ОМД

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

1. Сущность методов обработки металлов давлением (ОМД)

Обработка металлов давлением представляет собой группу технологических процессов, при которых форма и размеры заготовки изменяются за счёт пластической деформации под действием внешних сил без нарушения сплошности материала. Сущность метода заключается в том, что металл под воздействием сжимающих усилий течёт в направлении наименьшего сопротивления, заполняя заданную полость или форму. В результате обработки давлением не только меняется геометрия заготовки, но и улучшается её структура: дробятся крупные литые зёрна, завариваются микропоры и раковины, формируется волокнистая макроструктура, что повышает механические свойства — прочность, ударную вязкость и усталостную выносливость. Обработка давлением позволяет получать детали с высокой точностью и малыми припусками на последующую механическую обработку, а в ряде случаев — готовые изделия, не требующие резания. По сравнению с литьём и обработкой резанием этот метод даёт значительно меньший расход металла и более высокую производительность. В машиностроении давлением обрабатывают около 90% выплавляемой стали и до 55% цветных металлов и сплавов.

2.Классификация процессов обработки металлов давлением Все процессы обработки металлов давлением классифицируют по

нескольким основным признакам. По назначению различают процессы для получения изделий постоянного поперечного сечения по длине (прокатка, прессование, волочение) и процессы для получения штучных деталей или заготовок сложной формы (ковка, штамповка). По виду заготовки выделяют объёмную штамповку (из прутка или проката) и листовую штамповку (из листа). По температуре деформирования делят на горячую (выше температуры рекристаллизации), холодную (без нагрева) и неполную горячую или тёплую деформацию. По характеру приложения нагрузки различают статические процессы (прессование, волочение), где усилие растёт плавно, и динамические (ковка на молотах), где деформация происходит за счёт ударной нагрузки. По технологическому признаку операции делят на разделительные (отрезка, вырубка, пробивка) и формоизменяющие (осадка, протяжка, гибка, вытяжка, выдавливание, обжим, раздача). Также различают обработку на молотах (ударное действие) и на прессах (плавное статическое нагружение).

3.Сущность методов прокатного производства

Прокатка является наиболее распространенным способом обработки пластическим деформированием. Сущность процесса прокатки заключается в том, что заготовка обжимается (сдавливается), проходя в зазор между вращающимися валками. Процесс прокатки обеспечивается силами трения между вращающимся инструментом и заготовкой, благодаря которым заготовка перемещается в зазоре между валками, одновременно

деформируясь. В результате обжатия площадь поперечного сечения уменьшается, а длина увеличивается. Форма поперечного сечения называется профилем. Различают три основных вида прокатки: продольную (валки вращаются в противоположных направлениях, заготовка перемещается перпендикулярно их осям), поперечную (валки вращаются в одном направлении, придавая вращение заготовке, и деформируют ее в поперечном направлении) и поперечно-винтовую. Прокатку осуществляют на прокатных станах, которые классифицируют по числу и расположению валков в рабочей клети: двухвалковые (дуо-стан), трехвалковые (трио-стан), четырехвалковые (кварто-стан) и универсальные. Валки прокатные бывают гладкими (для прокатки листов, лент) и калиброванными (ручьевыми) для получения сортового проката.

4. Ковка. Сущность метода и основные технологические операции

Ковка – способ обработки давлением, при котором деформирование нагретого (реже холодного) металла осуществляется либо многократными ударами молота, либо однократным давлением пресса. Формообразование при ковке происходит за счет пластического течения металла в направлениях, перпендикулярных движению деформирующего инструмента. Ковкой получают разнообразные поковки массой до 300 т. Ковка существенно улучшает структуру и свойства металла: грубая крупнозернистая структура слитка приобретает волокнистое строение с более мелким зерном, повышенными пластичностью и ударной вязкостью. Основные технологические операции ковки: осадка – уменьшение высоты и увеличение поперечных размеров заготовки; высадка – деформирование части заготовки (концевой части или середины); протяжка – увеличение длины заготовки за счет уменьшения площади ее поперечного сечения; прошивка – получение в заготовке сквозных или глухих отверстий; рубка – отделение от основной заготовки негодных частей или разделение заготовки на части; гибка – придание заготовке или ее части изогнутой формы по заданному контуру; скручивание – поворот одной части поковки вокруг общей оси по отношению к другой ее части под определенным углом; раскатка на оправке – одновременное увеличение наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок.

