99. Пластическая деформация

Придание металлу требуемой формы и свойств без изменения массы осуществляется обработкой металла давлением. Обработка металла давлением основана на изменении пластичности металлов и сплавов. Пластичностью называют способность металла в твердом состоянии необратимо изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил.

В зависимости от формы и размеров изделия, а также свойств деформируемого металла или сплава применяют различные процессы обработки металла давлением. Во всех процессах металл претерпевает пластическую деформацию.

Деформация — это изменение размеров заготовки и ее формы без изменения удельной массы. Деформация вызывается внешними силами, приложенными к заготовке. Частица, выделенная из объема деформируемой заготовки, изображается в виде кубика, так как из кубиков легко складывается реальный объем.

Под действием внутренних сил, перпендикулярных к граням кубика, стороны кубика получают деформацию удлинения или укорочения. При появлении на гранях кубика элементарных касательных сил возникает деформация сдвига, характеризуемого углом искажения элементарной прямоугольной ячейки — грани кубика.

Если деформации сдвига отсутствуют, частица принимает форму прямоугольного параллелепипеда. В этом случае деформации сторон остаются главными. Возможны только три схемы главных деформаций.

1.ε₁=-(ε₂+ε₃) - объемная деформация. По одной оси возникает удлинение, по двум другим — укорочение.

2. ε₂=0; ε₁=-ε₃ - плоская деформация. По одной оси деформация равна нулю, по двум другим возникают деформации удлинения и укорочения.

3. ε₁+ ε₂=-ε₃ - объемная деформация. По одной оси возникает укорочение, по двум другим — удлинение.

Деформации возникают из-за появления в объеме заготовки внутренних сил, вызывающих напряжение. Напряжение — это внутренняя сила, приходящаяся на единицу площади поверхности частицы, на которой она действует.

При пластической деформации объем металлических заготовок практически не меняется. Это позволяет характеризовать их деформацию с помощью абсолютных и относительных показателей. Абсолютные показатели указывают разность линейных размеров заготовки до и после деформации. Относительные показатели деформации есть отношение разности линейных размеров к начальному или конечному размеру.

Пластическую деформацию делят на холодную, неполную холодную, неполную горячую, горячую.

100. Прокатка

Сущность процесса прокатки заключается в том, что слиток или заготовка под действием сил трения втягивается валками, вращающимися в разные стороны, в зазор между ними и деформируется по высоте, длине и ширине. Заготовка принимает форму зазора между валками (калибра).

Различают прокатку продольную, поперечно-винтовую, поперечную и косую (винтовую). Продольная прокатка осуществляется втягиванием металла в очаг деформации вращающимися в разные стороны валками. При этом заготовка в результате деформации принимает форму межвалкового зазора. Контакт металла с валком характеризуется дугой захвата и углом захвата.

В общем случае деформация при прокатке характеризуется укорочением, удлинением и уширением заготовки в высотном, продольном и поперечном направлениях.

Абсолютное высотное обжатие заготовки (Δh) зависит от угла захвата и диаметра валков. При постоянном диаметре валков (D = 2r) с ростом угла захвата растет обжатие. При постоянном угле захвата рост диаметра валков позволяет интенсифицировать процесс деформации металла. Поэтому прокатку заготовок с большим поперечным сечением осуществляют на станах с большим диаметром валков. При прокатке металл оказывает давление на валки. Знание давления необходимо для проектирования технологического процесса прокатки, выбора и обоснования необходимого прокатного оборудования, расчета необходимой мощности привода стана.

Усилие прокатки (Р) определяется по формуле: Р=р_ср·F

где р_ср — среднее давление; F — контактная площадь металла с одним из валков в очаге деформации.

Среднее давление зависит от обжатия, химического состава и температуры металла, толщины прокатываемой заготовки, коэффициента трения и других факторов. Они определяются по специальным формулам или опытным путем.

Продольной прокаткой получают плиты, листы, полосы, ленты, фольгу, сортовые профили массового и специального назначения.

К профилям относят круглую, прямоугольную и квадратную сталь, уголки, двутавровые балки, швеллеры, рельсы и др.

Деформация металла осуществляется в прокатных станах. Прокатным станом называется комплекс технологических машин — орудий, обеспечивающих получение изделий из черных и цветных металлов и сплавов. При прокатке на стадии захвата заготовки валками трение играет положительную роль, в условиях установившегося процесса прокатки и других процессах обработки металла давлением трение отрицательно.