Тема 4.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ПРОКАТКА, ПРЕССОВАНИЕ, ВОЛОЧЕНИЕ

Обработка давлением основана на использовании пластичности металлов, т.е. на их способности в определенных условиях воспринимать остаточную деформацию без разрушения металла.

Самый пластичный металл – свинец, который деформируется при нормальной температуре. Олово, Al, Zn, Fe, низкоуглеродистая сталь могут быть также обработаны давлением без нагрева. Пластичность среднеуглеродистых и высокоуглеродистых сталей происходит при нагреве. Марганец, чугун – непластичны даже при нагреве. Хрупки до расплавления.

Основные виды обработки металлов давлением: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка.

Прокатка

В зависимости от вида прокат делят на сортовой, листовой, трубный, периодический и специальный. Виды сортового проката общего назначения: квадрат, круг, швеллер, двутавр, полоса и т.д. Для прокатки нагретые или холодные заготовки пропускают между вращающимися валками прокатных станов (рисунок 43).

Прессование

При прессовании металл вдавливают из замкнутой полости через отверстие, в результате чего получается изделие с сечением в форме отверстия. Все металлы, кроме свинца, прессуют горячими.

Существует прямое и обратное прессование (рисунок 44). Прессованием получают изделия различного профиля. Они точнее прокатки. Ряд профилей можно получить только прессованием.

Рисунок 44 – Прессование:

а) прямое; б) обратное; в) прессование труб

Волочение

Применяют преимущественно для изготовления проволоки диаметром 0,002 до 4 мм. Для этого пропускают заготовку через отверстие с меньшим сечением. В волоке изделия наклепываются, что приводит их к упрочнению.

Тема 4.2 КОВКА, ШТАМПОВКА

Ковкой называется обработка металла, находящегося в пластическом состоянии под действием бойков молота (динамическое воздействие) или пресса (статистическое воздействие) с использованием при надобности подкладного инструмента. Изделие, получаемое ковкой, называют поковкой. Поковки могут иметь самую разнообразную форму и массу от нескольких граммов до 350 т и более. Большие поковки получают непосредственно из слитков, поковки средних и малых размеров – из прокатных заготовок.

Ковку применяют в условиях единичного и мелкосерийного производства. Заготовку куют между нижним (неподвижным) и верхним (подвижным) бойками молота или пресса. Контактирующие с заготовкой поверхности бойков и подкладных инструментов определяют направление деформации (течения) металла заготовки. На рисунке 45, а – д показаны некоторые подкладные инструменты: топор (а), раскатка (б), обжимка (в). При ковке выполняется протяжка, осадка, гибка, пробивание или прошивание отверстий, выглаживание, рубка.

При протяжке длина заготовки увеличивается за счет уменьшения ее поперечного сечения. Вначале куют на квадрат, что дает наибольшую скорость деформирования, после чего (если нужно) скругляют заготовку или формуют. Для протяжки заготовку кладут поперек бойков, передвигая ее и кантуя на 90^о после каждого обжатия. Чтобы ускорить протяжку, применяют закругленные бойки (рисунок 45, г) и раскатки (рисунок 45, д), увеличивающие удлинение за одно обжатие.

Поковки, штамповки и сортовой прокат получают обработкой метал­лов давлением. В единичном и мелкосерийном производстве поковки получают свободной ковкой под молотами и прессами.

Поковки, полученные в штампах, называются штамповками, а процесс — штамповкой. Сущность штамповки заключается в том, что обрабатываемую заготовку помещают в штамп (рисунок 46) и под давле­нием она заполняет полости штампа, приобретая при этом заданную форму.

Применяют прогрессивные методы штамповки — штамповка с по­мощью резины (рисунок 47, а), взрывом (рисунок 47, б), гидравлическая (рисунок 47, в), с местным нагревом, по элементам, жидкого металла и т. п. Для штамповки взрывом или гидравлической обычно изготовляют только металлическую матрицу, по конфигурации которой образуется заготовка под давлением взрывной волны или жидкости.

