3. Виды обработки металлов давлением

Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяют на два вида:

• для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления из них деталей — только обработкой резанием или с использованием предварительного пластического формоизменения, основными разновидностями таких процессов являются прокатка, прессование и волочение;

• для получения деталей или заготовок (полуфабрикатов), имеющих приближённо формы и размеры готовых деталей и требующих обработки резанием лишь для придания им окончательных размеров и получения поверхности заданного качества; основными разновидностями таких процессов являются ковка и штамповка.

Прокатка

Прокатка - процесс пластического деформирования тел, между вращающимися приводными валками.

Прессование

Прессование заключается в продавливании заготовки, находящейся в замкнутой форме, через отверстие матрицы, причём форма и размеры поперечного сечения выдавленной части заготовки соответствуют форме и размерам отверстия матрицы.

Волочение

Волочение заключается в протягивании заготовки через сужающуюся полость матрицы; площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и получает форму поперечного сечения отверстия матрицы.

Ковка

Ковкой изменяют форму и размеры заготовки путём последовательного воздействия универсальным инструментом (бойками) на отдельные участки нагретой заготовки.

Штамповка

Штамповочный пресс

Штамповкой изменяют форму и размеры заготовки с помощью специализированного инструмента — штампа (для каждой детали изготовляют свой штамп), который состоит из матрицы, пуансона и дополнительных частей. Различают объёмную и листовую штамповку. При объёмной штамповке в качестве заготовки используют сортовой металл, разрезаемый на заготовки. На заготовку в процессе объемной штамповки воздействуют специализированным инструментом — пуансоном, при этом металл заполняет полость матрицы, приобретая её форму и размеры.

Листовая штамповка

Листовой штамповкой получают плоские и пространственные полые детали из заготовок, у которых толщина значительно меньше размеров в плане (лист, лента, полоса). Обычно заготовка деформируется с помощью пуансона и матрицы.

-Термическая обработка

Термическая обработка металлов. Эффективным способом целенаправленного изменения структуры металлов с целью получения необходимых свойств является термическая обработка.

Термическая обработка металлических материалов заключается в нагреве их до требуемой проектной температуры, выдержке и охлаждении с заданной скоростью до определенной температуры. Процессы термической обработки подразделяют на собственно термическую обработку под воздействием только теплоты — закалку, отжиг, отпуск, старение, термомеханическую обработку при комбинированном воздействии теплоты и пластического деформирования; химико-термическую обработку при сочетании воздействия теплоты и изменения химического состава металла.

Закалка металлов заключается в нагреве их до температуры не ниже критических точек, т. е. точек на диаграмме состояния, при которых качественно изменяется фазовое состояние сплавов, последующей выдержке и быстром охлаждении. При закалке углеродистых и низколегированных сталей обычно преследуется цель получить игольчатую структуру мартенсита.

Мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в альфа-железе. При охлаждении в воде аустенит сохраняется до температуры примерно 200° С и затем мгновенно превращается в мартенсит. Структура мартенсита — самая твердая и хрупкая структура стали.

Для устранения внутренних напряжений, возникающих при закалке сплавов, и достижения наилучшего сочетания прочности и пластичности их подвергают завершающей операции термической обработки — отпуску. Различают низкий, средний и высокий отпуск. Температура нагрева при низком отпуске составляет обычно 150—200° С, при высоком может достигать 600—650° С. При отпуске стали происходит переход мартенсита в более устойчивые структуры.

При необходимости уменьшения твердости, повышения пластичности и вязкости металлов, их обрабатываемости применяют операцию отжига. Характерной особенностью отжига является медленное охлаждение, достигаемое, например, под слоем песка, золы, шлака и т. п. При отжиге сталей после предварительного нагрева образуется аустенитовая структура, которая при медленном охлаждении переходит в равновесную структуру в соответствии с диаграммой состояния.

Для достижения мелкозернистой однородной структуры с несколько меньшей пластичностью, но с более высокой твердостью, чем после отжига, производят нормализацию сплавов, отличительной особенностью которой является охлаждение на воздухе. Нормализация является более простым видом обработки, чем отжиг. Эта операция повышает твердость и позволяет получить более чистую поверхность стали при резании.

Термомеханическая обработка металлов включает нагрев, пластическое деформирование и охлаждение металла, совмещенные в единой технологической схеме. Сущность совмещенного процесса состоит в том, что заготовки сразу после окончания горячей обработки давлением (ковки, прокатки) закаливают. При этом не производится специального нагрева заготовок, а используется остаточная теплота после горячего деформирования. В результате экономится топливо для нагрева под закалку, уменьшается потребность в нагревательных печах, сокращается время изготовления деталей и существенно улучшаются механические свойства.