Основные способы обработки металлов давлением

Основные способы обработки металлов давлением

Основные понятия обработки металлов давлением: сущность технологии и особенности производственного процесса. Разница между холодным и горячим методами обработки. Основные виды обработки металлов давлением.

Обработку металлов давлением активно используют в современной промышленности. Данная отрасль металлообработки основана на пластичной деформации материала под действием внешних сил. Особенностью технологии является повышение физических и механических свойств в процессе изменения формы заготовки.

Деформация может быть упругой или пластичной. В первом случае после прекращения воздействия внешних сил заготовка восстанавливает первоначальные размеры. Во втором случае изделие сохраняет полученную форму. Полное изменение формы заготовки является суммой упругой и пластинчатой деформаций.

Технология обработки металлов давлением

Сущность обработки давлением заключается в изменении первоначальной формы заготовки под действием внешних сил. Такой метод позволяет получать изделия сложной формы. Вместе с этим улучшается кристаллическая структура материала и повышаются его механические свойства.

Способы обработки металлов давлением отличаются степенью нагрева заготовки. Холодный метод характеризуется температурой, значение которой ниже порога рекристаллизации металла. В этом случае для изменения формы к заготовке необходимо прикладывать значительные усилия. Горячий вид обработки отличается высокой степенью нагрева заготовки, который превышает температуру рекристаллизации.

Холодную штамповку считают экономным технологическим процессом. Уровень отходов металла не превышает 10 %. Для горячей обработки этот показатель составляет 20–25 %. Для сравнения: при механической металлообработке заготовок уровень отходов в виде стружки может достигать 50 %.

Рассмотрим основные способы обработки металлов давлением, а также особенности технологических процессов.

Прокатка металлов

Комплекс оборудования по производству деталей называется прокатным станом. С его помощью выпускают детали как холодным, так и горячим способом.

Существует три способа прокатки:

1. Продольная. Самый популярный метод обработки. Заготовку пропускают между двумя валками, которые вращаются в противоположные стороны. Изменение размеров готового проката производят путем регулировки зазора между рабочими элементами.
2. Поперечная. Способ характеризуется отсутствием поступательных движений в процессе обработки. Применяется для изготовления деталей цилиндрической формы: шаров, втулок и прочих тел вращения.
3. Поперчено/продольно-винтовая. Валки располагаются под определенным углом к заготовке. Таким образом металлу придают вращательное и поступательное движение. С помощью винтовой прокатки изготавливают сверла, цельнокатаные трубы, оси, а также изделия полой структуры.

На долю данной технологии приходится около 80 % всей выплавляемой стали. Поэтому методы производства постоянно совершенствуются. Например, на передовых предприятиях сейчас внедряют технологию бесконечной холодной прокатки. Для этого на стан устанавливают сварочную машину. Она соединяет рулоны или заготовки между собой. Таким образом на стан поступает фактически «бесконечная» полоса.

Ковка

Технологический процесс состоит из следующих этапов:

1. Разделка слитка на части заданных размеров.
2. Порубка – операция обработки наружной поверхности заготовки.
3. Получение чернового варианта изделия. Для этого удаляют лишний материал.
4. Удлинение детали путем уменьшения ее поперечного сечения. Такую операцию называют вытяжкой.
5. Пробой отверстий необходимого диаметра выполняют с помощью специального инструмента.
6. В случае необходимости изделию придают изгиб с помощью шаблона.
7. Завершающие операции. Это может быть чеканка, изменение рельефа или создание надписи на изделии.

Для ковки в промышленных условиях используют плоские бойки, которые представляют собой параллельные плиты и гидравлический пресс.

• улучшение механических свойств;
• возможность обработки деталей больших размеров, массой до 250 тонн;
• высокая автоматизация;
• низкая себестоимость производства.

Прессование

Методом прессования изготавливают детали с различным профилем. В качестве основного материала используют металлы с высокой хрупкостью:

• медь;
• алюминий;
• олово;
• магний;
• титановые сплавы.

Использование сменной матрицы позволяет изготавливать детали различной формы.

Волочение

Самый востребованный метод в трубном производстве. Суть производственного процесса заключается в протягивании болванки через фильеру. Так называют специальные волоки, размер которых меньше поперечного сечения заготовки.

Наиболее распространенными методами волочения являются:

• безоправочное;
• профилировочное;
• длиннооправочное;
• короткооправочное;
• на самоустанавливающейся оправке.

