1.3 Способы обработки давлением и оборудование

Наряду с формообразованием обработка давлением может улучшать качество и механические свойства металла. Обработка металлов давлением производится либо в «горячем» (нагретом), либо в «холодном» (соответствующем комнатной температуре) состоянии. При обработке давлением многих металлов и сплавов сначала производится горячая обработка, позволяющая использовать повышенную пластичность нагретого материала, а затем следует окончательная обработка в холодном состоянии, обеспечивающая высокое качество поверхности и точные размеры. Основные методы обработки металлов давлением – ковка, штампование, прокатка, прессование.

Ковка и штампование.Ручная ковка была исторически первым из применяемых до сих пор способов формоизменяющей обработки металлов. Первый паровой молот, появившийся в 1843, деформировал металл силой падения груза, а пар служил для поднятия последнего. Вслед за таким молотом простого действия в 1888 появился молот двойного действия, верхняя «баба» которого при движении вниз дополнительно разгоняется силой пара.

При этих процессах нагретый металл обрабатывают ударом или давлением, пользуясь молотами и ковочными машинами. Если нагретый металл обрабатывают без специальных форм (штампов), то процесс называется свободной ковкой, если же в штампах —горячей штамповкой.

При горячей штамповке на изготовление заготовок затрачивается значительно меньше времени, чем при свободной ковке. При этом заготовки получаются более точные по форме и размерам, с меньшими припусками для дальнейшей механической обработки.

Ковка и объемное штампование могут выполняться на молоте или на прессе. Ковка бывает свободная и в штампах. Штампы объемного штампования молотовые и для горячештамповочных прессов состоят из верхней (закрепляемой на верхней головке молота или пресса) и нижней частей, на соприкасающихся поверхностях которых имеются ручьи для последовательного формообразования изделий. Штампы для листового штампования (вырубные, пробивные, гибочные и др.) состоят из двух основных деталей – матрицы и входящего в нее пуансона, а иногда одна и та же часть штампа служит и пуансоном, и матрицей.

Конец формы

Холодная штамповка.Это процесс получения заготовок и деталей из листового, ленточного и полосового материала способом вырубки, гибки, вытяжки, отбортовки в штампах на прессах.

Способ холодной штамповки очень производителен и широко применяется в различных видах производства. При различных способах получения заготовок припуск на их обработку будет различным.

Холодная высадка.

Операция холодной объёмной штамповки — получение деталей (заготовок) с местными утолщениями путём уменьшения длины части заготовки (местная осадка) без нагрева металла. Холодная высадка — основная операция получения деталей типа болтов, винтов, заклёпок. Для изготовления подобных деталей применяются холодновысадочные автоматы, на которых, кромевысадки, производятся др. операции (отрезка, прошивка, накатка резьбы и т.п.), что позволяет получать детали, не требующие обработки резанием, с производительностью до нескольких сотен вмин.Холодная высадка обеспечивает благоприятное расположение волокон макроструктуры, в результате чего повышаются прочность деталей и сопротивление истиранию. Увеличение диаметра заготовки при высадке ограничивается её продольной устойчивостью или вероятностью разрушения с образованием продольных трещин. Потери устойчивости (искривления оси) не происходит, если длина высаживаемой части меньше 2,5 диаметра заготовки. При необходимости высаживать более длинный участок заготовки высадку ведут в несколько переходов, последовательно увеличивая диаметр при соответствующем уменьшении длины высаживаемой части. Для уменьшения опасности разрушения заготовки применяют многопереходную высадку с промежуточным рекристаллизационным отжигом.

Накатка резьбы.

Процесс получения резьбыв результате пластической деформации заготовки резьбонакатным инструментом. Инструмент для накатки резьбы —плашки, резьбовые сегменты, ролики с винтовой или кольцевой нарезкой, затылованные ролики. Накатку резьбы производят на резьбонакатных автоматах и полуавтоматах, а иногда на токарных и револьверных станках.

Основные методы накатки резьбы: тангенциальный, радиальный и осевой (в зависимости от направления подачи инструмента и заготовки), при которых выбирают определённые технологические схемы и соответствующий инструмент.

