Методы холодной обработки металлов

Обработка металлов давлением – ОМД: разновидности и особенности технологии

ОМД, или обработка металлов давлением, возможна благодаря тому, что такие материалы отличаются высокой пластичностью. В результате пластической деформации из металлической заготовки можно получить готовое изделие, форма и размеры которого соответствуют требуемым параметрам. Обработка металла давлением, которая может выполняться по различным технологиям, активно используется для выпуска продукции, применяемой в машиностроительной, авиационной, автомобилестроительной и других отраслях промышленности.

Обработка листового металла давлением на прокатном станке

Физика процесса обработки металлов давлением

Сущность обработки металлов давлением состоит в том, что их атомы такого материала при воздействии на них внешней нагрузки, величина которой превышает значение его предела упругости, могут занимать новые устойчивые положения в кристаллической решетке. Такое явление, которым сопровождается прессование металла, получило название пластической деформации. В процессе пластической деформации металла изменяются не только его механические, но и физико-химические характеристики.

В зависимости от условий, при которых происходит ОМД, она может быть холодной или горячей. Различия их состоят в следующем:

  1. Горячая обработка металла выполняется при температуре, которая выше температуры его рекристаллизации.
  2. Холодная обработка металлов, соответственно, осуществляется при температуре, находящейся ниже температуры, при которой они рекристаллизуются.

Ковка раскаленной заготовки на молоте – вид горячей обработки металла давлением

Виды обработки

Обрабатываемый давлением металл в зависимости от используемой технологии подвергается:

Основные виды обработки металла давлением

Прокатка

Прокатка – это обработка давлением заготовок из металла, в ходе которой на них воздействуют прокатные валки. Целью такой операции, для выполнения которой необходимо использование специализированного оборудования, является не только уменьшение геометрических параметров поперечного сечения металлической детали, но и придание ей требуемой конфигурации.

Виды прокатных валков

На сегодняшний день прокатку металла выполняют по трем технологиям, для практической реализации которых необходимо соответствующее оборудование.

Это прокатка, являющаяся одним из самых популярных методов обработки по данной технологии. Сущность такого способа обработки металла давлением заключается в том, что заготовка, проходящая между двумя валками, вращающимися в противоположные стороны, обжимается до толщины, соответствующей зазору между этими рабочими элементами.

По такой технологии обрабатывают давлением металлические тела вращения: шары, цилиндры и др. Выполнение обработки данного типа не предполагает, что заготовка совершает поступательное движение.

Это технология, которая представляет собой нечто промежуточное между продольной и поперечной прокаткой. С ее помощью преимущественно обрабатываются полые металлические заготовки.

Виды прокатки металла

Ковка

Такая технологическая операция, как ковка, относится к высокотемпературным методам обработки давлением. Перед началом ковки металлическую деталь подвергают нагреву, величина которого зависит от марки металла, из которого она изготовлена.

Обрабатывать металл ковкой можно по нескольким методикам, к которым относятся:

  • ковка, выполняемая на пневматическом, гидравлическом и паровоздушном оборудовании;
  • штамповка;
  • ковка, выполняемая вручную.

При машинной и ручной ковке, которую часто называют свободной, деталь, находясь в зоне обработки, ничем не ограничена и может принимать любое пространственное положение.

Ручная ковка используется в кузнечных мастерских при изготовлении небольшого количества изделий

Машины и технология обработки металлов давлением по методу штамповки предполагают, что заготовка предварительно помещается в матрицу штампа, которая препятствует ее свободному перемещению. В результате деталь принимает именно ту форму, которую имеет полость матрицы штампа.

К ковке, относящейся к основным видам обработки металлов давлением, обращаются преимущественно в единичном и мелкосерийном производстве. Разогретую деталь при выполнении такой операции располагают между ударными частями молота, которые называются бойками. При этом роль подкладных инструментов могут играть:

  • обычный топор:
  • обжимки различных типов;
  • раскатка.
Читайте также:  Сфера применения драгоценных металлов

Прессование

При выполнении такой технологической операции, как прессование, металл вытесняется из полости матрицы через специальное отверстие в ней. При этом усилие, которое необходимо для осуществления такого выдавливания, создается мощным прессом. Прессованию преимущественно подвергают детали, которые изготовлены из металлов, отличающихся высокой хрупкостью. Методом прессования получают изделия с полым или сплошным профилем из сплавов на основе титана, меди, алюминия и магния.

