Обработка металлов давлением

Кузнечные работы относятся к технологическим процессам обработки металлов давлением, широко применяемым в машиностроении. При обработке давлением из исходной заготовки пластическим деформированием получают поковки - полуфабрикаты или изделия без последующего снятия стружки.

Кузнечные работы состоят в подготовке, нагреве, пластической деформации заготовок.

При обработке давлением обычно преследуется две цели:

• получение изделий сложной формы из простой по форме заготовки;

• улучшение структуры и физико-механических свойств исходного литого металла.

В основе обработки металлов давлением лежит процесс пластической деформации, при котором изменяется форма без изменения массы, т.е. объем обрабатываемого тела до и после пластической деформации принимается неизменным.

В основном проводится так называемая горячая деформация (в результате нагрева), т.к. в этом случае пластические свойства металла выше, а сопротивление деформации ниже, чем при холодной деформации. Вследствие этого горячей деформации предшествует нагрев металла в нагревательных устройствах.

Заготовки и слитки (литые металлические заготовки для переработки путем пластической деформации) перед обработкой давлением нагревают в горнах или нагревательных печах. Горны отличаются от нагревательных печей небольшими размерами, отапливаются каменным углем или коксом, металл нагревается в них при непосредственном контакте с топливом. Используют их для нагрева мелких заготовок при ручной ковке.

Печи для нагрева подразделяются на пламенные и электрические, а по распределению температур - на камерные и методические.

В камерных печах (печах периодического нагрева) температура одинакова по всему рабочему пространству.

Методические печи с постоянно повышающейся температурой рабочего пространства от места загрузки заготовок к месту их выгрузки являются высокопроизводительными печами для непрерывного нагрева. Металл в этих печах нагревается постепенно, методически, по мере продвижения к месту выгрузки.

Здесь кратко рассматриваются наиболее распространенные способы обработки металлов давлением - ковка и штамповка.

Ковка - способ обработки металлов давлением, при котором инструмент оказывает многократное прерывистое ударное воздействие на нагретую заготовку, в результате чего она, деформируясь, постепенно приобретает заданные форму и размеры. При ковке проводят такие операции как осадка (для уменьшения высоты заготовки и увеличения ее поперечных размеров), высадки (местная осадка), протяжка (для увеличения длины заготовки при уменьшении ее поперечного сечения), обкатка (для придания заготовке цилиндрической формы), раскатка (для увеличения внутреннего и наружного диаметра заготовки кольцевой формы), прошивка (для удаления донной части в углублении поковки) и др. Для выполнения работ, связанных с деформацией, перемещением, захватом, поддержанием, измерением заготовок используется разнообразный кузнечный инструмент..

Ковка осуществляется посредством соответствующего оборудования - ковочных молотов, характеризующихся массой падающих частей (до 5 т), за счет кинетической энергии которых деформируется заготовка, или же ковочных гидравлических прессов, развивающих усилие для деформации до 300 МН и даже более.

Ковка используется в единичном и мелкосерийном производстве - для крупносерийного и массового производства она нерентабельна.

Штамповка - способ пластического деформирования заготовки в штампах.

Штамп (в переводе с немецкого - печать) - инструмент для обработки материалов давлением путем пластической деформации заготовки.

Основные детали штампа - пуансон и матрица. При штамповке пуансон давит на заготовку, находящуюся на другой части штампа - матрице. Штамповка может быть листовой (заготовка - лист) и объемной; в зависимости от температуры заготовки - холодной и горячей.

Процесс штамповки в каждом конкретном случае специализирован для определенной номенклатуры поковок или даже для одного ее типа и требует соответствующего специализированною оборудования. Поэтому штамповка как правило применяется при серийном и массовом производстве, когда экономически оправдано применение специального оборудования и штампов.

Для штамповки применяют кривошипные горячештамповочные прессы с усилием до 100 МП, штамповочные молоты с массой падающих частей до 60 т, фрикционные винтовые прессы - 20 МП, гидравлические штамповочные прессы с усилием до 700 МП, горячековочные машины -до 40 МП и др.

В зависимости от материала, размеров, массы и сложности форм штампуемых поковок по специальным методикам определяется масса падающих частей молота или усилие пресса, а затем подбирается необходимое оборудование.

Помимо молотов и прессов применяются и ротационные машины, рабочий инструмент которых, в отличии от молотов и прессов, совершает не возвратно-поступательное движение, а вращательное (например, вальцы, гибочные машины и др.).

Благодаря преимуществам обработки металла и изготовления деталей машин методом давления ковку и особенно штамповку все шире применяют в машиностроительном производстве. Немало сложных машин собирают преимущественно из штампованных деталей. Например, в современном автомобиле штампованные детали составляют 80% от общего веса, в тракторе - 70%. Максимальная замена обработки металла резанием методом штамповки дает значительную экономию металла.