Обработка металлов давлением

 Число проходов  выбирается в зависимости от размеров и формы сечения исходной заготовки и готового профиля и составляет: для рельсов обычно 9, балок 9—13, угловых и других сортовых профилей, например зетообразного (рис. 2), 5—12, проволоки 15—21. Выполнение указанных технологических операций производится на специализированных сортовых прокатных станах, представляющих собой поточную автоматическую систему различных машин.  

 Прокатка (горячая)  труб состоит из 3 основных и  нескольких вспомогательных операций. Первая операция (прошивка) — образование отверстия в заготовке или слитке; в результате получается толстостенная труба, называемая гильзой. Вторая операция (раскатка) — удлинение прошитой заготовки и уменьшение толщины её стенки примерно до требуемых в готовой трубе размеров. Обе операции осуществляются с одного нагрева, но на различных прокатных станах, установленных рядом и входящих в общую систему машин трубопрокатного агрегата. Первая операция выполняется на прошивных станах винтовой прокатки между бочкообразными или дисковыми валками на короткой оправке, вторая — на различных прокатных станах: непрерывных, пилигримовых, автоматических и трёх-валковых станах винтовой прокатки. Третья операция — калибровка (или редуцирование) труб после раскатки. Калибровка осуществляется на калибровочных станах, затем трубы охлаждаются, правятся, контролируются и разрезаются на куски определённой длины. Трубы диаметром менее 65—70 мм подвергаются дополнительной горячей прокатке на редукционных станах. С целью уменьшения толщины стенки и диаметра, получения более высоких механических свойств, гладкой поверхности и точных размеров трубы после горячей прокатки подвергаются холодной прокатке на специальных станах, а также волочению. 

 Прокатка  заготовок деталей машин (штучных  изделий) находит широкое применение главным образом в производстве различных тел вращения и профилей переменного сечения: вагонных колёс, осей, бандажей, колец для подшипников качения, шаров, зубчатых колёс, винтов, свёрл и т.д. При этом иногда прокатка используется для выполнения лишь одной операции в комбинации с ковкой или штамповкой. 

 Прокатка цветных металлов. Наибольшее применение получила прокатка листов, ленты, фольги и проволоки из алюминия, меди, магния, цинка и их сплавов. 

 В технологический  процесс прокатки листов из алюминиевых сплавов входят следующие основные операции: предварительнаяалепрокатка плоских непрерывно-литых слитков массой 0,5—5 т с обжатием около 10% для выравнивания их поверхности; правка на роликовых правильных машинах; фрезерование для получения чистой и гладкой поверхности; накладывание с обеих сторон слитка алюминиевых листов; нагрев; горячая прокатка с плакированием до толщины 4—12 мм с последующим свёртыванием в рулоны; отжиг и холодная прокатка. После холодной прокатки рулоны разматываются и режутся на листы, которые затем закаливают, травят, прокатывают вторично в холодном состоянии для прогладки или получения наклёпа, травят, разрезают и упаковывают.  

 В начале 60-х гг. 20 в. был разработан новый  процесс прокатки листов из  алюминия и его сплавов. Особенность  этого процесса состоит в совмещении  непрерывного литья с прокаткой.  Исходным материалом служит жидкий алюминий, который поступает через распределительную проводку в межвалковое пространство, образованное между двумя горизонтальными валками (рис. 3). Алюминий, соприкасаясь с валками, кристаллизуется, а образующаяся полоса непрерывно выходит из валков стана. Валки могут быть расположены как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной. В первом случае алюминий подводится сбоку, а во втором — снизу. Этим методом успешно изготовляются полосы толщиной 8—12 мм, шириной 1000—1600 мм, которые затем сматывают в рулоны. Применение такой технологии вместо прокатки полосы из крупных слитков даёт большой экономический эффект. 

