Тема 1.2. Обработка материалов давлением (ОМД)

Обработка металлов давлением основана на пластичности металлов, т. е. на их способности изменять свою форму без разрушения под действием приложенных сил. Поэтому обработка давлением применима лишь к металлам, обладающим достаточной пластичностью, и не применима к хрупким металлам.

Из технических металлов наибольшей пластичностью обладает свинец. Он легко деформируется под давлением при комнатной температуре. Олово, алюминий, медь, цинк и железо также могут быть обработаны давлением без нагрева. Пластичность стали и других металлов и сплавов в холодном состоянии недостаточна; при нагреве до некоторых температур их пластичность повышается и способность к деформации возрастает. Некоторые металлы и сплавы (например, марганец, белый и серый чугун и др.) не при­обретают пластичности и при нагреве; они остаются хрупкими вплоть до расплавления. Такие металлы не могут обрабатываться давлением. Для получения изделий металлы обрабатывают давлением различными способами: прокаткой, волочением, прессованием, ковкой и штамповкой.

При прокатке металл обжимают между двумя вращающимися валками прокатного стана (рис. 1.2.1,а), в результате чего толщина заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличиваются. Прокаткой изготовляют профили круглой и квадратной формы, рельсы, балки, швеллеры, листы, а также другие виды проката.

Волочением называют процесс протягивания прутка или проволоки через отверстие в волоке (матрице), размеры поперечного сечения которого меньше размеров исходной заготовки (рис. 1.2.1,6). Волочение проводят на волочильных станах и используют для получения тонкой и тончайшей проволоки, калибрования прутков и труб круглого и фасонного сечения из стали и цветных металлов.

В процессе прессования металл выдавливают через круглое или фасонное очко в матрице (рис. 1.2.1,в), форма и размеры которого определяют форму и сечение прессуемого изделия — прутков, труб и фасонных профилей из цветных металлов и их сплавов, а также сталей. Прессование производят на гидравлических или механических прессах.

Ковкаметалла заключается в обжатии заготовки между верхним и нижним бойками (рис. 1.2.1,г) с применением разнообразного кузнечного инструмента. Свободной ковкой получают поковки различных размеров простой и сложной формы (валы, шатуны, шестерни и т. д.) на молотах или прессах.

Штамповкой называют процесс деформации металла в штампах. Различают объемную и листовую штамповку.

При объемной штамповке (рис. 1.2.1,д) предварительно нагретую за­готовку деформируют в замкнутой полости штампа, форма и размеры которой определяют форму и размеры получаемой поковки. Горячая объемная штамповка производится на молотах, прессах или горизонтально-ковочных машинах.

Листовая штамповка (рис. 1.2.1,е) состоит в деформации в холодном состоянии листовой исходной заготовки в штампе, имеющем матрицы с прижимным кольцом и пуансон. Этот вид штамповки проводят на специальных штамповочных прессах.

Исходными материалами для обработки металлов давлением являются слитки или заготовки, различные по размерам сечения и массе. В прокатном производстве применяют обычно стальные слитки массой 3—8 т. Большие слитки (до 300 т) используют на машиностроительных заводах для получения специальных поковок. Слитки цветных металлов обычно имеют массу 50—1000 кг.

Для разных способов обработки металлов давлением характерны различные схемы напряженного и деформированного состояния. Так, объемная схема с тремя главными напряжениями сжатия имеет место при прокатке, свободной ковке, объемной штамповке и прессовании; объемная схема с двумя главными напряжениями сжатия и одним главным напряжением растяжения — при волочении и листовой штамповке. Схема с одной главной деформацией сжатия и двумя деформациями растяжения имеет место при прокатке узкой полосы на гладкой бочке, прокатке в калибрах, свободной ковке, объемной штамповке; схема с одной главной деформацией сжатия и одной растяжения — при прокатке широкой полосы на гладких валках, прокатке с натяжением, листовой штамповке; наконец, схема с двумя главными деформациями сжатия йодной растяжения — при волочении и прессовании.

Обработка металлов давлением существенно изменяет структуру и свойства металла, так как при этом изменяются размеры и форма зерен. Деформация зерен металла зависит от схемы деформации заготовки и некоторых других факторов.