30 Лекция №29. Обработка давлением. Виды обработки. Применяемое оборудование и инструмент

Продолжительность: 2 часа (90 мин.)

30.1 Основные вопросы

- технологические свойства материала при обработке давлением;

- виды обработки давлением, режимы обработки, применяемые инструмент и оборудование.

30.2 Текст лекции

30.2.1 Теоретические основы обработки металлов давлением – до 20 мин

Обработка металлов давлениемявляется широко применяемым прогрессивным и перспективным способом изготовления деталей. При этом используют пластические свойства металлов и сплавов, их способность в твердом состоянии под воздействием внешних сил изменять свою форму без нарушения целостности.

Технологическими свойствами материалов при обработке давлением являются: пластичность и сопротивление деформированию.

Пластичные материалы лучше поддаются обработке давлением. Пластичность повышается при нагреве детали (но при этом ухудшается качество поверхности) или при сжимающих напряжениях (но при этом снижается стойкость инструмента).

Различают деформацию упругую (обратимую) и пластическую (необратимую, остаточную). Пластическая деформация при обработке металлов давлением способствует образованию формы изделия, а упругая деформация затрудняет ее образование. Так, при снятии внешней нагрузки форма и размеры заготовки изменяются вследствие остаточной упругой деформации.

Изменение формы и размеров деформируемого тела связано с изменением формы каждого отдельно взятого зерна. Зерно сплющивается, вытягивается, дробится, измельчается, а кристаллические решетки искажаются. Изменяется ориентировка зерен, т. е. кристаллографические оси отдельных зерен по мере развития деформации стремятся занять положение, совпадающее с направлением наибольшей деформации. В конечном итоге неупорядоченная структура до деформации превращается в упорядоченную с ярко выраженной текстурой металла поликристаллического тела (рис. 30.1).

Рисунок 30.1 – Схема развития пластической деформации поликристалла: а – деформация зерен (1, 2, 3, 4), плоскости скольжения которых ориентированы под углом 450 к направлению усилия; б – поворот и скольжение новых зерен в благоприятное для деформирования положение; в – зерна, вытянутые в направлении интенсивного течения металла.

Таким образом, при пластической обработке металлы меняют свою структуру, а также и свойства. Возникает так называемый наклеп, т. е. происходит повышение прочности и понижение пластичности, а также изменение других физико-химических свойств.

Для каждого металла существует определенная температура рекристаллизации, при которой подвижность атомов становится такой, что металл из напряженного (неравновесного) состояния переходит в равновесное, т. е. в деформируемом теле исчезают искажения кристаллических решеток и остаточные напряжения.

Если обработка металлов давлением происходит при нагреве металлического тела выше температуры рекристаллизации, то она называется горячей. Если обработка металлов давлением выполняется при температуре ниже температуры рекристаллизации, то такая обработка называетсяхолодной.

Все эти явления протекают как при холодном, так и при горячем деформировании. Однако при холодном деформировании они носят остаточный характер, а при горячем — исчезают.

30.2.2 Виды обработки металлов давлением – до 70 мин

Все процессы обработки металлов давлением характеризуются применяемыми инструментами, оборудованием, заготовками и температурным режимом обработки и могут быть подразделены на две основные группы:

1) процессы прокатно-волочильного производства;

2) процессы ковочно-штамповочного производства.

Процессы прокатно-волочильного производства включают в себя прокатку и волочение, а процессы ковочно-штамповочного производства – ковку, объемную и листовую штамповки и прессование (рисунок 30.2).

Прокаткойназывается процесс обжатия металла заготовки между вращающимися валками. В результате сечение заготовки уменьшается, а ее длина увеличивается. Прокаткой изготавливают профили, рельсы, балки, полосы, листы и другие виды проката. Инструментом являются валки. Оборудование – прокатный стан. Процесс прокатки осуще ствляется с нагревом заготовки, и только завершающие операции при получении тонкого листа производятся без нагрева.

Рисунок 30.2 – Схемы основных способов обработки давлением: а – прокатка, б – волочение, в – прессование, г – ковка, д – объемная штамповка, е – листовая штамповка (1 – инструмент, 2 – заготовка).

Волочениемназывают процесс протягивания прутка или проволоки через отверстие в волоке, размеры поперечного сечения которых становятся меньше, а длина — больше размеров исходной заготовки. Для получения тончайшей проволоки, калибрования прутков и труб используются волочильные станы.

Прессованиемназывают процесс выдавливания металла через отверстие матрицы, форма и размеры которой определяют форму и сечение прессуемого изделия.

Ковказаключается в обжатии металла заготовки между верхним и нижним бойками.

Штамповкойназывают процесс деформирования металла в штампах. Штамповка может быть объемной и листовой.

Объемной штамповкой называется процесс деформирования предварительно нагретой заготовки в замкнутой полости штампа, форма и размеры которой определяют форму и размеры получаемой поковки. Объемная штамповка производится на молотах, прессах, горизонтально-ковочных и других машинах.

Холодная объемная штамповка применяется для получения небольших по размеру деталей, различают холодное (ударное) выдавливание и штамповку на холодновысадочных автоматах. Процесс холодной объемной штамповки протекает с большими пластическими деформациями, материал течет под большим давлением, следовательно, он должен обладать хорошей пластичностью, поэтому чаще всего используют алюминий, медь и их сплавы. Холодное (ударное) выдавливание применяют для деталей типа втулок, радиаторов охлаждения элементов, деталей разъемов, корпусов конденсаторов и т. д.

Листовой штамповкой называется процесс деформирования заготовки из листа в холодном состоянии. Заготовка деформируется в штампе, имеющем матрицу с прижимным кольцом и пуансон. Листовая штамповка производится на специальных штамповочных прессах. Холодная листовая штамповка — высокопроизводительный, малоотходный и довольно точный метод формообразования деталей ЭВМ. Этим методом изготавливают корпуса блоков, каркасы и многие другие детали. Исходными материалами для холодной штамповки являются листы, полосы, ленты из черных и цветных металлов, неметаллических материалов (картон, резина, фибра, текстолит).

Операции холодной штамповки можно разбить на две основные группы: разделительные и формообразующие. К основным разделительным операциям относятся: отрезка, вырубка, пробивка; к формообразующим – операции, в результате которых происходит изменение формы и размеров заготовки (гибка, вытяжка, отбортовка, формовка).

Отрезка — отделение одной части материала от другой по незамкнутому контуру. Отрезку металлов за исключением магния и титана толщиной более 1,5 мм проводят в холодном состоянии. Неметаллические материалы типа гетинакса, текстолита, оргстекла перед отрезкой следует нагревать в печах инфракрасного облучения; резину, фибру, картон — увлажнять.

Вырубка и пробивка предназначены для получения деталей по внешнему контуру и отверстий в детали.

Гибка — операция по изменению положения одной части листа (полосы) относительно другой под определенным углом. Операция гибки широко применяется при изготовлении деталей несущих конструкций ЭВМ.

Вытяжка предназначена для получения полых деталей замкнутого профиля: цилиндрических, конических, ступенчатых, с фланцем и без него. Вытяжкой изготавливают детали типа крышек и корпусов различных элементов и узлов. Различают вытяжку без утонения, когда толщина исходного листа (заготовки) практически не изменяется после вытяжки, и с утонением. Для вытяжки используют пластичные листовые материалы — малоуглеродистые стали, цветные металлы и их сплавы.