Особенности и основные виды обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением, или ОМД, входит в число наиболее востребованных способов изготовления металлических изделий. Посредством силового воздействия мастер меняет форму заготовки, не разрушая ее, сохраняя целостность и общий объем материала. В статье рассмотрим, в чем сущность обработки металлов давлением и ее виды.

Специальный инструмент дает однократную или многократную ударную нагрузку на материал, в результате чего он обретает нужную форму.

Пластичность черных и цветных металлов позволяет менять конфигурацию изделия практически без отхода, что значительно повышает производительность труда и снижает затраты на производство.

К преимуществам обработки металлов давлением относят и возможность выпуска продукции с улучшенными свойствами. Пластическое деформирование материала приводит к изменению его физического состояния и химических процессов внутри, повышая прочность, жесткость и износостойкость готового образца.

Поэтому с помощью ОМД создают множество изделий, начиная с проволоки и металлических листов, заканчивая сложными деталями для автомобильной промышленности, авиа- и судостроения, производства сложного оборудования и прочих отраслей.

Металлообработку условно делят на две группы в зависимости от готовой продукции:

1. Изготовление изделий, отличающихся постоянной величиной поперечного сечения, например, проволоки, проводов, кабелей, листовых заготовок.
   
   
2. Производство образцов, которые по форме максимально совпадают с готовой деталью.
   
   

Волочение, прокатка и прессование входят в первую группу. Ко второй относят штамповку и ковку.

Горячий метод связан с высокой температурой — заготовку предварительно нагревают до отметки, значительно превышающей предельную отметку рекристаллизации.

Такая обработка позволяет снизить сопротивляемость материала ударной нагрузке и ускорить процесс создания изделия. Однако здесь физико-химические свойства металла практически не меняются, поэтому существенного упрочнения в результате воздействия не происходит.

Иная ситуация с холодной методикой. Производимая при комнатной температуре или на отметке ниже рекристаллизации, она способна усилить готовое изделие, повышая твердость, прочность и устойчивость материала к износу.

Холодное воздействие подходит не каждому сплаву — ее используют в работе только с пластичными металлами, например, низкоуглеродистой сталью, медными сплавами или алюминиевой бронзой. Более хрупким образцам подойдет горячий метод.

В случае горячей обработки, где после нагрева температура постепенно снижается, важную роль играет температурный интервал, который рассчитывают с учетом верхней и нижней границ ОМД.

Подбирая представленные показатели, необходимо снизить риск возникновения перегрева и сильного окисления материала от высоких температур, а также знать отметку, при которой происходит мгновенная рекристаллизация металла.

Для верного определения температурного интервала изучают диаграмму состояния сплава. Здесь отражены его структурные и фазовые превращения, опираясь на которые можно предугадать, каким образом металл будет меняться под тепловым воздействием.

Также стоит учитывать режим нагрева и охлаждения: например, если слишком быстро снизить температуру изделия, на его поверхности могут образоваться трещины. Чтобы не ошибиться, опираются на физико-химические свойства сплава и габариты готового изделия: чем больше деталь, тем дольше она должна охлаждаться.

Быстрее температура снижается на открытом воздухе, в печи и герметичных боксах, заполненных песком или золой — медленнее.

Изделия изготавливают прокаткой, волочением, прессованием, ковкой, штамповкой или с помощью их комбинаций. Воздействие оказывают при высоких и низких температурах.

Каждая разновидность имеет особенности, которые стоит рассмотреть более подробно.

Способ чаще всего используют при создании листовых заготовок, которые впоследствии подвергают дальнейшей металлообработке.

В процессе задействуют прокатную машину, оснащенную специальными валками, которые крутятся в противоположных направлениях. Заготовку пропускают между ними, делая ее тоньше и длиннее.

С его помощью создают проволоку. Волочение протекает в несколько этапов. Заготовку протягивают через несколько специальных отверстий, диаметр которых постепенно уменьшается до достижения нужной величины. В результате волочения изделие сужается, а его длина — увеличивается.

С помощью прессования изготавливают металлические прутки, профили сложного сечения и трубы различной толщины и диаметра. Станок оснащен специальной матрицей с отверстием, через которое заготовка выдавливается под действием мощного пресса.

Производство изделий предполагает серию поступательных ударов по металлу. Здесь используют универсальный инструмент, например, молот,которым добиваются нужной формы образца.

Классическую ковку выполняют горячим способом — деформации подвергают предварительно разогретую заготовку. Однако если свойства сплава позволяют производить ковку без нагрева, ее могут выполнять и холодным методом.

Штамповочный станок состоит из двух частей:

• давильного инструмента,
  
  
• штампа, или полости, имеющей форму, точно копирующую конфигурацию готовой детали.
  
  

Посредством удара материал заполняет подготовленную нишу и обретает нужный вид.

Существует два типа штамповки: объемная и листовая.

В первом случае используют простую объемную заготовку, которая меняет форму за счет перераспределения металла между инструментами станка.

Для второго способа применяют металлический лист и в результате его деформации получают изделие с тонкими стенками.

Ударная нагрузка сопряжена с вероятностью возникновения ряда дефектов, в числе которых:

• мелкие трещины и разрывы на поверхности изделия — из-за напряжений в металле;
  
  
• сколы — при проведении холодной штамповки сплавов с низкой пластичностью;
  
  
• риски, или неглубокие царапинки, — после прессования или прокатки по причине изношенности матрицы или наличия мелких частиц на валках;
  
  
• волосовины — вследствие деформации неметаллических включений или присутствия пузырьков воздуха в металле;
  
  
• закаты, по форме напоминающие заусенцы, — от избытка металла на валках;
  
  
• плены — прокатанные брызги лишней стали, которые имеют вид отслаивающейся пленки на поверхности изделия;
  
  
• расслоения — из-за присутствия в заготовке усадочных раковин, или полостей, воздействуя на которые можно нарушить сплошность металла;
  
  
• флокены — ввиду высокого содержания водорода в стали, из-за которого образуются внутренние трещины после применения давления;
  
  
• зажимы — заковывание складок, сформированных чрезмерно сильным воздействием на образец или неправильной его фиксацией на штамповочном оборудовании;
  
  
• вмятины — в результате неаккуратного проведения ковки, где инструмент воздействует на области, не нуждающиеся в проработке;
  
  
• окалины — по завершении горячей ОМД, где после накаливания и остывания материала на его поверхности образуется окисел сине-черного цвета.
  
  

Многие дефекты можно устранить, например, мелкие царапины и сколы, незначительные вмятины, окалины и прочие малозаметные недостатки.

Однако если после обработки появились серьезные повреждения — крупные трещины, расслоения, флокены, зажимы или плены больших размеров — готовое изделие признают бракованным и отправляют в утиль.

Ввиду высокой результативности с одновременным снижением затрат на производство обработку металлов давлением применяют для изготовления множества деталей. Однако ОМД требует профессионализма мастеров и отлаженной работы оборудования, чтобы минимизировать риск появления дефектов и по итогу получить надежное и долговечное изделие.