5. Штамповка. Сущность метода и основные способы

Штамповка – процесс получения поковок, при котором формообразующая полость инструмента (штампа), называемая гравюрой (или ручьем), деформирует (перераспределяет) металл исходной заготовки в соответствии с заданной конфигурацией ручья. При использовании этого способа обеспечиваются высокие точность формы изделия и качество поверхности, значительно повышается производительность труда, снижаются отходы металла. Штамповкой можно получить очень сложные по форме изделия, которые невозможно получить приемами свободной ковки. Основные способы штамповки: объемная штамповка (в открытых и закрытых штампах, выдавливание, на горизонтально-ковочных машинах) и листовая штамповка

(разделительные и формоизменяющие операции). По температуре исходной заготовки штамповку делят на холодную и горячую. Наиболее широкое распространение получила горячая объемная штамповка. Исходным материалом для горячей объемной штамповки являются сортовой прокат, прессованные прутки, в крупносерийном производстве – периодический прокат. Инструмент, применяемый для операций горячей объемной штамповки, включает заготовительные ручьи (протяжной, подкатной, пережимной, гибочный) и штамповочные ручьи (черновой предварительный и чистовой окончательный).

6. Объемная штамповка в открытых штампах

Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла – облой (заусенец), который закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл заполнить всю полость. В конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять высокие требования к точности заготовок по массе. Штамповкой в открытых штампах можно получить поковки всех типов. Такая штамповка чаще всего является окончательной (чистовой), следовательно, чистовой ручей должен иметь заусенечную канавку по периметру гравюры. Однако после штамповки в открытых штампах необходимо производить обрезку заусенца. Обрезка облоя осуществляется пуансоном, который фиксируется в держателе; при обрезке облой остается на зеркале матрицы, а заготовка перемещается через матрицу на провал. Открытые штампы на молотах не имеют направляющих, что обусловлено возможностью смещения частей штампа и ударным характером деформирования. Допускаемые отклонения от номинальных размеров поковки соответствуют увеличенным припускам. Изза ударного характера работы молота в конструкции штампа нельзя использовать выталкиватели, поэтому на вертикальных поверхностях поковки оформляются значительные штамповочные уклоны (наружные до 7°, внутренние до 10°).

7. Объемная штамповка в закрытых штампах

Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа постоянный и небольшой, образование в нем облоя не предусмотрено. При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла произойдет недозаполнение полости штампа, а при избытке – размер поковки по высоте будет больше требуемого. Отрезка заготовок должна обеспечивать высокую точность. Существенное преимущество штамповки в закрытых штампах – уменьшение расхода металла из-за отсутствия облоя. Поковки имеют более благоприятную структуру, так как волокна обтекают контур поковки, а не перерезаются в месте выхода металла в облой. Металл деформируется в условиях

всестороннего неравномерного сжатия при больших сжимающих напряжениях, что позволяет получать большие степени деформации и штамповать малопластичные сплавы. Закрытый штамп может иметь две взаимно перпендикулярные плоскости разъема. Штамповка в закрытых штампах чаще всего является предварительной (черновой) штамповкой либо может применяться для правки заготовки после обрезки заусенца.

8. Выдавливание, прессование и волочение

Выдавливание – получение сплошных или полых изделий благодаря пластическому течению металла из замкнутого объема через отверстия соответствующей формы. Различают прямое выдавливание (металл течет из матрицы в направлении, совпадающем с направлением движения пуансона), обратное выдавливание (металл течет в направлении, противоположном движению пуансона, в кольцевой зазор между пуансоном и матрицей), боковое выдавливание (металл течет в боковые отверстия матрицы под углом к направлению движения пуансона) и комбинированное выдавливание (металл течет по нескольким направлениям). Прессование – вид обработки давлением, при котором металл выдавливается из замкнутой полости через отверстие в матрице, соответствующее сечению прессуемого профиля. При прямом прессовании движение пуансона пресса и истечение металла через отверстие матрицы происходят в одном направлении, при обратном прессовании – в противоположном. Волочение – процесс протягивания заготовок через сужающееся отверстие (фильеру) в инструменте, называемом волокой. Волочением получают проволоку, прутки и профили фасонного сечения, тонкостенные трубы. Волочение чаще выполняют при комнатной температуре, когда пластическую деформацию сопровождает наклеп, что используют для повышения механических характеристик.