Прессование в зависимости от материала изготовления обрабатываемого изделия может выполняться в холодном или горячем состоянии. Предварительному нагреву перед прессованием не подвергают детали, которые изготовлены из пластичных металлов, таких как чистый алюминий, олово, медь и др. Соответственно, более хрупкие металлы, в химическом составе которых содержится никель, титан и др., подвергаются прессованию только после предварительного нагрева как самой заготовки, так и используемого инструмента.

Установка холодного прессования изделий из листового металла

Прессование, которое может выполняться на оборудовании со сменной матрицей, позволяет изготавливать металлические детали различной формы и размеров. Это могут быть изделия с наружными или внутренними ребрами жесткости, с постоянным или разным в различных частях детали профилем.

Волочение

Основным инструментом, при помощи которого выполняется такая технологическая операция, как волочение, является фильера, называемая также волокой. В процессе волочения круглая или фасонная металлическая заготовка протягивается через отверстие в фильере, в результате чего и формируется изделие с требуемым профилем поперечного сечения. Наиболее ярким примером использования такой технологии является процесс производства проволоки, который предполагает, что заготовка большого диаметра последовательно протягивается через целый ряд фильер, в итоге превращаясь в проволоку требуемого диаметра.

Технологические процессы получения проволоки методом волочения

Классифицируется волочение по целому ряду параметров. Так, оно может быть:

  • сухим (если выполняется с применением мыльной стружки);
  • мокрым (если для его выполнения используется мыльная эмульсия).

По степени чистоты формируемой поверхности волочение может быть:

Линия волочения медной проволоки

По кратности переходов волочение бывает:

  • однократным, выполняемым за один проход;
  • многократным, выполняемым за несколько проходов, в результате которых размеры поперечного сечения обрабатываемой заготовки уменьшается постепенно.

По температурному режиму этот вид обработки металла давлением может быть:

Объемная штамповка

Сущность такого способа обработки металла давлением, как объемная штамповка, состоит в том, что получение изделия требуемой конфигурации осуществляется при помощи штампа. Внутренняя полость, которая сформирована конструктивными элементами штампа, ограничивает течение металла в ненужном направлении.

В зависимости от конструктивного исполнения штампы могут быть открытыми и закрытыми. В открытых штампах, применение которых позволяет не придерживаться точного веса обрабатываемой заготовки, предусмотрен специальный зазор между их подвижными частями, в который может выдавливаться избыток металла. Между тем использование штампов открытого типа вынуждает специалистов заниматься удалением облоя, образующегося по контуру готового изделия в процессе его формирования.

Особенностью горячей штамповки металла является воздействие высокой температуры, вследствие чего заготовка деформируется, принимая форму штампа

Между конструктивными элементами штампов закрытого типа такой зазор отсутствует, и формирование готового изделия происходит в замкнутом пространстве. Для того чтобы обрабатывать металлическую заготовку при помощи такого штампа, ее вес и объем должны быть точно рассчитаны.

Листовая штамповка

При помощи листовой штамповки готовые изделия получают из листового металла. В зависимости от того, какого результата необходимо добиться в процессе выполнения такой технологической операции, различают штамповку:

  1. разделительную (отрезка, вырубка и пробивка);
  2. формообразующую (гибка, вытяжка, раздача, отбортовка, чеканка и др.).

Для выполнения листовой штамповки используют гидравлические или кривошипно-шатунные прессы, рабочими органами которых являются штампы, состоящие из матрицы и пунсона.

Примеры изделий, изготовленных методом листовой штамповки

Качество готового изделия, которое обеспечивает листовая штамповка, позволяет не подвергать его последующей механической обработке. Для того чтобы обеспечить это качество, матрица и пунсон должны быть хорошо разработаны и изготовлены с высокой степенью точности.

Листовая штамповка – это одна из наиболее распространенных методик ОМД, которая активно применяется почти во всех отраслях промышленности. По такой технологии, в частности, производят как мельчайшие детали радиоэлектронных устройств, так и массивные кузова автотранспортных средств.

Получить более полное представление о способах обработки металла давлением, позволяет видео, демонстрирующее их в мельчайших подробностях.