Накатывают метрические и дюймовые резьбы, с треугольным, круглым, трапецеидальным и др. профилем, на наружных и внутренних поверхностях. Этим способом получают резьбу на деталях из сталей и цветных металлов (крепёжные детали, резьбонакатный и резьбонарезной инструмент, резьбовыекалибры, микрометрические и ходовые винты), а также получают мелкие шлицы, зубья, рифления, кольцевые выступы и канавки на тонкостенных изделиях и т.п. Точность резьбы 4—6-й степени, шероховатость — до 10-го класса.

Прокатка.

Обжатие прокаткой – самый распространенный процесс обработки металлов давлением. Существует много разных типов прокатных станов, но практически во всех таких установках обжатие осуществляется двумя валками, вращающимися навстречу друг другу. Валки захватывают заготовку, и из них она выходит, уменьшившись по толщине и увеличившись в длине. Возникающее при этом боковое, или поперечное, уширение в большинстве случаев незначительно.

Названия прокатного стана обычно указывают на вид производимой продукции: блюминговый, слябинговый, листопрокатный, полосовой, толстолистовой. В соответствии с температурой прокатываемого металла различают станы горячей и холодной прокатки.

Прессование.

Многие металлы и сплавы при повышенных температурах настолько пластичны, что их можно выдавливать под прессом через отверстие матрицы, как зубную пасту из тюбика. Таким методом прессования выдавливанием, или экструзии, можно изготавливать изделия сложного поперечного сечения. Экструзией получают, например, прутки, трубы, фасонные изделия, покрывают свинцовой оболочкой кабель.

Прессованием без истечения осуществляют, в частности, операции глубокой вытяжки – превращения плоской заготовки в гильзу.

Прошивка.

Операция прошивки применяется при изготовлении бесшовных труб из литых цилиндрических заготовок и экструдированных прутков. Нагретая заготовка захватывается двумя косыми (коническими) валками прошивного стана, вращающимися навстречу друг другу, и надвигается в процессе поперечно-винтовой (геликоидальной) прокатки на оправку, закрепленную посередине между валками.. Прошивке поддаются далеко не все металлы и сплавы, но сталь, медь и некоторые сплавы на основе меди достаточно пластичны для такой обработки, требующей очень большой деформации.

Волочение.

Прутки и проволока. Диаметр прутка, полученного экструзией или прокаткой, можно уменьшить, протянув его сквозь отверстие волочильной доски (волóки, или матрицы). Протягиванием через ряд волок с последовательно уменьшающимися отверстиями можно получить пруток малого диаметра. Точно так же из прутка самого малого диаметра можно получить проволоку. Обжатие проволоки, особенно очень тонкой, часто производится непрерывным протягиванием ее через ряд волок, число которых может достигать 12.

Трубы. Волочение труб обычно применяется для уменьшения наружного диаметра трубы или толщины ее стенки либо и для того и для другого. Холодное волочение обеспечивает гладкую поверхность трубы, точные размеры и улучшенные механические свойства. Такое «редуцирование» при калибровке труб осуществляется волочением через волоку с несколько уменьшенным отверстием, в центре которого закреплена оправка. Уменьшение толщины стенки трубы определяется диаметром оправки.

Выдавливание.

Выдавливанием на токарнодавильном станке формуют тонкий металл, прижимая его к вращающейся оправке. Такой метод пригоден лишь для изготовления симметричных изделий кругового поперечного сечения. Для выдавливания изделий меняющегося по оси диаметра необходимы разборные оправки, допускающие съем готового изделия.

Ковочные машины, группа машин дляобработки металлов давлением— ковкой и штампованием. Основные виды ковочных машин: горизонтально-, вертикально- и ротационно-ковочные машины, ковочные вальцы.

