50. Сущность и основные виды обработки металлов давлением. Технико-экономические показатели

Обработка металлов давлением – это технологический процесс, при котором изменяется форма заготовки без нарушения её сплошности за счет использования пластических свойств металлов. Обработка металлов давлением является исключительно важным технологическим процессом в металлообрабатывающем производстве, при котором обеспечивается возможность влияния на механические и физические свойства металлов в целях получения наилучших эксплутационных характеристик заготовок и деталей.

Основными видами обработки металлов давлением являются: ковка, объемная штамповка (горячая, холодная), листовая штамповка, прокатка, прессование, волочение.

Обработка металлов давлением основана на их способности в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на деформируемое тело (заготовку) внешних сил.

Если при упругих деформациях деформируемое тело полностью восстанавливает исходные форму и размеры после снятия внешних сил, то при пластических деформациях изменение формы и размеров, вызванное действием внешних сил, сохраняется и после прекращения действия этих сил. Упругая деформация характеризуется смещением атомов относительно друг друга на величину, меньшую межатомных расстояний, и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исходное положение. При пластических деформациях атомы смещаются относительно друг друга на величины, большие межатомных расстояний, и после снятия внешних сил не возвращаются в свое исходное положение, а занимают новые положения равновесия.

52. Влияние основных факторов на пластичность

Скорость деформации – это изменение степени деформации в единицу времени. В общем случае с увеличением скорости деформации пластичность падает. Особенно резко уменьшается пластичность некоторых высоколегированных сталей, магниевых и медных сплавов. Это можно объяснить при обработке нагретого металла влиянием двух противоположных процессов: упрочнения при деформации и разупрочнения вследствие рекристаллизации. При больших скоростях деформации разупрочнение может отставать от упрочнения. Однако при очень больших скоростях деформации пластичность металла вновь возрастает (штамповка взрывом, на высокоскоростных молотах). Это объясняется тем, что теплота, в которую переходит работа деформации, не успевает рассеяться и приводит к разогреву деформируемого металла, и как следствие, к повышению пластичности.

Напряженное состояние характеризуется схемой главных напряжений, действующих в элементарно малом объеме, выделенном в деформируемом теле.

Схема напряженного состояния

Главными называют нормальные напряжения, действующие в трех взаимноперпендикулярных площадках, на которых касательные напряжения равны нулю. Всего имеется девять схем главных напряжений: четыре объемные, три плоские и две линейные. При обработке металлов давлением встречаются две объемные схемы напряженного состояния:

1) объемное трехосное сжатие металла, когда по всем трем осям действуют главные напряжения сжатия. Эта схема наблюдается при свободной ковке, объемной штамповке, прокатке, прессовании.

2) объемное напряженное состояние металла, когда по двум осям действуют главные напряжения сжатия, а по третьей – главное напряжение растяжения. Эта схема наблюдается при волочении и в некоторых случаях листовой штамповки.

Схема главных напряжений позволяет судить о пластичности металла. ^ Чем большую роль играют напряжения сжатия, тем выше пластичность металла в процессе его обработки. Поэтому, например, пластичность металла при прессовании выше, чем при волочении. Повысить сжимающие напряжения при обработке давлением можно, например, оказывая боковое давление на металл жесткими стенками инструмента.

Деформированное состояние в элементарно малом объеме металла характеризуется схемой главных деформаций. Главными называются деформации в направлении трех осей, перпендикулярных к площадкам, в которых касательные напряжения отсутствуют. При обработке давлением различают три схемы главных деформаций:

1) по двум осям – главные деформации сжатия, по третьей – главная деформация растяжения. ^ Эта схема наблюдается при волочении и прессованию.

2) по одной оси – главная деформация сжатия, а по двум другим – главные деформации растяжения. Эта схема наблюдается при прокатке узкой полосы на гладкой бочке, при прокатке в калибрах, при свободной ковке и объемной штамповке.

3) по одной оси – главная деформация сжатия, по второй – главная деформация растяжения, а по третьей деформации не происходит. Эта схема наблюдается при прокатке широкой полосы на гладких валках, в некоторых случаях листовой штамповки.

Схема главных деформаций дает представление о характере формирования волокна и зерен. Максимальная главная деформация определяет текстуру деформации, предопределяет физико-механические свойства металла при обработке давлением.

Контактное трение ведет к возникновению неоднородности деформации или усиливает эту неоднородность, если последняя определяется самим характером осуществляемой операции. Это объясняется тем, что в каждой точке поверхности контакта возбуждаются элементарные касательные силы трения, что вызывает появление касательных напряжений на контактных поверхностях деформируемого тела, направленных противоположно направлению скольжения металла относительно поверхности инструмента в каждой данной точке. В результате может измениться и сама схема напряженного состояния. Например, наличие сил трения при осадке создает объемную схему напряжений, в то время как при отсутствии трения напряженное состояние было бы линейным. Действие трения от контактных поверхностей распространяется в глубину деформируемого тела, и создаются зоны затруднен ной деформации. Неоднородность деформации нарушает идентичность условий протекания упрочняющих и разупрочняющих процессов в объеме тела, в результате чего может возникать неоднородность металла (различная степень упрочнения по объему поковки, различная величина зерна и т. п.).

2.Контактное трение в конечном итоге преодолевается активной нагрузкой. Следовательно, контактное трение увеличивает необходимое деформирующее усилие и работу деформации. Увеличение усилия бывает весьма заметным — в несколько раз.

3.Контактное трение снижает стойкость инструмента как в результате непосредственного износа контактной поверхности, так и вследствие дополнительного нагрева поверхности и увеличения напряжений в связи с ростом деформирующего усилия.

4 Контактное трение вызывает необходимость применения технологических смазок. Это усложняет технологический процесс, а также иногда требует предварительной обработки исходного материала (например, нанесения пластмассовых пленок, фосфатирования).

Трение при пластическом деформировании существенно отличается от трения скольжения в кинематических парах.