Источник

Читайте также:  Рубка металла изготовление детали

Холодная и горячая обработка металлов давлением

Различают упругую и неупругую деформацию вещества. В отношении деформации металлов применяют неупругую пластическую обработку давлением. Одним из передовых способов является холодная и горячая обработка металлов давлением. На нашей выставке данному вопросу посвящены некоторые семинары.

Теория процессов холодной и горячей обработки металлов давлением

Возможность обработки металлов с последующим сохранением их сплошной поверхности, но изменением формы основана на способности металлов при воздействии определенных внешних сил пластически деформироваться.

Главное, что необходимая форма вещества сохраняется и после того, как внешние силы прекратили воздействовать. На молекулярном уровне это объясняется тем, что во время пластической деформации атомы смещаются на расстояние больше межатомного и впоследствии остаются на новом месте, изменяя общее равновесие.

Начать переходить в новое положение равновесия атомы смогут лишь при определенной величине напряжения. Она достигается различными примесями, зернами поликристалла и наличием кристаллической решетки.

Пластическая деформация частично включает упругую деформацию. Когда заканчивается разгрузка, вступает в силу пластическая составляющая.

Атомы перемещаются в параллельные плоскости на равные расстояния. При этом переход не нарушает сплошной поверхности металла. Наличие дислокации кристаллической решетки в большинстве металлов облегчает процесс скольжения атомов.

Важно изначально определить прилагаемую силу механического воздействия на металл, напряжение и свойство самого металла или сплава.

Количественное и качественное соотношение этих факторов говорит о том, возможна ли холодная и горячая обработка металлов давлением для деформации или произойдет разрушение структуры изначального вещества. Величина напряжения отличается для каждого вида операции. Отсюда для каждого металла, температуры и скорости операции определена своя предельная деформация.

Обработка металла давлением, в отличие от резки, позволяет сохранить большее количество металла, а также повышает производительность труда. Металл приобретает новые качества: прочность, стойкость и жесткость.

Ученые выделили два закона обработки металла давлением:

  • Закон наименьшего сопротивления – состоит в том, что атомы металла всегда смещаются в сторону наименьшего сопротивления.
  • Закон постоянства объемов – состоит в одинаковости объема вещества до и после деформации.

Чем отличаются горячая и холодная обработка металлов давлением?

Особенности горячей обработки металла давлением

Давление при температуре, которая значительно превышает температуру рекристаллизации, называется горячей обработкой.

Исходное вещество нагревают до определенной температуры, которая уменьшает сопротивление металлов и сплавов и повышает их пластичность.

С температурой нужно быть осторожным. Слишком высокая может просто сжечь металл.

Особенности холодной обработки металла давлением

Обработка металлов при температуре, которая ниже температуры рекристаллизации, это холодная обработка.

Холодная штамповка металлов обеспечивает высокую сохранность поверхности металла и первоначального размера вещества. Она не требует предварительного разогрева сплава и предотвращает появление окисленной пленки на поверхности детали.

Выделяют следующие виды холодной штамповки:

  1. Штамповка в открытых и закрытых штампах. В полости штампа закладываются металлические заготовки. Для повышения пластичности деталь подвергают рекристаллизационному обжигу. Деформация в закрытых штампах применяется преимущественно для цветных металлов. Высокая затратоемкость данного метода сделала его возможным только для серийного производства.
  2. Выдавливание. Металлическое вещество помещается в плоскость, из которой ее выдавливают в специальные отверстия (пуансон и матрица) гидравлического пресса. Металл вытекает на дно матрицы и движется параллельно с движением частиц в пуансоне. При обратном выдавливании направление течения металла изменяется на противоположное. Преимуществом данного способа является получение достаточно высокой деформации вещества без нарушения его структуры.
  3. Высадка. Происходит путем укорачивания заготовки в длину с увеличением поперечных размеров. Способ применим как для черных, так и для цветных металлов. Обеспечивает веществу высокоточные размеры и сплошную поверхность, как, впрочем, и большинство способ холодной обработки металлов давлением.

На нашей выставке «Металлообработка» вы сможете ознакомиться со всеми описанными способами обработки металлов давлением более детально.

Источник

Холодная обработка металлов

Обработка металлов может быть холодной или горячей. У каждого из этих способов есть свои преимущества и недостатки, технологические особенности и специальные методики.

Читайте также:  Дрель 1450вт rebir ie 1305 16 1450r ключевой дерево 65мм металл 23мм 650об мин

Поскольку разные металлы имеют разные физические и механические свойства, для них выбираются различные методы обработки.