Горизонтально-ковочные машины(движение рабочего органа горизонтальное) предназначены для горячегобезоблойного штампованиязаготовок из прутка. Рабочий орган жестко связан с кривошипным механизмом, движение вспомогательных органов осуществляется рычажно-кулачковым механизмом. В отличие от горизонтально-ковочных машин и др. кривошипных машин, приводной вал вертикально- и ротационно-ковочных машин не связан жестко с ползуном, на котором укреплен рабочий инструмент. Вертикально-ковочные машины (рабочий инструмент перемещается вертикально) предназначены для получения мелких поковок — заготовок ножей, крючков, зубил (с нагревом их один раз) и более крупных изделий — заготовок ходовых винтов, топоров и др. с неоднократным нагревом их в процессе обработки. На этих машинах осуществляют основные операции ковки: протяжку, обжимку, обкатку и др. — последовательно. Особенностью конструкции вертикально-ковочных машин является передача вращения от эксцентрикового вала ползуну через промежуточную деталь — мотыль. Ползун постоянно прижат к мотылю пружинами, усилие которых преодолевается при рабочем ходе и под действием которых ползун возвращается в исходное положение после завершения рабочего хода. Машины могут иметь до 6 ползунов и производить 800 ударов вминуту.Ротационно-ковочные машины (рабочий орган совершает вращение вместе с инструментом) предназначены для обжимки ивытяжкиизделий, имеющих обычно форму тел вращения.Промежуточной деталью, передающей движение от приводного вала ползуну, является цилиндрическая обойма, по наружной окружности которой расположены ролики, а внутри — шпиндель с радиальными пазами. Ползуны со штампами находятся в пазах шпинделя. Ротационные ковочные машины могут быть двух типов: с неподвижной обоймой и вращающимся шпинделем и с неподвижным шпинделем и вращающейся обоймой. Машины с 10 роликами при частоте вращения шпинделя или обоймы 500об/минмогут производить до 2500 ударов в минуту (кривошипный пресс-автомат производит до 700 ходов в минуту).Ковочные вальцызанимают промежуточное положение между кузнечными машинами и прокатными станами и позволяют повысить производительность в 10 раз по сравнению со штамповочными кузнечными машинами.

Широко распространены горизонтально-ковочные машины, как наиболее производительные и универсальные, позволяющие изготовлять разнообразные поковки сложной конфигурации с высокой точностью размеров и чистотой поверхности.

Прокатный стан, машина для обработки давлением металла и др. материалов между вращающимися валками, т. е. для осуществления процессапрокатки, в более широком значении — автоматическая система или линия машин (агрегат), выполняющая не только прокатку, но и вспомогательные операции: транспортирование исходной заготовки со склада к нагревательным печам и к валкам стана, передачу прокатываемого материала от одного калибра к другому, кантовку, транспортирование металла после прокатки, резку на части, маркировку или клеймение, правку, упаковку, передачу на склад готовой продукции и др.

Валки прокатные, рабочий орган (инструмент)прокатного стана. Валки прокатные выполняется основная операция прокатки — деформация (обжатие) металла для придания ему требуемых размеров и формы. Валки прокатные состоят из трёх элементов: бочки, двух шеек (цапф), приводного конца валка ("трефа"). Валки прокатные делятся на листовые и сортовые. Листовые применяют для прокатки листов, полос и ленты; бочка у этих валков цилиндрическая либо слегка выпуклая или вогнутая; такие валки называют также гладкими. Сортовые служат для прокатки фасонного (сортового) металла (круглого и квадратного сечения, рельсов, двутавровых балок и др.); на поверхности бочки этих Валки прокатные делают углубления, соответствующие профилю прокатываемого металла. Эти углубления называют ручьями (ручьи двух валок образуют калибры), а валки прокатные — ручьевыми (калиброванными).

Пресс-форма, устройство для получения объёмных заготовок (изделий) из металла, пластмасс, резины, выплавляемых масс на основе парафина и стеарина, керамических и др. материалов под действием на них давления, создаваемого на литейных машинах или прессах. Пресс-форму применяют прилитье под давлениемметаллов и полимерных материалов,литье по выплавляемым моделям,прессовании полимерных материалов. Различают пресс-формы ручные, полуавтоматические и автоматические; съемные, полусъемные и стационарные; с горизонтальной и вертикальной плоскостями разъёма. В пресс-форме может быть одна или несколько оформляющих (формующих) полостей, которые являются обратным (негативным) отпечатком внешней поверхности заготовки. При прессовании полых изделий их внутренние полости формуются пуансонами (стержнями).

Нагревательные устройства.Нагревательные печи служат для нагрева заготовок под обработку давлением. В них теплота к заготовке поступает из окружающего ее нагретого рабочего пространства печи. Нагревательные печи классифицируются по следующим признакам: 1)источнику энергии; 2)назначению; 3)принципу действия.