Преимущества штамповки да сравнению  с ковкой:

1) высокая про­изводительность (в 50—100 раз выше);

2) высокая точность размеров и шероховатость поверхности;

3) возможность получения изделий слож­ной формы с одинаковыми размерами;

4) не требуется высокая квалификация рабочих;

5) холодная калибровка (чеканка) поковок может заменять фрезерование, но волокна металла не режутся, что обеспе­чивает высокую прочность.

К недостаткам необходимо отнести: 1) высокую стоимость штампов; 2) возможность использования штампов только для одной детали; 3) малая масса деталей (0,3—100 кг).

Следует различать два основных вида штамповки — листовую и объемную. Объемная горячая штамповка является основным способом изготовления различных деталей машин. Она имеет ряд важных пре­имуществ перед ковкой, а именно значительно увеличивается произ­водительность за счет одновременного деформирования металла в не­скольких направлениях, что позволяет изготовлять сложные по фор­ме изделия рабочим невысокой квалификации. Благодаря повышенной точности обработки, в сравнение с поковками, при штамповке припус­ки можно уменьшить в 2-3 раза, а следовательно, окончательную об­работку часто производить не нужно.

Однако штампы — дорогостоящая оснастка, поэтому штамповку применяют только тогда, когда необходимо изготовить значительное число одинаковых деталей, т. е. при серийном и массовом производстве.

В настоящее время для изготовления сложных фасонных внутрен­них полостей штампов применяют электроискровую и другие электри­ческие методы обработки. Различают штампы открытые и закрытые. В открытых штампах металл во время штамповки имеет выход в облойный ручей, а в закрытых он деформируется в закрытом объеме, и штамповка называется безоблойной. Расход металла при этом способе небольшой, поэтому эти штампы применяют все шире и шире. Вместе с тем закрытые штампы сложнее, чаи открытые, и изделия сложной конструкции в них не штампуют.

Для холодной объемной штамповки характерными являются такие операции, как холодная высадка и холодное выдавливание. Холодной высадкой изготовляют заклейки, гвозди, винты, болты, шарики, ро­лики я другие изделия из пруткового материала или проволоки, а иногда делают и обжатие холодной детали (чеканку).

Чеканку применяют для придания повышенной точности детали, полученной штамповкой в горячем состоянии; кроме того, можно получить рисунки и надписи на поверхности.

Листовой штамповкой изготовляют плоские и объемные изделия из стали, цветных металлов и сплавов; пластмасс и кожи и т. п. (де­тали часов, электроарматуры, радиоаппаратуры, велосипедов, мото­циклов, автомобилей, автобусов, корпуса самолетов, железнодорож­ных вагонов, кораблей и т. д.). При этом обеспечивается высокая точ­ность размеров, экономный расход материалов и значительная произ­водительность процесса, легко поддающегося автоматизации. Опера­ции листовой штамповки можно выполнять с резанием металла (от­резкой, вырубкой, пробивкой и т. п.) и с изменением только формы (гибкой, вытяжкой и т. д.).

В качестве заготовок машиностроительная промышленность исполь­зует также разнообразный сортовой прокат. Прокатка заключается в пропускании нагретого или холодного металла в виде слитка между вращающимися валками соответствующего профиля (рисунок 48). Ввиду того, что между валками расстояние меньше толщины обрабатываемого слитка, его размеры в сечении уменьшаются. Для получения требуе­мой формы сечения делают прокатку в несколько ходов, применяя валки соответствующей формы. Полученный прокат может иметь форму листов, полос, прутков, труб, уголков, двутавров, швеллеров и т.д. (рисунок 49). Прокат в дальнейшем можно сваривать, ковать, штамповать, прессовать, волочить и резать.

Рисунок 49 - Профили металла прокатного производства:

а — квадратный с закругленными углами и вогнутыми гранями; 

б — квадратный с закругленными краями: в — квадратный; г — круглый;

д — плоский е — трехугольный; ж — овальный; з — полукруглый;

и — колонный к — зетовый л — рельсовый; м — тавровый; н — неравнобокий уголок; о - равнобокий уголок; п — швеллер; р — двутавровый