Основные способы 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.
Оглавление
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
При прокатке металлов основными инструментами, воздействующими на заготовку, являются специальные валки. От их формы зависят тип и структура будущего изделия.
Комплекс оборудования по производству деталей называется прокатным станом. С его помощью выпускают детали как холодным, так и горячим способом.
Существует три способа прокатки:
- 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.
- Поперечная. Способ характеризуется отсутствием поступательных движений в процессе обработки. Применяется для изготовления деталей цилиндрической формы: шаров, втулок и прочих тел вращения.
- 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
Высокотемпературная операция, которая известна еще с древних времен. Степень нагрева зависит от характеристик металла. Как правило, температурный показатель не превышает 1000 °C. Этого достаточно для потери слитком прочности и приобретения повышенной пластичности, что позволяет мастеру кузнечного дела изготавливать различные детали для нужд производства или украшения интерьера.
Технологический процесс состоит из следующих этапов:
- Разделка слитка на части заданных размеров.
- Порубка – операция обработки наружной поверхности заготовки.
- Получение чернового варианта изделия. Для этого удаляют лишний материал.
- Удлинение детали путем уменьшения ее поперечного сечения. Такую операцию называют вытяжкой.
- Пробой отверстий необходимого диаметра выполняют с помощью специального инструмента.
- В случае необходимости изделию придают изгиб с помощью шаблона.
- 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.
Преимущества технологии:
- улучшение механических свойств;
- возможность обработки деталей больших размеров, массой до 250 тонн;
- высокая автоматизация;
- низкая себестоимость производства.
Прессование
Одна из разновидностей обработки металлов давлением. Слиток закладывают в специальную форму закрытого типа. Пуансон вытесняет изделие из полости матрицы. В качестве силового агрегата используют мощный пресс.
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
Одна из самых распространенных технологий – обработка металла давлением. Предварительно нагретая болванка подвергается серии последовательных деформаций без нарушения целостности. Для придания слитку окончательной формы используют специальные объемные штампы, которые повторяют контуры будущего изделия.
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
Разновидность технологии обработки металлов давлением, с помощью которой изготавливают плоские и объемные тонкостенные изделия из материала листового типа.
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.
