Классификация основных видов ОМД

Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяются на два вида.

1) Для получения заготовок постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), используемых для последующих операций ОМД, или обработки металлов резанием. Основными разновидностями таких процессов является прокатка, прессование, волочение.

2) Для получения заготовок имеющих приближенную форму и размеры готовых деталей, требующих обработки металлов резанием для придания окончательных размеров и получение поверхности заданного качества. Основными разновидностями таких процессов является ковка и штамповка.

Прокатка

Прокатка– наиболее распространенный вид ОМД, заключающийся в деформировании холодного или разогретого металла во вращающихся валках.

Продольная прокатка – заготовка 2 силами трения Р_тр втягивается между валками 1, вращающимися в разные сторон, а силы Р, нормальные к поверхности валков, уменьшают ее поперечные размеры. Почти 90% всего проката производится данным видом ОМД, в том числе весь листовой и профильный прокат. Выделяют три основных вида прокатки (рис. 5.2.).

Поперечная прокатка – валки 1 вращаясь в одном направлении, придают вращение заготовке 2, которая перемещаясь вдоль оси валков, деформируются.

а б в

Рис.5.2. Схема основных видов прокатки:

а – продольная; б – поперечная; в – поперечно-винтовая;

1 – валки; 2 – заготовка; 3 – оправка.

Поперечно-винтовая прокатка – валки 1 расположены под углом и сообщают заготовке 2 при ее деформировании вращательно-поступательное движение.

Одной из основных характеристик деформации при прокатке является коэффициент вытяжки μ, равный отношению полученной длины L к первоначальной L_o, или отношению первоначальной площади поперечного сечения F_o к полученной F.

μ = L / L_o= F_o / F.

Величина коэффициента вытяжки за один проход составляет 1,1 ÷ 1,6.

Технологические процессы прокатки обычно автоматизированы и состоят из двух стадий:

- прокатка слитка в полупродукт (блюмов, слябов и заготовок);

- прокатка полупродукта в готовый прокат.

Готовый прокат, определяемый конфигурацией поперечного сечения валка, называется профилем. Совокупность различных профилей называется сортаментом. Валки бывают гладкими для прокатки листов и лент и калиброванными, которые имеют рабочие поверхности вырезы (ручьи) в соответствии с требуемой формой (профилем) прокатываемого изделия.

Сортамент проката подразделяют на 4 основных группы:

1. Сортовой прокат – квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник, швеллеры, двутавровые балки, рельсы, уголки.

2. Листовой прокат – листы толщиной от 0,2 до 4 мм (тонколистовой) и от 4 до 160 мм (толстолистовой).

3. Трубы – бесшовные от Ф30 до 650 мм, сварные от Ф10 до 1420 мм.

4. Специальные виды проката – колеса, кольца, оси, втулки, шары, сверла.

Прокатное производство характеризуется непрерывностью и высокой автоматизацией процессов, осуществляемых на прокатных станах. Прокатные станы – совокупность привода, приводящего валки в движение и одного или нескольких рабочих клетей (комплект прокатных валков с механизмом их крепления и регулировки).

Прессование

Прессование– процесс ОМД, заключающийся в получение полуфабрикатов выдавливанием заготовки через отверстие в матрице (рис.5.3.).

Рис. 5.3. Схема прессования:

1 – пуансон; 2 – контейнер; 3 – пресс-шайба;

4 – заготовка; 5 – матрица; 6 – матрицедержатель.

Этот процесс является единственным для обработки специальных сталей, цветных металлов и сплавов с низкой пластичностью. Прессованием получают изделия очень сложной формы в поперечном сечении, что невозможно при использовании других видов обработки пластическим деформированием. Исходной заготовкой для процесса прессования являются литые или прокатные заготовки.

Различают прессование: прямое, обратное, совмещенное с прошивкой труб, вакуумное и др. Прессованием получают прутки диаметром от 3 до 250 мм, трубы диаметром от 20 до 400 мм с толщиной стенки 1,5 – 12 мм. Точность и сложность полученных профилей выше, чем при прокатке. Недостатком прессования является значительные потери на отходы, неравномерность механических свойств по длине и сечению изделия.

Волочение

Волочение– процесс ОМД, заключающийся в протягивании заготовки через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемый волокой, имеющий форму поперечного сечения канала близкую к готовой детали (рис. 5.4.).

Рис. 5.4. Схема основных видов волочения:

а – круглого сплошного профиля; б – некруглого сплошного профиля;

в – круглой трубы без оправки;

1 – волока; 2 – протягиваемое изделие.

Волочением получают проволоку от 0,002 до 10 мм, круглые и фасонные профили диаметром от 3до 150 мм, трубы диаметром до 400 мм.

Процесс волочения осуществляется в основном в холодном состоянии, но при обработке титановых и тугоплавких сплавов, процесс волочения осуществляется с предварительным нагревом заготовки.

Ковка

Ковкойназывается процесс ОМД, заключающийся в деформировании нагретой заготовки рабочими поверхностями универсального инструмента при свободном течении металла в стороны.

Ковка характеризуется большой неравномерностью деформации вызываемой контактным трением и применяется при изготовлении деформированных изделий относительно несложной конфигурации, часто довольно крупных размеров в условиях единичного и крупносерийного производства.

Для оценки величины деформации используют коэффициенты уковки:

К_ос= F/ F₀ = Н/h > 1,

где: F₀ и F – площадь поперечного сечения заготовки соответственно до и после операции осадки;

Н и h – высота заготовки соответственно до и после операции осадки.

Технологическая схема ковки включает в общем случае следующие операции: резку заготовок на мерные длины; нагрев перед деформацией; ковку; обсечку облоя; термообработку; контроль. Заготовками для ковки являются слитки, блюмсы, прутки круглого и квадратного сечения.

Наиболее характерные операции свободной ковки показаны на рис. 5.5.

Рис.5.5. Операции свободной ковки:

а – осадка; б, в – высадка; г – протяжка; д – разгонка; е – прошивка.

Процесс свободной ковки может осуществляться вручную, молотом или прессом.

Для простейшего случая осадки силу пресса Р (Н),для проведения операции можно определить по приближенной формуле:

Р = рF,

где: р – удельное давление, которое для малоуглеродистых сталей можно принять равным 16 МПа, для среднеуглеродистой стали – 17,5 МПа;

F – наибольшая площадь поперечного сечения поковки после осадки, м².