В зависимости от требований технологического процесса заготовку могут подвергнуть предварительному нагреву. При использовании болванки большого размера ее могут пропускать через несколько фильер с постепенным уменьшением величины сечения.

Валки обычно изготавливают из инструментальной стали или твердых сплавов.

С помощью волочения можно изготовить детали с высокой точностью, например проволоку толщиной несколько микрометров.

К слиткам для волочения предъявляют повышенные требования, поскольку большая часть дефектов переходит на готовое изделие.

Основным недостатком безоправочного волочения при производстве труб является низкое качество внутренней поверхности.

Объемная штамповка

Одна из самых распространенных технологий – обработка металла давлением. Предварительно нагретая болванка подвергается серии последовательных деформаций без нарушения целостности. Для придания слитку окончательной формы используют специальные объемные штампы, которые повторяют контуры будущего изделия.

Термин объемная указывает на то, что геометрия и габариты заготовки меняются одновременно в двух или трех измерениях.

В качестве проката чаще всего используют материалы круглого или прямоугольного сечения.

Листовая штамповка

Листовую штамповку применяют для изготовления большого количества идентичных деталей высокой точности. В качестве материала применяют различные металлы и сплавы, а также некоторые виды пластмасс.

Существует множество разновидностей рабочего оборудования:

• кривошипно-шатунные;
• гидравлические;
• радиально-ковочные;
• электромагнитные.

Диапазон применения технологии очень широк: от производства тонкостенных корпусов для бытовой техники до изготовления элементов крупных морских судов.

Обработка металлов давлением – востребованная технология в современной промышленности. Ее используют как для изготовления заготовок, так и в качестве способа производства готовых изделий. Сейчас наиболее востребованным методом обработки металлов давлением является прокатка. Возможна ли ситуация, когда на первый план выйдут другие технологии? Напишите ваше мнение в блоке комментариев.

Обработка давлением, особенности технологии работы с металлом

Обработка материалов давлением основана на их пластичности. В результате процесса можно получить конечную деталь либо заготовку, близкую по форме к готовому продукту. Различные виды обработки металлов давлением применяются в машиностроении, авиационной промышленности, автомобилестроении и пр.

Физические основы обработки металлов давлением

Обработка материалов давлением основана на механическом свойстве атомов занимать новое устойчивое положение при воздействии на них нагрузки, превышающей предел упругости материала. Это называется пластической деформации. Помимо механических, изменяются и физико-химические свойства металла.

Штампованные детали

Существует горячая и холодная обработка металлов давлением.

• Горячей называется обработка при температуре заготовки выше температуры рекристаллизации;
• Холодная обработка материалов давлением происходит при температуре заготовки ниже температуры рекристаллизации.

Чтобы сделать мебель из металла своими руками, нужно обладать хотя бы начальными навыками сварки.

Закалка и отпуск — очень важные этапы работы со сталью. Как правильно их выполнять, мы можете узнать, прочитав эту статью.

Существуют различные виды обработки материалов давлением:

• прокатка; ;
• прессование;
• волочение;
• объемная штамповка;
• листовая штамповка;
• комбинированные методы.

Обработка металлов давлением: прокатка

Прокаткой называется вид пластической обработки, в процессе которого исходная заготовка обжимается вращающимися валками стана прокатного. Целью операции является уменьшение поперечного сечения заготовки и придания ей заданного профиля.

Способы прокатки

Существует три способа прокатки металла:

• продольная: самый распространенный способ прокатки. Суть его заключается в следующем: заготовка пропускается между валками, вращающимися в разные стороны, при этом она обжимается до толщины, равной зазору между валками;
• поперечная: применяется для обработки тел вращения (шаров, цилиндров, втулок и пр.). Заготовка при этом не имеет поступательного движения;

• поперечно-винтовая: нечто среднее между двумя предыдущими способами. Применяется для изготовления полых заготовок.

Ковка

Ковка относится к высокотемпературным операциям. Заготовка предварительно нагревается до ковочной температуры, зависящей от конкретной марки металла.

• ковка на молотах (пневматических, гидравлических и паровых);
• штамповка;
• ручная ковка.

Машинная (на молотах) и ручная ковка является свободной, так как металл при воздействии на него инструмента ничем не ограничен.

Штамповка свободной не является, так как заготовка находится в матрице штампа (т. е. ограничена со всех сторон). В результате штамповки металл принимает форму полости матрицы.

Ковка применяется в единичном и мелкосерийном производстве. Для получения поковки разогретую заготовку помещают между ударными частями (бойками) молота. В качестве подкладных инструментов используются:

• топор;
• обжимка;
• раскатка.

