочение — это протягивание обрабатываемого металла через постепенно сужающееся отверстие, размеры которого меньше сечения материала.

Инструментом для волочения являются волочильные доски (волоки), в которых сделаны отверстия (глазки), через которые протягивается заготовка. Получили распространение доски со вставными глазками-фильерами.

Волочение производится в основном в холодном состоянии, при этом протягиваемый металл наклепывается. Для устранения наклепа применяется рекристаллизационный отжиг.

Исходным материалом для волочения являются горячекатаный сортовой прокат (круглый, квадратный, шестигранный и др.), проволока, трубы.

Свободная ковка — это пластическая деформация нагретого металла под действием последовательных ударов бойка молота или под давлением пресса. Металл деформируется и течет во все стороны в пространстве между бойками и принимает требуемую форму.

Изделия, полученные ковкой, называются поковками. Чаще всего поковка является заготовкой для дальнейшей механической обработки.

Ковка улучшает структуру и механические свойства обрабатываемого металла. Она измельчает зерна, устраняет внутренние пузыри и раковины.

Ковка подразделяется на ручную и машинную. При машинной ковке заготовку укладывают на нижний боек ковочного молота или пресса и деформируют ее с помощью ударов верхнего подвижного бойка ковочного молота или под давлением пресса. Исходным материалом для обработки служит прокат, стальные слитки или специальные кузнечные заготовки.

Наиболее характерными ковочными операциями являются: осадка, протяжка, гибка, прошивка, рубка и кузнечная сварка.

Осадка — уменьшение высоты заготовки за счет увеличения поперечного сечения (шестерни, диски). При неполной осадке осаживается только одно место заготовки (например, головка болта) — операция называется высадка. Увеличение длины заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения называется протяжкой.

Гибка придает заготовке изогнутую форму (кронштейны, скобы, крюки). Для получения отверстия в поковке применяется прошивка.

Рубка служит для разделения заготовки на части. Инструментами для рубки служат топоры различной формы. Соединяют металлические части заготовок кузнечной сваркой.

Штамповка — способ изготовления изделий с помощью штампов, рабочая полость которых определяет конфигурацию обрабатываемой заготовки.

Штамповка бывает объемной и листовой.

Объемная штамповка (рис. 19) применяется для изготовления поковок сложной геометрической формы (заготовок зубчатых колес, дисков, коленчатых валов, шатунов и др.). Чаще всего объемная штамповка выполняется в горячем состоянии. Штампы для горячей штамповки состоят из верхней и нижней частей.

Полость внутри штампа называется ручьем и имеет форму изделия (поковки).

Рис. 19. Схема штамповки заготовки в одноручьевом штампе:

1,4 — верхняя и нижняя части штампа; 2 — исходная заготовка; 3 — облой- ная канавка; 5 — облой

В процессе штамповки нагретая заготовка укладывается в ручей нижней части штампа. При ударах или под давлением верхней части штампа металл течет во все стороны, заполняя полость ручья. При последующих ударах металл уплотняется и заполняет весь ручей. В результате получается поковка, точно воспроизводящая форму ручья штампа. Каждый штамп предназначен для получения только одной определенной поковки.

Простые по форме поковки штампуют в одноручьевых штампах, сложные поковки — в нескольких штампах или в нескольких штамповочных ручьях одного штампа, постепенно приближая форму исходной заготовки к форме и размерам поковки. Штамповкой в одно- или многоручьевых штампах (2—4 ручья) изготовляют такие детали вагонов, как упорная плита, тяговый клин и маятниковые подвески автосцепного устройства, закладки и распорки три- ангелей, серьги центрального подвешивания тележек, многие детали рам и кузовов и др.

Цельнокатаные колеса вагонов производят комбинированным методом ковки и прокатки, а также методом последовательной штамповки в трехсекционном штампе на прессе без применения прокатки.

С помощью горячей штамповки детали вагонов получают в готовом виде или обеспечивают получение форм и размеров поковок, близких к формам и размерам готовых деталей.

Широкое применение горячей штамповки для изготовления деталей вагонов обуславливается ее преимуществами перед свободной ковкой: более высокой производительностью, возможностью получения поковок сложной конфигурации с минимальными припусками на механическую обработку, меньшим расходом металла на изготовление детали.

Листовая штамповка применяется для изготовления из листового или полосового материала плоских или тонкостенных изделий. Обычно выполняется в холодном состоянии. Операции листовой штамповки подразделяются на разделительные и формоизменяющие.

При разделительных операциях происходит отделение частей металла:

• — вырубка — получение заготовки замкнутого контура;
• — пробивка — в детали образуется отверстие нужной формы;
• — отрезка или резка — от листа или полосы отделяется часть металла;
• — надрезка — отделение металла не по всему контуру;
• — просечка — вырубка или пробивка неметаллических материалов.

Формоизменяющие операции изменяют форму заготовки. Плоская или полая заготовка превращается в пространственную деталь необходимой формы.

Формоизменяющими операциями являются:

• — правка — выпрямление изогнутой детали;
• — гибка — плоской заготовке придают изогнутую форму;
• — вытяжка — получение из плоской заготовки полой пространственной детали;
• — отбортовка — образование борта по наружному контуру или в отверстии;
• — закатка — образование кольцевого закругления по контуру изделия.

Основные операции листовой штамповки применяют при изготовлении вагонных деталей из листов и профилей. Например, гибкой получают гнутые профили дуг крыши пассажирских и грузовых вагонов.

Ковка и штамповка выполняются на молотах или прессах.

Молот — машина, придающая поковке заданную форму за счет энергии удара падающих частей. Основной характеристикой молота является вес падающих частей (от 150 кг до 16 т). Чаще всего используются паровоздушные и пневматические молоты.

Паровоздушные молоты применяются для ковки и штамповки. Они работают за счет энергии сжатого воздуха или пара.

Пневматические молоты предназначены в основном для свободной ковки. На прессах производится ковка, горячая и холодная штамповка, прессование. Прессы работают при помощи давления.

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.

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.

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.

• 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.

• 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.