ли3. ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Металлы состоят из бесконечного множества кристаллов, которые формируются при охлаждении расплавленного металла. Если кристаллизация происходит при определенных условиях, то формируется тело, для всего объема которого характерно

направлениями сдвига – направленияД, по которым межатомные расстояния имеют минимальную величину. Пластическая деформация начинается в первую очередь в тех кристаллитах, у которых плоскости скольжения расположены под углом 45° к направлению действия внешней силы.

относительно смежных на расстояния, кратные размерам элементарной ячейки в направлении сдвига одной части кристаллита относительно другой. Обычно плоскостями скольжения являются плоскости с наибольшей плотностью расположения атомов, а

И

При двойниковании (рис. 3.1, б) части кристаллита, разделенные плоскостями скольжения, переходят в положение, симметричное другим частям кристаллита.

Теория подвижных дефектов (дислокаций) рассматривает пластическую деформацию как результат движения и размножения дефектов (точечных и линейных) кристаллической решетки деформируемого материала. Механизмы пластической деформации

55

рассматриваются на атомном уровне. При приложении нагрузки к реальным кристаллам смещение части кристалла относительно другой происходит не одновременно по всей плоскости скольжения.

Си

бАРис.3.1. Схемы пластическойДдеформации кристалла: а – скольжение; б – двойникование

Смещение происходит первоначально в точке дефекта, а затем распространяется при значительно меньшем внешнем усилии, чем при одновременном скольжении целогоИблока атомов. Этим объясняется значительное расхождение между теоретическими и фактическими значениями предела касательных напряжений. Например, для железа 2300 и 29 МПа. Для начала пластического течения необходимо, чтобы касательное напряжение превышало критическое напряжение, величина которого зависит от исходной структуры деформируемого металла. Данное обстоятельство предопределяет необходимость учета предыстории деформации материала исходной заготовки при определении силовых и качественных параметров процесса деформации.

56

обрабатываемому материалу требуемой формы посредством пластической деформации при минимальных отходах и реализации всех потенциальных прочностных возможностей металла, определенных его химическим составомД.

В зависимости от вида законченного изделия процессы обработки металлов и сплавов давлением подразделяются на два основных класса:

- металлургические процессы, Ипредназначенные для формообразования полуфабрикатов в виде листа, профилей, прутков, периодического проката (прокатка, прессование, волочение);

- машиностроительные процессы, предназначенные для формообразования деталей, устанавливаемых на конкретные изделия машиностроения (холодное и горячее объемное деформирование, штамповка деталей из листовых, профильных, трубчатых и других полуфабрикатов, изготовление деталей из порошковых материалов).

Обработке материалов отводится важное место в программах снижения металлоемкости и энергоемкости. Это объясняется не только возможностью получения крупных поковок (валы, шестерни, роторы турбогенераторов, трубы большого диаметра, оболочки ракет

57

и т.д.), но и значительными преимуществами перед другими способами изготовления деталей. При реализации методов ОМД повышается надежность и прочность деталей, уменьшается их масса, сокращаются расход металла и объем последующей механической

-валы, роторыАи лопатки турбогенераторов; рельсы, балки; колеса и оси вагонов и электровозовД;

-трубы малого и большого диаметра металлические, пластмассовые, металлопластиковые; цистерны, бочки, банки;

-топоры, стамески, пилы плоские и цепные, зубила, ножи, ножницы; И

-пуговицы, монеты, значки, медали, замки-молнии;

-проволока, кабель, цепи, тросы, арматура, нити ламп накаливания;

-гильзы оружейные, пули и снаряды, корпуса мин и ракет, детали стрелкового оружия, большинство деталей авиа- и ракетной техники;

-скрепки канцелярские, авторучки и стержни к ним, иглы сплошные швейные и полые для инъекций, сетки металлические и пластмассовые;

-ювелирные и художественные изделия.

58

Рис. 3.3. Столово-чайные приборы. Нож предназначен для резки и подачи сыра (изготовлен мастерами г. Златоуста в начале прошлого века)

59

По оценкам отечественных и зарубежных специалистов, промышленно развитые страны должны иметь в общем парке станочного оборудования до 30% разнообразных кузнечнопрессовых машин, что обеспечит переработку более 60% проката с

минимальными отходами и высокой производительностью.

Сможно нужно делать не только в деньгах, но и в вещах.

Известно, что при обработке деталей резанием в стружку уходит от 20 до 70% материала в зависимости от вида изделия. Это огромные потери, если учесть, что перерабатываются миллионы тонн металла. Кроме того, переплавка стружки ведет к тому, что только полов на ее спользуется повторно. Однако правильную оценку

резанием станков. бА

Посмотр м, что такое 1 млн т стали [17]. При обработке такого кол чества металла необходимо по сравнению со штамповкой дополн тельно загрузить 25 – 30 тыс. рабочих и 15 тыс.

Од н м лл он тонн стали – это примерно семьдесят тысяч

мощных грузов ков (рис. 3.4, а) или один миллион легковых автомобилей (рис. 3.4, ), в каждом из которых до 90% штампованных деталей, формирующих его элементы (рама кузова,

Рис. 3.4. Современные автомобили – сложнейшие технические системы:

а – седельный тягач КамАЗ-65228 (8х8); б – Mercedes-Benz A-класса

60

Си б Рис.Автомо3.5. иль в разобранном виде Д И

Рис. 3.6. Детали ответственного назначения, изготавливаемые горячей штамповкой для тракторов

61

Си бАа Д И

б

Рис. 3.7. Детали ответственного назначения, изготавливаемые горячей штамповкой для легковых (а) и грузовых (б) автомобилей

62

По подсчетам экономистов, внедрением в производство новых прогрессивных методов обработки металлов давлением можно сократить отходы в стружку примерно на 40%.

железнодорожные колеса, детали мостов, траки танков и тракторов, тросы, ножи скреперов и ульдозеров), повышенная безопасность (турбинные лопатки, роторы, лопасти вертолетов, орудийные и ружейные стволы) [12].

Применение методов ОМД обеспечивает значительно большую производительность по сравнению с обработкой на металлорежущих станках. Действительно, о орудование для обработки давлением является наиболее производительным: автоматы для изготовления заклепок, гаек, гвоздей, шурупов и подобных им деталей производят от нескольких десятков до нескольких сотен изделий в минуту. Чеканочные прессы, прессы листоштамповочные обрабатывают от тысячи до пяти тысяч деталей в час с шероховатостью поверхности и

63

ОМДбАоснована на пластичности, то есть способности твердого тела при определенных условиях изменять свою форму без нарушения тела как единого целого. Существенные преимущества ОМД по сравнению с о ра откой резанием – возможность значительного уменьшения отхода металла, а также повышения производительности труда, посколькуДв результате приложения силового воздействия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла

-металлургических (прокат Илистовой, сортовой, периодический, трубы шовные и бесшовные, плиты и др.);

-металлообрабатывающих (проволока, арматура, профили, сетки, лента, периодический прокат, порошковые материалы и др.);

-машиностроительных и приборостроительных (листовые и объемные точные заготовки и детали).заготовки, что можно использовать для получения деталей с

64

Си бА Д И

Рис. 3.9. Сверхмощный гидравлический пресс усилием 650 МН

Процессы ОМД осуществляются с нагревом металла и без нагрева.

Холодная деформация характеризуется изменением формы зерен, которые вытягиваются в направлении наиболее интенсивного

65