Обработка металла давлением

Для получения из слитка металла какого-либо изделия необходимо этот слиток обработать таким образом, чтобы получить заготовку, пригодную для изготовления изделия с минимально возможной механической обработкой. Одним из способов получения такой заготовки является обработка металлов давлением. Последняя основана на деформации, т. е. на изменении в силу пластических свойств металлов первоначальной формы и размеров исходной заготовки под воздействием внешних сил. Из металлов наибольшей пластичностью обладает свинед. Он легко деформируется при комнатной температуре. Олово, алюминий, медь и железо могут быть обработаны давлением с нагревом и без нагрева. Сталь и многие другие металлы и сплавы обрабатываются давлением только при нагреве до определенных температур. Некоторые металлы и сплавы, например марганец, чугун, и при нагреве не приобретают пластичности; такие металлы не могут обрабатываться давлением.

При пластической деформации изменяется не только форма,
но в зависимости от условий деформации (температуры, скорости и степени деформации) также структура, механические и физические свойства металла..

Основными процессами обработки металлов давлением являются: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, горячая и холодная штамповка.

Обработка металла давлением

Прокатка. Сущность прокатки заключается,в том, что металл пропускают в зазор между двумя вращающимися в разные стороны валками на специальных машинах —- прокатных станах. Валки обжимают заготовку, а трение, возникающее между валками и прокатываемым материалом, осуществляет подачу ее (рис. 6). В процессе прокатки уменьшается толщина заготовки с одновременным увеличением длины ее. Валки для прокатки бывают гладкими для получения металлов в виде листов.

полос и лент и калиброванными для получения сортового и фасонного проката. Профиль, составляемый смежными ручьями двух валков, называется калибром.

При помощи калиброванных валков получают металл различных профилей (рис. 7). Горячекатаный металл часто подвергают последующей прокатке без нагрева — холодной прокатке. Холодная прокатка улучшает качество поверхности, повышает точность размеров и дает возможность получить листы, которые нельзя получить горячей прокаткой. Прокатку металла производят на прокатных станах различных конструкций и мощности (рис. 8).

Рис. 7. Сортовые и фасонные профили проката:
1 — круглый, 2 — квадратный, 3 — полосовой, 4 — угловой, 5 — тавровый, 6 — рельсовый, 7 — двутавровый, 8 — зетовый, 9 — корытный

Обработка металла давлением

Рис. 8. Прокатный стан:
1 — верхний прокатный валок, 2 — указатель высоты подъема верхнего валка, 3 — нажимной механизм, 4 — манипулятор, 5 — рольганг, 6 — заготовка

Существует три основных способа прокатки: продольная, косая и поперечная. Продольной прокаткой производят около 90% всего проката, в том числе весь листовой и профильный прокат.

Прессование — технологический процесс, применяемый для получения изделий сложного поперечного сечения из пластичных цветных металлов и их сплавов, а также из стали.

Сущность процесса прессования заключается в том, что металл, помещенный в замкнутый объем — контейнер, подвергается высокому давлению и выдавливается сквозь отверстие, принимая его форму.

Обработка металла давлением

Различают два метода прессования — прямой и обратный. При прямом прессовании прутков (рис. 9) заготовка 1, нагретая до определенной температуры, помещается в контейнер 2 пресса. С одной стороны контейнера закреплена матрица 5 при помощи матрицедержателя 6. С другой стороны на заготовку да-вит пресс-шайба 4, связанная со шплинтоном 3. Шплинт получает необходимое давление от плунжера пресса. Под действием этого давления металл выдавливается через отверстие матрицы. В конце процесса прессования в контейнере остается часть металла — пресс-остаток, идущий в отход. При обратном прессовании прутков (рис. 10) в контейнер 2 входит не пресс-шайба, а полый пуансон 3 с матрицей 4 на конце. Матрица давит на

заготовку 1, и металл течет в отверстие матрицы навстречу движению пуансона. При обратном методе снижаются отходы металла на прессостаток и уменьшается усилие деформации, но усложняется конструкция пресса.

Прямое прессование труб (рис. 11) отличается от предыдущих методов наличием иглы 2, которая проходит через отверстие в заготовке 1. Длина иглы несколько превышает высоту заго-

товки. При давлении пресс-шайбы 3 на заготовку металл выдавливается в зазор между матрицей 4 и иглой 2, образуя трубу 5. Внутренний диаметр трубы равен диаметру иглы, наружный — диаметру отверстия в матрице.

Прессование выполняют на гидравлических прессах вертикального и горизонтального типов большой мощности.

Обработка металла давлением

Холодное волочение. Прокаткой можно получить только сравнительно толстую проволоку с большими допусками по размерам. Тонкую проволоку, точную по размерам, получают последовательным протаскиванием горячекатаной проволоки (подката) через фильер на специальных волочильных станах. Подкат перед волочением отжигают и подвергают травлению

в растворе серной кислоты с последующей нейтрализацией. После этого заходный конец проволоки обжимают на специальных валках, протаскивают через фильер и захватывают клещами барабана, который вращаясь, тянет проволоку через фильер и обжимает ее на меньший диаметр. Обжатие выбирается такое, чтобы усилие волочения было меньше разрывающего проволоку.