9. Сущность методов листовой штамповки. Основные технологические операции

Листовая штамповка — это вид холодной обработки металла давлением, при котором листовой материал толщиной обычно до 10 мм деформируют в холодном или слегка подогретом состоянии. Суть процесса заключается в том, что последовательно выполняются разделительные и формоизменяющие операции, благодаря которым из плоской заготовки получают деталь нужной формы и размеров. Главные преимущества листовой штамповки: возможность изготавливать прочные, лёгкие и жёсткие тонкостенные детали сложной формы, которые другим способом получить невозможно или очень трудно; высокая точность размеров и чистота поверхности, что позволяет почти отказаться от механической обработки; а также простота автоматизации и очень высокая производительность. Основные операции делятся на разделительные (отрезка, вырубка, пробивка) и формоизменяющие (гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, раздача, рельефная формовка). Штампы для листовой штамповки по технологическому признаку бывают вырубными, гибочными, вытяжными и так далее — в зависимости от выполняемой операции.

10. Листовая штамповка. Разделительные операции

При разделительных операциях листовой штамповки происходит отделение одной части материала от другой. **Отрезка** — это разделение листа или полосы на отдельные заготовки по прямой линии. **Вырубка** — это получение плоской детали (заготовки) из листового материала по замкнутому контуру; при этом деталь остаётся годной, а остаток листа — отходом. **Пробивка** — это операция, обратная вырубке: в заготовке получают отверстия нужной формы и размера, при этом сама деталь — это исходный лист с отверстиями, а вырезанный кусок становится отходом. Все эти операции выполняются с помощью штампов, где режущими элементами являются пуансон и матрица, зазор между которыми подбирается так, чтобы металл не растягивался, а скалывался по плоскости среза.

11. Листовая штамповка. Формоизменяющие операции

При формоизменяющих операциях листовой штамповки главная задача — получить нужную деформацию, чтобы заготовка приняла требуемую форму. **Гибка** — это создание угла между частями заготовки; пластически при этом деформируется только участок в зоне контакта с пуансоном, где наружные слои металла растягиваются, а внутренние сжимаются. **Вытяжка** — это превращение плоского листа или уже полой заготовки в объёмное полое изделие: вырубленную заготовку кладут на матрицу, а пуансон вдавливает её в отверстие матрицы, образуя стенки детали. **Отбортовка** — это получение борта путём вдавливания в матрицу центральной части заготовки, в которой предварительно пробито отверстие. **Обжим** — это уменьшение периметра поперечного сечения на конце полой заготовки за счёт её сжатия в сужающейся полости матрицы. **Раздача** — операция, обратная обжиму: увеличение периметра поперечного сечения конца полой заготовки с помощью конического пуансона. **Рельефная формовка** — это местное деформирование заготовки, при котором в нужном месте толщина металла уменьшается, чтобы образовать рельеф: например, конструкционные выступы и впадины, рёбра жёсткости или лабиринтные уплотнения.

12. Листовая штамповка. Вытяжка

Вытяжка – одна из важнейших формоизменяющих операций листовой штамповки, в результате которой из плоской заготовки получают полое изделие (стакан, корпус, колпак, днище). Сущность вытяжки заключается в том, что пуансон вдавливает заготовку в отверстие матрицы, при этом металл фланца, удерживаемый прижимом, пластически течет в радиальном направлении к кромке матрицы, а затем изгибается и переходит в стенку изделия. При вытяжке возможны потеря устойчивости фланца и образование складок вследствие возникновения растягивающих (в

радиальном направлении) и сжимающих (в тангенциальном направлении) напряжений. Их предотвращают прижимом фланца заготовки к матрице с определенным усилием. Высокие детали малого диаметра для предотвращения разрушения металла получают за несколько операций вытяжки с постепенным уменьшением диаметра полуфабриката и увеличением его высоты. Расчет количества переходов формоизменения при вытяжке оценивают коэффициентом вытяжки kв = Dз/d, путем сравнения его с допустимым значением для данной марки материала и толщины заготовки. Опасность разрушения заготовок устраняют применением смазочных материалов для уменьшения сил трения между поверхностями заготовок и инструмента, а также применяют промежуточный отжиг для устранения наклепа