 Исходной  заготовкой при прокатке листов  и лепты из меди и латуни  служат плоские слитки массой  около 0,5—1 т, толщиной 100—150 мм, которые прокатываются в горячем состоянии до толщины 10—15 мм. Прокатанные листы фрезеруют для удаления поверхностных дефектов и затем подвергают холодной прокатке с промежуточными отжигами при 450—800 °С. 

 Для производства катанки из алюминиевых и медных сплавов наиболее эффективен способ непрерывного литья, совмещенный с прокаткой на непрерывном стане. 

 Технический  прогресс в области П. п.  характеризуется в первую очередь  повышением качества прокатываемых изделий, которое обеспечивало бы наиболее эффективное использование металла потребителем. С этой целью прокатываемому изделию придаётся возможно более рациональная форма, способствующая снижению его массы, расширяется производство экономичных профилей проката, повышается точность его размеров, улучшаются прочностные и др. свойства металла, на его поверхность наносятся эффективные защитные покрытия. Одновременно снижается стоимость производственных затрат путём внедрения непрерывных процессов (от жидкого металла до готового проката), повышения скорости прокатки и автоматизации всех технологических процессов.

Рис. 1. Технологическая  схема цеха холодной прокатки для производства листов: 1 — конвейер горячекатаных рулонов; 2 — агрегат нормализации; 3 — непрерывно-травильный агрегат; 4 — агрегат комбинированной резки; 5 — непрерывный стан холодной прокатки; 6 — термическое отделение; 7 — агрегат нанесения защитного покрытия; 8 — дрессировочный стан; 9 — непрерывно-цинковальный агрегат; 10 — отделение упаковки готовых продуктов.

Рис. 2. Схема изменения  сечения (калибровка) при прокате зетового профиля

Рис. 3. Схемы способов бесслитковой прокатки полос: а — подача металла сбоку; б  — подача металла  снизу; 1 — распределительная ванна; 2 — межвалковое пространство (кристаллизатор); 3 — валки; 4 — полоса.

Волочение, деформирование металла протягиванием катаных или прессованных заготовок через отверстие с целью уменьшения их поперечного сечения или получения более точных размеров и гладкой поверхности. Усилие Р прикладывается к заострённому концу заготовки, который свободно проходит через инструмент — волоку и захватывается специальным захватом (рис. 1). В результате В. заготовка приобретает форму и размеры отверстия волоки, её поперечные размеры уменьшаются, а длина увеличивается. В. можно получить проволоку диаметром менее 0,01 мм. Для уменьшения трения обрабатываемые заготовки покрывают густыми смазками. В. труб производится 3 способами: без оправки, на короткой неподвижной оправке, на длинной движущейся оправке. В первом случае уменьшается диаметр трубы, во втором и третьем — диаметр и стенка трубы (рис. 2). В. получило широкое применение в производстве пруткового металла, проволоки, труб и других изделий постоянного сечения и большой длины. 

Рис. 2. Схемы волочения  труб: 1 — без оправки; 2 — на короткой неподвижной  оправке; 3 — на длинной  движущейся оправке.

Рис. 1. Схема волочения: 1 — волока; 2 — заготовка; 3 — заострённый  конец заготовки; 4 — захват.

Ковка, один из способов обработки металлов давлением, при котором инструмент оказывает многократное прерывистое воздействие на заготовку, в результате чего она, деформируясь, постепенно приобретает заданную форму и размеры.  