Для изготовления деталей на автоматах требуется штанговый металл точных размеров. Такой металл получают волочением. Принцип волочения штангового металла тот же, что и волочения проволоки (рис. 12). После волочения штанговый металл необходимо править. Правку осуществляют на роликоправильных станах различной конструкции и на прессах.

Обработка металла давлением

Свободная ковка разделяется на ручную и машинную. Ручной ковкой можно изготовлять только мелкие поковки. Такую ковку применяют в небольших ремонтных мастерских. Основным видом свободной ковки в машиностроении является машинная ковка. Операциями ковки являются осадка, вытяжка, прошивка, рубка, гибка, закручивание и кузнечная сварка. Осадкой (рис. 13) уменьшают высоту заготовки и увеличивают ее поперечное сечение; частный случай осадки — высадка. Вытяжка производится между бойками молота (рис. 14), причем заготовку кладут поперек бойков, передвигая и кантуя ее после каждого удара.

Прошивание отверстий производят с помощью прошивня. Прошиваемую заготовку кладут на нижний боек и ударами верхнего бойка вбивают прошивень приблизительно до половины толщины заготовки (рис. 15); при этом металл из-под прошивня течет в стороны и заготовка изгибается кверху. Затем заготовку поворачивают и вбивают прошивень с другой стороны (рис. 16). В конце операции прошивнем срезают часть металла в виде диска. Расширяют и выравнивают отверстия с помощью бочкообразных оправок (рис. 17). Рубкой заготовку разделяют на части (рис. 18). При гибке заготовке придают изогнутую форму (рис. 19, а). При закручивании одну часть заготовки поворачивают относительно другой части заготовки под определенным углом вокруг общей оси (рис. 19,б). Машинной ковкой можно

изготовить поковки массой до 200 т и более. Машинную ковку производят на молотах и прессах различной конструкции и мощности.

Обработка металла давлением

Горячая штамповка является одним из распространенных видов обработки металла давлением. При горячей штамповке для придания заготовке требуемой формы пользуются

штампом, имеющим полость, конфигурация которой соответствует форме изготовляемой детали. Горячая штамповка по сравнению со свободной ковкой имеет 'следующие преимущества: высокую производительность, однородность и точность получаемых поковок.

Горячую штамповку применяют для массового и крупносерийного производства, требуя для каждого изделия отдельного штампа, на изготовление которого затрачиваются значительное время и денежные средства. Штамп (рис. 20) состоит из двух половин: верхней, закрепляемой при помощи клиньев в бабе молота, или подвижной части пресса и нижней, устанавливаемой в штамподержателе, соединенном с шаботом молота, или неподвижной части пресса. В обеих половинах штампа выполнены ручьи, образующие при соприкосновении этих половин полость с очертанием, соответствующим конфигурации формы штампуемого изделия.

Для поковок сложной конфигурации применяют многоручьевые штампы (рис. 21). Штамп в работе испытывает большие ударные нагрузки, поэтому его изготовляют из хорошо прокованной высоколегированной стали и подвергают термической обработке. Штампы с глубокими ручьями смазывают мазутом. При сгорании во время штамповки мазут образует газы, расширение которых при нагреве за счет тепла поковки облегчает удаление готовой поковки из окончательного ручья штампа. Одновременно с этим смазка штампов уменьшает их «разгар», который образуется в виде мелких трещин от многократного нагрева и охлаждения верхнего слоя металла штампа.

Обработка металла давлением

При нагреве заготовок под штамповку на них образуется окалина, которая во время штамповки отделяется от заготовок

и попадает в полость штампов. Чтобы не заштамповать окалину в поковку, ее выд\гвают из полости штампа струей воздуха под давлением 6 ат. При штамповке в месте разъема штампов на

поковках образуются заусенцы (облой), которые обрезаются на специальных обрезных штампах. На поковках из легированной и высокоуглеродистой стали обрезка облоя должна производиться на горячих поковках непосредственно после ковки. При обрезке облоя на холодных поковках по месту разъема могут возникнуть трещины.

Нагрев заготовок под штамповку производят в угольных, нефтяных, газовых и электрических печах. Во всех случаях стремятся нагревать заготовки без образования окалины (без окисления поверхности).

За последнее время на ряде передовых заводов для нагрева заготовок под штамповку применяют высокочастотные установки. Их применение ускоряет нагрев заготовок, устраняет повы-шеннное окисление поверхности, делает возможной автоматизацию процесса нагрева и совершенно исключает пережог.

Холодная штамповка применяется для изготовления изделий из листовой стали, алюминия и его сплавов, меди, латуни. сплавов магния и др. Исходным материалом для штамповки служат ленты, листы и полосы, имеющие толщину от десятых долей до 6—8 мм.

Листовая штамповка имеет большое распространение во всех отраслях промышленности; детали после листовой штамповки, являясь точными по размерам, применяются почти без механической обработки.

Холодную штамповку выполняют с помощью штампов на различного рода прессах. Конструирование штампов выполняется так, чтобы при штамповке материал не делался тоньше.

При штамповке деталей сложной конфигурации в несколько операций производится промежуточный отжиг. Отжиг штамповок производят в печах с защитной атмосферой, так как наличие окалины на поверхности деталей приводит к браку.

Процесс изготовления деталей холодной штамповкой состоит из ряда операций, которые делятся на две группы: разделительные (отрезка, вырубка, пробивка и зачистка) и формоизменяющие (гибка, вытяжка и отбортовка).