Методы обработки металлов давлением (прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка)

Под «обработкой металлов давлением» в технологии машиностроения понимают различные технологические процессы получения заготовок, полуфабрикатов и готовых изделий из черных и цветных металлов путем деформирования в холодном или горячем состоянии. Деформация-изменение формы и размеров твердого тела под воздействием приложенных к нему нагрузок. Процессы обработки металлов давлением основаны на пластическом деформировании заготовок.

К основным способам обработки металлов давлением относятся процессы прокатки, волочения, прессования, ковки, штамповки.

Сущность процесса прокатки заключается в деформировании (обжатии) металла между вращающимися валками, зазор между которыми меньше толщины обжимаемой заготовки. В результате обжатия толщина заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличиваются. Окончательный профиль продукта получается многократным повторением процесса обработки заготовки при постепенном уменьшении зазора между валками. При каждом пропуске заготовки площадь ее поперечного сечения уменьшается, а форма и размеры постепенно приближаются к требуемым.Технологический процесс современного прокатного производства, независимо от вида получаемой продукции, состоит из нескольких этапов: подготовки исходного материала, нагрев его (в случае горячей прокатки),прокатки и отделки. Кроме того на всех стадиях прокатки осуществляется контроль за ходом процесса и состоянием оборудования.

Продукция прокатного производства называется прокатом. Он различается по размерам и форме сечения - профилю. Совокупность профилей с различными формой и размерами сечения называется сортаментом проката. Сортамент стального проката делится на 5 групп: сортовой прокат,(это профили с простой геометрической формой сечения-круг, квадрат, овал, шестигранник и сложный профиль- угловая сталь, швеллер, рельс, тавр и тд.) листовой прокат (толстолистовой, тонколистовой и фольга), трубы, периодический прокат (представляет собой полосу или пруток, поперечное сечение которых изменяется по длине проката, воспроизводя форму будущей детали) и специальный прокат (к этому виду проката относят продукцию законченной формы,изготовленную по заказам отдельных министерств. Это накладки для рельсов, обод автомобильного колеса и т.д.).

Волочение -процесс обжатия металла при протаскивании заготовки через волоку- инструмент с отверстием, сечение которого меньше исходного сечения заготовки. В результате волочения поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина увеличивается. Процесс волочения осуществляется в холодном состоянии и используется для получения тонкой проволоки, калиброванных прутков различного профиля и тонкостенных труб. В качестве заготовок служит прокат (катанная проволока, прутки, трубы) и прессованные профили (прутки, трубы). Технологический процесс состоит из трех основных стадий:

1. Подготовки металла (очистка, смазывание);

2. Волочения по определенному режиму;

3. Отделка (удаление дефектов, правка, разрезание на мерные длины, маркировка).

В результате волочения получают изделия точных размеров,заданной геометрической формы, с чистой и гладкой поверхностью.

Прессование- процесс выдавливания металла, заключенного в замкнутой полости контейнера, через отверстие матрицы, сечение которого меньше площади сечения контейнера, а форма соответствует форме готового изделия. Процесс осуществляется при температурах горячей обработки металлов давлением. Прессованием получают разнообразные профили из специальных сталей, титановых сплавов и других малопластичных металлов; профили сложной формы, которые не могут быть получены другим способом.. Прессование более экономично, чем прокатка. Исходной заготовкой для прессования служит либо слиток, либо прокат круглого сечения. В силу сложности оборудования и высокой стоимости инструмента применяется главным образом в условиях массового производства сложных профилей.

Свободная ковка- способ горячей обработки металлов давлением, при котором заготовке придается заданная форма при ударах бойка молота или нажатии бойка пресса. Исходными могут быть слитки или прокат (круглый, квадратный, прямоугольный).Получаемые изделия, в результате ковки называются поковками. В большинстве случаев поковка служит заготовкой для дальнейшей механической обработки. различают ручную ковку и машинную. Ручная ковка служит для получения мелких штучных поковок и производится на наковальне с помощью кувалды и различного вспомогательного инструмента и применяется при ремонтных работах. Машинная ковка осуществляется на кузнечно-прессовых машинах (молоты и прессы) Мелкие и средние поковки (до 2т) обычно получают на молотах, а тяжелые- на прессах (до 250т).

Свободной ковкой изготовляют поковки разнообразной формы и размеров. Но точность размеров и чистота поверхности поковок невысока, что усложняет и удорожает последующую механическую обработку, сам процесс трудоемок и малопроизводителен. Но это единственный способ изготовления крупногабаритных поковок для ответственных деталей гидрогенераторов, турбин и др.изделий тяжелого машиностроения.

Ковка является технологией единичного и мелкосерийного производства.

Различают следующие виды штамповки: горячая объемная штамповка и листовая штамповка. Горячая объемная штамповка -способ обработки металлов давлением, при котором изделию (поковке) придается необходимая форма при помощи специального инструмента- штампа. Этот способ получения поковок отличается от свободной ковки более высокой производительностью, обеспечивает повышение механических свойств поковок, значительно меньший расход металла и широко применяется в крупносерийном и массовом производстве. Штамповкой можно изготовлять поковки массой от нескольких граммов до 200-350 кг, в отдельных случаях до одной тонны.

Наиболее экономически целесообразна штамповка поковок до 20 кг, т.к. при большей их массе резко возрастают расходы на изготовление и эксплуатацию штампов. Разработка технологического процесса штамповки включает конструирование штампов, а в остальном производится в такой же последовательности, как и для свободной ковки. Штамповочное оборудование отличается от ковочного точностью и может производиться на молотах и гидравлических прессах. Выбор оборудования определяется конкретными условиями производства, характером исходной заготовки, степенью сложности поковки и другими факторами.

Листовая штамповка- процесс получения изделий или заготовок из листового материала путем деформирования его на прессах с помощью штампов. Листовой штамповкой можно получать изделия не только из металла, но из кожи, картона, пластмасс. Рассмотрим только листовую штамповку из металла.

В зависимости от толщины обрабатываемого листового металла листовую штамповку делят на толстолистовую, которую осуществляют в горячем состоянии и тонколистовую, при которой изделия разнообразной формы получают из листа, ленты или полосы в холодном состоянии.

Холодная листовая штамповка является одним из наиболее прогрессивных и экономичных методов изготовления деталей: детали, полученные листовой штамповкой отличаются точностью размеров, взаимозаменяемостью и в большинстве случаев не требуют дальнейшей механической обработки. Листовой холодной штамповкой изготовляют детали обшивки вагонов и самолетов, кузова автомобилей и кабины тракторов.

Существуют более прогрессивные способы штамповки-штамповка взрывом с применением тротила и др.взрывчатых веществ, электрогидравлическая штамповка, изотермическая штамповка. Поковки, полученные этими способами обладают улучшенными структурой и свойствами.