Обработка металлов давлением

Технологические процессы, которые позволяют придать металлической заготовке желаемую форму, подвергая ее пластической деформации (т.е.смещая отдельные части заготовки), при этом не нарушая сплошности металла, объединены названием «обработка металлов давлением». К таким процессам относятся: прокатка (прокатное производство), прессование, волочение, штамповка и ковка (кузнечно-штамповочное производство) . Для улучшения качества поверхности металлической заготовки также применяют обработку металла давлением.

С применением процесса обработки металлов давлением в производстве расширяются возможности уменьшить потери металла, в процессе его обработки, а также достичь высокого уровня механизации и автоматизации технологического процесса. Поэтому внедрение технологических процессов, в основе которых лежит обработка металла давлением, получают все большее внедрение по сравнению с другими процессами обработки металла, таких как резанье или литье.

В результате различных процессов обработки металла давлением получают различные изделия. Так, в результате прокатки, волочения или прессования получают изделия, поперечное сечение которых постоянное или периодически меняется, а в результате ковки или штамповки получают штучные изделия, формы и размер которых или максимально приближен к форме и размерам готовых деталей, или соответствуют им. Далее штучные изделия подвергаются обработке резаньем, при этом объем удаляемого металла зависит от того, насколько формы и размеры полученной поковки приближены к форме и размерам требуемого изделия. Изготовление некоторых изделий (болтов, винтов, многих изделий листовой штамповки) с помощью обработки металла давлением не требует дальнейшей их обработки резаньем.

В процессе обработки металла давлением можно получать не только заготовки и детали. Этот процесс часто используют как отделочную завершающую операцию уже после того, как деталь обработана резаньем (дорнованием, обкаткой роликами и шариками и т.д.). В результате такой обработки сглаживаются шероховатости и мелкие дефекты поверхности, поверхностный слой становится более плотным, а остаточные напряжения распределяются наиболее оптимально. После такой обработки эксплуатационные свойства детали (сопротивление усталостному разрушению и т.д.) улучшаются.

Основой процесса обработки металла давлением является воздействие на заготовку внешних сил, в результате которого заготовка деформируется и принимает заданную форму. Источниками деформирующей силы может быть:

- мускульная сила (энергия) человека – используется при ручной ковке или выколотке);

- энергия специальных ковочных машин – волочильных или прокатных станов, прессов или молотов;

- энергия ударной волны на заготовку – используется при взрывной штамповке;

- энергия магнитных полей – используется при электромагнитной штамповке.

В каждом из случаев непосредственно на заготовку воздействует твердый инструмент, который сам испытывает небольшие упругие деформации в процессе пластической деформации заготовки. Также для воздействия на заготовку можно использовать эластичные материалы (резина, полиуретан) или жидкость (используется в процессе гидростатического прессования).

Обработка металла давлением может быть горячая или холодная. При воздействии горячей обработки металла давлением наблюдаются явления возврата и рекристаллизации, такое явление, как наклеп (упрочнение отдельных участков) отсутствует, а изменения физико-химических и механических свойств металла практически не происходят. В результате пластической деформации микроструктура металла не меняется, т.е. не возникает полосчатость или неравномерность, зато может возникнуть неравномерность (полосчатость) макроструктуры литых заготовок или слитков, также может произойти изменение направления волокон макроструктуры – прядей неметаллических включений. Чаще всего это происходит в результате обработки заготовки прокаткой, волочением или прессованием. Неравномерность (полосчатость) макроструктуры приводит к такому явлению, как анизотропия механических свойств, т.е. свойства материала в поперечном направлении начинаю уступать свойствам материала вдоль волокон.

В результате холодной обработки металла давлением процесс пластической деформации приводит к упрочнению заготовки, т.е. изменяются механические и физико-химические характеристики металла, деформируется микроструктура (возникает полосчатость), меняется направление волокон макроструктуры. Текстура, возникающая при холодной обработке металла давлением, характеризуется анизотропией механических и физико-химических свойств металла. Правильное использование процесса обработки металла давлением помогает использовать его влияние на свойства металла, это позволяет изготавливать детали с наилучшими свойствами при минимальном расходе металла.

Используя процесс обработки металла давлением по определенному графику, изменяя схему напряженного состояния в обрабатываемой заготовке, можно добиться влияния на изменение формы заготовки. Создав условия неравномерного всестороннего сжатия, можно увеличивать пластичность изменяемой заготовки, увеличивая или снижая сжимающее напряжение. Если создать рациональную схему выполнения операций обработки металла давлением и выбрать оптимальные условия деформирования (гидростатическое прессование, выдавливание с противодавлением, прокатка на планетарных станах и т.п.), можно не только увеличить допустимое количество вариантов изменения формы, но и использовать процесс обработки металла давлением для изготовления изделий из высокопрочных сплавов, которые не будут подвергаться деформации.

Технологический процесс обработки металла давлением имеет под собой научную основу проектирования и управления. Научная дисциплина «Обработка металла давлением» объединяет в себе некоторые разделы физики металлов и теории пластичности. Основные задачи, которые решает дисциплина:

- разработка методов определения усилий и работы, затрачиваемой на деформацию,

- расчёт размеров и формы заготовки, характера изменения её формы, методов определения допустимого (без разрушения или появления др. дефектов) изменения формы заготовки,

- оценки изменения механических и физико-химических свойств металла в процессе его деформации, а также поиск оптимальных условий деформации.