Наиболее экономный способ изготовления деталей и их заготовок – пластическая деформация. При таком воздействии давлением меняются физические и химические показатели готовых изделий, им придается необходимая форма и размер без нарушения целостности материала.

Холодная обработка металлов давлением часто используется в промышленных масштабах и на частных кузницах, поскольку она помогает быстро, без затрат энергии создавать самые различные продукты.

История холодной штамповки как технологии обработки металла

Известно, что человек нашел для себя такое полезное и многофункциональное ископаемое, как металл, еще в древние времена. Именно с того времени он и научился обрабатывать слитки, изготавливать из них оружие, предметы быта, украшения и другие полезные предметы.

В Древней Руси холодная обработка металлов методом штамповки была известна с конца первого тысячелетия, тогда мастера использовали технологию для производства посуды.

Принцип изготовления деталей и изделий заключается в том, что на лист железа механически воздействует штамп, после прессования получается готовый продукт.

Стоит отметить, что и древние, и современные изделия, изготовленные методом штамповки, отличаются высоким качеством.

Какие металлы поддаются холодной обработке

Поскольку холодная обработка металлов – это процесс, в ходе которого изменяется форма и размер заготовок и изделий при комнатной температуре, или температуре, которая не приводит к рекристаллизации, есть только определенные виды материалов, которые ей поддаются.

Степень подогрева металла зависит от его пластичности.

Холодной обработке поддаются такие металлы:

  • Низкоуглеродистая сталь;
  • Латунь;
  • Бронза;
  • Медь;
  • Алюминиевая бронза;
  • Аустенитные и ферритные нержавеющие стали;
  • Сплавы, изготовленные на основе никеля;
  • Нелегированный алюминий и некоторые его сплавы.

Процессы холодной обработки металла

Обрабатывать металлы при комнатной температуре или температуре, ниже температуры рекристаллизации можно несколькими способами.

Деформирование материалов срезом или сдвигом, например, вырубка, перфорирование, обрезка и подобные действия можно проводить с деталями, которые не нагреваются до высоких температур.

Волочение, чеканка, правка растяжение также допустимы для металлов, находящихся в холодном или слегка нагретом состоянии.

Обработка давлением, которая включает в себя клепку, штамповку, холодную прокатку, холодную ковку, накатку резьбы и насечки, является наиболее популярным методом холодной обработки, так же, как и гибка различных деталей и их частей.

Холодная обработка обладает такими преимуществами:

  • Повышается предел прочность и предел эластичность металла;
  • Повышается твердость, но в то же время, и понижается пластичность;
  • Повышается качество поверхности и допуски на размеры;
  • Альтернатива для повышения твердости металлов, которые не поддаются термической обработке.

Недостатки холодной обработки:

  • Только определенные материалы с высокой пластичностью поддаются такой обработке;
  • Возникновение остаточного напряжения в материалах, повышение их хрупкости, для восстановления пластичности проводят отжиг;
  • Искажение и фрагментация зернистой структуры металла, устранить которую можно термической обработкой;
  • Сложность обработки больших деталей.

Как проводят холодную обработку металла

Работа с металлом всегда считалась прерогативой сильных и ловких мужчин-кузнецов, о которых ходили легенды и пересказы. Однако в наше время все изменилось, холодная обработка металлов, как и горячая, все чаще осуществляется специальными автоматизированными или автоматическими машинами.

Современные производства, которые хотят выпускать продукцию высокого качества, давно отказались от ручного труда, поскольку он малопроизводительный, кроме того, на выходе могут получиться бракованные изделия, исправить которые невозможно.

Специальные машины с программным обеспечением четко и слаженно выполняют все заданные им функции, контролирует их диспетчер, чье участие в процессе минимальное. Такие агрегаты позволяют налаживать серийное и массовое изготовление изделий из металла.

Где узнать о последних инновациях в сфере холодной обработки металла

В ЦВК Экспоцентр будет проходить специализированная международная выставка «Металлообработка», на которой можно узнать, какими инновационными методами производится холодная обработка металлов на ведущих отечественных и зарубежных предприятиях.

Экспоненты представят оборудование, инструменты и станки для работы с разными металлами, в том числе продемонстрируют технологии холодной обработки металла, а также поделятся своими последними достижениями в этой сфере и планами на будущее.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector