- •Технологические процессы в машиностроении
- •Раздел 1. Производственный процесс изготовления машины.
- •Глава 1. Теоретические основы технологии
- •Глава 2. Конструкционные материалы, применяемые в машиностроении
- •Лекция 7. Неметаллические материалы. Композиционные материалы. Полимеры. Области применения различных материалов
- •Лекция 8. Основы термической обработки
- •Раздел 2. Структура и продукция металлургического и литейного производства
- •Глава 3. Металлургия металлов
- •Лекция 9. Производство чугуна. Производство стали
- •Лекция 10. Особенности производства цветных металлов
- •Глава 4. Технологические процессы литья Лекция 11. Основы литейного производства. Классификация литых заготовок. Способы литья
- •Раздел 3. Технологические процессы обработки пластическим де- формированием
- •Глава 5. Основы теории обработки металлов давлением (омд)
- •Лекция 12. Сущность и основные способы обработки металлов давлением
- •Лекция 13. Нагрев металла и нагревательные устройства
- •Лекция 14. Технологические операции обработки металлов давлением
- •Раздел 4. Сварка, пайка, склеивание материалов
- •Глава 6. Сварочное производство
- •Глава 7. Пайка материалов
- •Глава 8. Клеевые соединения
- •Раздел 5. Технологические процессы обработки резанием
- •Глава 9. Основы технологии формообразования поверхностей деталей
- •Часть 8 направляет развертку в отверстии и обеспечивает необходимую точ-
- •Глава 10. Отделочная обработка поверхностей
- •Раздел 6. Производство деталей из неметаллических материалов и металли-
- •Глава 11. Способы изготовления композиционных материалов
- •Раздел 7. Технологические процессы сборки
- •Глава 12.Особенности технологического процесса сборки
Раздел 3. Технологические процессы обработки пластическим де- формированием
Глава 5. Основы теории обработки металлов давлением (омд)
Лекция 12. Сущность и основные способы обработки металлов давлением
Обработкой металлов давлением называется механическая обработка, за-
ключающаяся в пластическом деформировании или разделении материала без
снятия стружки.
В процессе пластического деформирования изменяется структура метал-
ла и повышаются его механические свойства, поэтому наиболее тяжелонагру-
женные детали получают обработкой давлением. В нашей стране примерно
90% всей выплавляемой стали и около половины цветных сплавов подвергают
обработке давлением. Такие изделия, как автомобили, танк, самолет содержат
по массе от 60 до 80% штампованных и кованых деталей.
По физической сущности обработка металлов давлением является процес-
сом пластической деформации. Пластическая деформация монокристалла
происходит либо путем сдвига (скольжения), либо путем двойникования.
Механизм пластической деформации поликристаллов значительно слож-
нее. Это объясняется тем, что в поликристаллах зерна отличаются между со-
бой по форме и размерам, обладают неодинаковыми физико-механическими
свойствами и различно ориентированы плоскостями и направлениями сдвига
по отношению к деформирующей нагрузке.
Различают два вида деформации поликристаллических тел:
• внутрикристаллитную – по зерну;
• межкристаллитную – по границам зерен.
Первая, так же как и в отдельном монокристалле, протекает путем сдви-
га и двойникования, вторая – путем поворота и перемещения одних зерен от-
носительно других. Оба вида деформации протекают в поликристаллических
телах одновременно (рис.19).
Рис. 19. Схема развития пластической деформации в поликристалле
Поскольку в поликристалле зерна имеют различную ориентацию плоско-
стей сдвига, пластическая деформация начинается под действием внешних
сил не во всех зернах одновременно. Вначале деформируются наиболее бла-
гоприятно ориентированные зерна, то есть те зерна, плоскости сдвига которых
расположены относительно направления усилия под углом 45°
(рис. 19 а, зерна 1, 2, 3, 4). Вместе с тем плоскости скольжения будут повора-
чиваться в сторону уменьшения угла и потребуется большее значение нагруз-
ки, чтобы продолжался процесс сдвига по тем же плоскостям. Остальные зер-
на поворачиваются в результате возникновения моментов сил плоскостями
сдвига на угол 45° к оси прилагаемой нагрузки. После поворота осуществля-
ется их деформирование (рис. 19 б).
В результате пластической деформации происходит изменение формы зе-
рен. Зерна вытягиваются в направлении деформации и приобретают волокни-
стое строение с текстурой одинаковой ориентировки кристаллических реше-
ток. Пластическая деформация металла происходит как при холодной обра-
ботке давлением, так и при горячей.
С увеличением внешней силы Р происходит последовательное смещение
частиц зерна. Кроме сдвига частиц зерна происходит и поворот смещенных 89
частей зерна в направлении уменьшения угла между плоскостью скольжения и
направлением силы Р. Этот поворот объясняется тем, что свободному смеще-
нию частей зерна препятствуют соседние зерна. В результате сдвигов и пово-
ротов плоскостей скольжения зерно постепенно вытягивается в направлении
силы Р и металл приобретает волокнистое строение (рис.19 в) с анизотропией
свойств.
При холодной ОМД металл интенсивно упрочняется (наклепывается) и
теряет пластичность. При необходимости продолжить обработку давлением за-
готовку подвергают отжигу. Изделия, полученные холодной деформацией, от-
личаются высокими прочностными свойствами (благодаря наклепу), точными
размерами и гладкой поверхностью, но так можно обрабатывать только весьма
пластичные материалы. Холодная ОМД применяется обычно при прокатке тон-
кого листа, при волочении, при штамповке.
Горячая ОМД осуществляется при температурах, превышающих темпе-
ратуру рекристаллизации. При этом деформационное упрочнение (наклеп) пол-
ностью снимается, металл получает равноосную структуру, причем волокни-
стое строение сохраняется. Чем сильнее нагрет металл, тем выше его пластич-
ность и ниже сопротивление деформированию (в 10 – 15 раз для углеродистой
стали). Однако нельзя допускать пережога (окисления по границам зерен), ко-
торый наблюдается вблизи линии солидуса.
Существенное влияние на пластичность и сопротивление деформирова-
нию оказывает схема напряжений. Практикой ОМД установлено, что в усло-
виях, отвечающих одноименным схемам со сжимающими напряжениями, пла-
стичность металла всегда выше, чем при одноименных схемах с растягиваю-
щими напряжениями. Академик Губкин С. И. писал: «Чем меньшую роль в
схеме главных напряжений играют растягивающие напряжения и чем большую
– сжимающие, тем большую способность к пластической деформации проявля-
ет металл». Например, прессованием, характеризующимся схемой всесторонне-
го неравномерного сжатия, можно обрабатывать даже малопластичные мате-
риалы, а волочением (два сжимающих и одно растягивающее напряжение) –
только очень пластичные металлы.
На процесс ОМД большое влияние оказывает также контактное трение,
то есть трение на контакте инструмента и заготовки. Как правило, контактное
трение является вредным явлением. Потери энергии на преодоление сил трения
могут достигать 30 – 50 % и более. Для снижения коэффициента трения и об-
легчения условий деформации применяют различные смазки и инструмент с
полированной поверхностью. Однако в отдельных случаях, например, при про-
катке, трение является полезным фактором, поэтому там, наоборот, создают ус-
ловия для повышения трения.
Основными способами ОМД являются: прокатка, волочение, ковка, объ-
емная штамповка (ковка в штампах), листовая штамповка, а также некоторые
специальные процессы, например, отделочная и упрочняющая обработка пла-
стическим деформированием.