Прессование

Это способ обработки металла, в процессе которого он выдавливается прессом из полости матрицы через ее отверстие. Применяется для обработки хрупких металлов.

Прессованием получают полые и сплошные профили из титановых сплавов, алюминия, меди и магния – детали для автомобилей, самолетов, лопатки, подвески, трубы.

Прессование может быть горячим и холодным. Обработка пластичных материалов производится в холодном состоянии (олово, медь, чистый алюминий). Тугоплавкие металлы и сплавы (содержащие никель, титан и др.) прессуются только после предварительного нагрева заготовки и инструмента.

С помощью этой операции можно получить детали различной конфигурации, с ребрами (внутренними и наружными), постоянным или периодическим профилем по длине.

Прессование выполняется на прессах со сменной частью (матрицей). Матрицы изготавливаются из жаропрочных штамповых сталей.

Волочение

Волочением называется метод обработки металлов, в процессе которого заготовка круглого (или фасонного) профиля принудительно протягивается через фильеру (волоку). Примером может служить изготовление проволоки, когда заготовка большого диаметра (катанка) протягивается через ряд фильер, на выходе из которых получается проволока гораздо меньшего диаметра.

• по типу волочения:

1. сухое (через мыльный порошок);
2. мокрое (через эмульсию мыльную).

• по чистоте обработки поверхности:

1. черновое;
2. чистовое.

• по кратности переходов:

1. однократное;
2. многократное (с несколькими переходами с постепенным уменьшением поперечного сечения заготовки).

• по температуре:

1. холодное волочение;
2. горячее волочение.

Объемная штамповка

Метод обработки металла, при котором придание заготовке заданной формы осуществляется с помощью штампа. При этом течение металла ограничивается полостями его частей.

Существует две разновидности штампов: открытые и закрытые.

В открытых штампах между подвижными частями предусмотрен зазор, в который выдавливается избыток металла – облой. Его приходится удалять на последующей операции механической обработки. Штамповка в открытых штампах хороша тем, что не требуется предъявлять особых требований к массе заготовки.

Закрытые штампы такого зазора не имеют. Весь металл находится в замкнутом пространстве, облоя не образуется. Но в этом случае заготовка тщательно рассчитывается по объему.

Листовая штамповка

Листовая штамповка заключается в изготовлении детали из листа, полосы или ленты, полученных прокаткой.

Существуют два основных вида операций:

• разделительные: вырубка, отрезка и пробивка;
• формообразующие: вытяжка, гибка отбортовка, раздача, чеканка и пр.

Листовая штамповка производится на кривошипных и гидравлических прессах. В качестве инструмента используются штампы, основными деталями которых являются матрицы и пуансоны.

В основном штампованная деталь не требует дальнейшей механической обработки. Поэтому матрицы и пуансона должны быть тщательно рассчитаны и изготовлены с соблюдением всех технических требований.

Несмотря на то, что листовая штамповка является в какой-то мере стандартной операцией, конструктора часто сталкиваются с нетипичными проблемами: обработка металлов давлением учебник, как правило, предоставляет множество примеров конструкторских разработок частных случаев.

Листовая штамповка широко применяется практически во всех отраслях промышленности. Детали, полученные этим методом, отличаются высокой точностью. От мельчайших деталей микроэлектроники до кузовов автомобилей – все это производится методом листовой штамповки. Специальность обработка металлов давлением наряду с обработкой металла резанием является одной из самых востребованных.

Обработка металлов давлением

Обработка металлов давлением — технологический процесс получения заготовок или деталей в результате силового воздействия инструмента на обрабатываемый материал.

Содержание

Виды обработки металлов давлением [ править | править код ]

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 формы и размеры, приближённые к формам и размерам 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 [ править | править код ]

Прокатка — процесс пластического деформирования тел между вращающимися приводными валками.

Прессование [ править | править код ]

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 [ править | править код ]

Волочение заключается в протягивании заготовки через сужающуюся полость матрицы или через межвалковое пространство образованное двумя или более валками; площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и получает форму поперечного сечения отверстия матрицы.

Ковка [ править | править код ]

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

Штамповка [ править | править код ]

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 [ править | править код ]

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.

Комбинации [ править | править код ]

Существуют также процессы, которые являются комбинациями из нескольких методов. Например, метод прокатка-волочение, прокатка-прессование и т.п..

