Лекция 3. Производство заготовок обработкой металлов давлением

1. Общая характеристика процессов обработки металлов давлением

2. Производство профилей и заготовок методами прокатки, прессования и волочения

3. Производство заготовок ковкой

4. Производство заготовок объемной горячей штамповкой

5. Производство заготовок холодной штамповкой

1. Общая характеристика процессов обработки металлов давлением

Роль процессов обработки металлов давлением в машиностроении

Обработка металлов давлением (ОМД) относится к наиболее прогрессивным способам изготовления заготовок. Около 90 % (по массе) всей выплавляемой стали и более 55 % цветных сплавов подвергаются различным видам обработки давлением, причем от 15 до 20 % полуфабрикатов подвергаются двух- и трехкратной об­работке. По сравнению с другими способами производства заго­товок процессы ОМД отличаются высокой производительностью и относительно легко автоматизируются.

Пластическая деформация при обработке давлением, преобра­зуя структуру и исправляя дефекты литого металла, сообщает ему более высокие механические свойства, что дает возможность по­вышать ресурс и эксплуатационные характеристики деталей ма­шин.

В настоящее время существует около 400 способов объемного формообразования способами ОМД. Основными из них являются: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка и специаль­ные виды ОМД. Ведутся, дальнейшие работы по разработке и вне­дрению новых, малоотходных методов получения заготовок с до­статочно точными размерами и низкой шероховатостью поверхности.

Материалы, применяемые для получения заготовок обработкой давлением

Виды сталей практически все применяют для получения заго­товок обработкой давлением: углеродистые и легированные конст­рукционные; высоколегированные коррозионно-стойкие, жаростой­кие и жаропрочные; инструментальные и др.

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на две группы: технический алюминий и термически неупрочняемые сплавы (АМц, АМгЗ, АМг5 и др.) и термически упрочняемые сплавы (Д1, Д16, ВД17, АК4, АК8, Б95 и др.). Сплавы первой группы отличаются высокой пластичностью и хорошими технологическими свойствами. Сплавы второй группы имеют удовлетворительные пластичность и технологические свойства, более высокие прочностные характерис­тики, в том числе и при повышенных температурах.

Из медных сплавов обработке давлением подвергаются латуни и бронзы. Латуни (Л168, Л60, ЛМц58-2, Л070-1 и др.) хорошо об­рабатываются давлением и резанием. Они деформируются при низких и высоких температурах. К деформируемым бронзам отно­сятся в основном алюминиевые, кремнистые и некоторые оловянные бронзы (БрАЖН 10-4-4, БрА5, БрКМц4-1, БрОЦС4-4-4 и др.). Они, как правило, деформируются в горячем состоянии и могут упроч­няться термической обработкой.

Деформируемые магниевые сплавы (MAI, МА2, МА2-1, МАП и др.) используются для изготовления заготовок прокаткой, прес­сованием и штамповкой. Обработку давлением проводят обычно при температуре 300–400°С.

Из титановых сплавов (ОТ4-1, ВТ5, ВТ14, ВТЗ-1, ВТ9 и др.) из­готавливают прокат, листы, трубы и поковки. Они обладают удов­летворительной пластичностью, высокой прочностью, но плохо обрабатываются резанием.

В специальном машиностроении и для нужд новой техники используют сплавы сложных составов на основе вольфрама, нио­бия, молибдена и сплавы, содержащие такие элементы, как берил­лий, цирконий, кобальт и др. Новые сплавы сложного состава поступают в обработку в виде слитков после дуговой и электрон­но-лучевой плавки.

Для определения допустимых режимов нагрева, температурных интервалов ковки и штамповки, степени, скорости и схемы деформа­ции, условий охлаждения поковок, а также необходимого усилия оборудования следует знать зависимость механических свойств об­рабатываемого материала от температуры деформирования. Меха­нически е свойства определяют различными методами испытаний на растяжение, сжатие, кручение и ударный изгиб.

Помимо механических испытаний для выявления пластичности применяют методы технологических испытаний: прокатку клина на полосу постоянной толщины, прокатку специального слитка или де­формированной заготовки постоянного сечения на клин и осадку слитка на клин.

При выборе материала заготовки учитывают его эксплуатаци­онные характеристики (прочность, коррозионную стойкость, жаро­прочность и др.), пластические свойства и обрабатываемость реза­нием. Материал должен обладать высокой пластичностью (относи­тельное сужение при одноосном растяжении не менее 20%). Предпочтительно применять материалы, хорошо освоенные в про­изводстве. Выбор материала в значительной мере определяет мате­риалоемкость изделия. Она может быть снижена в результате применения прогрессивных материалов, отличающихся повышенными эксплуатационными и механическими свойствами, а также низкой плотностью. Во многих случаях эти свойства могут быть улучшены за счет последующего применения методов поверхностного упрочне­ния и защитных покрытий.

Под действием пластической деформации происходит изменение структуры металла и его физико-механических свойств. Возникает определенная ориентировка кристаллической решетки металла (текстура). Зерно деформируется, вытягивается в направлении течения металла, сохраняя ту же площадь поперечного сечения. Внутри зерна дробятся блоки мозаики, увеличивается степень их разориентировки. Границы зерен и дефекты вытягиваются в направлении течения металла (создается так называемая полосчатость).

В результате прочность и твердость увеличиваются, а пластичность уменьшается; появляется анизотропия свойств, возрастают остаточные напряжения.

Нагрев деформированного металла выше температуры рекристаллизации Т_рек приводит к образованию новых зерен, строение и свойства которых такие, как и до деформации:

Т_рек = αТ_пл,

где T_пл – температура плавления металла, К; α – коэффициент, зависящий от чистоты металла; для технически чистых металлов α = 0,3–0,4, для сплавов α = 0,6­–0,8.

Обработка давлением при Т > Т_рек происходит без упрочнения (наклепа) и называется горячей обработкой давлением. Обработка при Т < Т_рек называется холодной.