Сущность обработки металлов давлением [ править | править код ]

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 исходную 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, больше межатомных расстояний, и после снятия внешних сил не возвращаются в своё исходное положение, а занимают новые положения равновесия.

Холодная штамповка как технология известна достаточно давно. Ещё в конце первого тысячелетия древнерусские мастера стали применять метод холодной штамповки для производства металлической посуды. Саму холодную штамповку отличает достаточно высокое качество получаемых изделий, высокая скорость их изготовления, а также низкая цена на само изделие — разумеется, как уже было отмечено, при массовом их производстве. Холодная штамповка заключается в механическом воздействии штампа в процессе прессования листов металла, итогом которого получаются готовые изделия. Таким образом, сам штамп выступает в роли технологической насадки для прессовального механизма, его можно использовать только для одной операции. Кроме того, операции холодной штамповки легко поддаются автоматизации, в том числе могут проводиться с помощью промышленных роботов, что способно сделать производство методом холодной штамповки ещё более выгодным.

Холодная штамповка технологически подразделяется на два основных вида. Первый — это операции разделительные. Наименование операции зависит от контура разделения. Если разделение происходит по незамкнутому контуру, это операции резки, если по замкнутому контуру: операции пробивки (различные отверстия) и вырубки (различные плоские детали, например, круглой формы в плане). Второй тип операций — операции формоизменения: гибка, вытяжка, формовка, а если исходная заготовка труба — раздача и обжим. Иногда операции двух типов объединяют — например, производят одновременно вытяжку и рубку или гибку и обрезку. В таком случае применяются так называемые комбинированные штампы. Для операций холодной штамповки необходимо использовать металлы и сплавы, которые обладают гибкостью, пластичностью, а также дешевизной.

5 методов обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением – это такой процесс, при котором металлу придается нужная форма и размер под силовым воздействием. Пластические свойства металлов позволяют сохранить полученные форму и размер, даже после того, как воздействие давления прекращается.

При помощи методов обработки металлов давлением получают как заготовки, так и уже готовые изделия. При этом существует целый ряд различных методов, каждый из которых позволяет воздействовать на металл уникальным образом. Различают 5 основных методов обрабатывания металлов:

№ 1: Ковка

Перед обработкой заготовку предварительно нагревают в специальной печи. Таким способом получается сделать металл более пластичным и податливым.

Затем при помощи наковальни и молота заготовке придают нужную форму. Различают ручную и машинную ковку.

Несмотря на то, что этот метод — известен достаточно давно, ему всё ещё находится применение (в основном, в современном мелкосерийном производстве).

№ 2: Прокатка

При этом методе используется специальный комплекс устройств, который называется прокатным станом. В зависимости от выпускаемых изделий различают трубопрокатные, листопрокатные, проволочные, а также многие другие виды прокатных станов.

Основными элементами стана являются вращающиеся валки, которые обжимают заготовку для придания ей нужной формы и размера. При этом валки не обязательно являются гладкими. При помощи валок с вырезками осуществляют прокатку для создания фасонных изделий (отводы, тройники и т.д.).

Прокатка бывает горячая (если заготовку предварительно подогревают) и холодная.

№3: Волочение

Волочение похоже на прокатку. Для волочения применяются волочильные станы, которые представляют собой целые комплексы. При волочении уменьшается поперечное сечение заготовки, а её длина при этом увеличивается.

Данные изменения достигаются путем пропускания заготовки через волочильный глазок. Волочильный глазок – основной элемент волочильного стана и представляет собой постепенно сужающееся отверстие. Проходя через него, заготовка и приобретает нужную форму и размер.

№4: Штамповка

Штамповку производят на прессах или молотах. Этот метод позволяет производить изделия высокой точности размеров и формы. Такие изделия зачастую не нужно подвергать дополнительной обработке резанием или др.

При данном методе форму заготовке придают при помощи давления штампа. Подобным же образом уже очень давно производят монеты. Различают листовую и объемную штамповки. Как ясно из названия, листовой штамповкой получают плоские изделия из стали и других металлов (обычно толщиной до 5 мм).

№5: Прессование

Заготовка металл, заключенный в форму при помощи давления выдавливается через отверстие. При этом площадь отверстия меньше площади заготовки, что придает изделию на выходе вид прутка. Данному виду обработки металлов давлением подвергаются многие металлы, например, цинк, алюминий или медь.

Также иногда применяют комбинации 2-их или нескольких методов обработки металлов давлением одновременно. Это позволяет получать изделия сложных форм и размеров и расширяет возможности их применения.