  С древности К. (меди, самородного железа) служила одним из основных способов обработки металла (холодная, а затем и горячая К. в Иране, Месопотамии, Египте в 4—3 тысячелетии до н. э.; холодная К. у индейцев Северной и Южной Америки до 16 в. н. э.). Древние металлурги Европы, Азии и Африки ковали сыродутное железо, медь, серебро и золото; кузнецы пользовались особым почётом у народов древности, а их искусство окружалось легендами. В средние века, в том числе в России кузнечное дело достигло высокого уровня; вручную отковывались ручное и огнестрельное оружие, инструменты, детали сельскохозяйственных орудий, дверей и сундуков, решетки, светильники, замки, часы и другие изделия всевозможных форм и размеров, часто с тончайшими деталями; кованые изделия украшались насечкой, просечным или рельефным узором, расплющенными в тончайший слой листами сусального золота и бронзовой потали. Традиции средневекового ремесла сохранились в народном искусстве до 19 в. (светцы, крюки, подсвечники и т.д.). В 15—19 вв. выполнены многие замечательные кованые фонари, ограды, решётки, ворота (Версаль, Петербург, Царское Село). Многие города специализировались в различных отраслях кузнечного ремесла: Герат, Мосул славились утварью, Дамаск, Милан, Аугсбург, Астрахань, Тула — оружием, Ноттингем, Золинген, Павлово на Оке — ножами и инструментами, Нюрнберг, Холмогоры — замками и т.д. В 19 в. ручная художественная К. была вытеснена штамповкой и литьём, интерес к ней возродился в 20 в. (работы Ф. Кюна в ГДР, И. С. Ефимова, В. П. Смирнова в СССР; оформление общественных интерьеров в Таллине, Каунасе и др.). 

 Основы теории  К. были разработаны в России: П. П. Аносов в 1831 впервые применил микроскоп для изучения структуры металлов; Д. К. Чернов в 1868 научно обосновал режимы К.; большой вклад в теорию К. сделали сов. учёные Н. С. Курнаков, К. Ф. Грачев, С. И. Губкин, К. Ф. Неймайер и др. 

 К., как правило,  производят при нагреве металла  до так называемой ковочной  температуры с целью повышения  его пластичности и снижения  сопротивления деформированию. Температурный  интервал К. зависит от химического  состава и структуры обрабатываемого металла, а также от вида операции или перехода. Для стали температурный интервал 800—1100 °С., для алюминиевых сплавов — 420—480 °С. 

 Различают  К. в штампах и без применения  штампов — так называемую свободную  К. При К. в штампах металл  ограничен со всех сторон стенками рабочей полости штампа и при деформации приобретает форму, соответствующую этой полости. При свободной К. (ручной и машинной) металл не ограничен совсем или ограничен с одной стороны. При ручной К. кувалдой или молотом воздействуют непосредственно на металл или на инструмент. Машинную К. выполняют на специальном оборудовании — молотах с массой падающих частей от 1 до 5000 кг или гидравлических прессах, развивающих усилия 2—200 Мн (200—20000 тс), а также на ковочных машинах. Изготовляют поковки массой 100 т и более. Для манипулирования тяжёлыми заготовками при К. используют подъёмные краны грузоподъёмностью до 350 т, кантователи и специальные манипуляторы Сводную К. применяют также для улучшения качества и структуры металла. При проковке металл упрочняется, завариваются так называемые несплошности и размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретает волокнистое строение. 

 При К.  используют набор кузнечного  инструмента, с помощью которого  заготовкам придают требуемую  форму и размеры. Основные операции  ковки: осадка, высадка, протяжка, обкатка, раскатка, прошивка и др. 

Осадка, операция кузнечно-прессового производства, при которой в результате пластической деформации нагретой заготовки уменьшают её высоту и увеличивают площадь поперечного сечения. О. применяют как предварительную операцию перед протяжкой для улучшения структуры слитка, повышения ковкости, а также как предварительную операцию перед прошивкой или ковкой.  

Высадка, кузнечная операция, заключающаяся в деформации заготовки частичной осадкой с целью создания местных утолщений за счёт уменьшения длины заготовки. В. производится в нагретом или холодном состоянии. Горячая В. осуществляется на горизонтально-ковочных машинах. Горячей В. изготовляют поковки шестерён, клапанов, рессор, колец, валиков и т.п. Холодная В. осуществляется на холодно-высадочных автоматах и прессах. Холодной В. изготовляют болты, заклёпки и др. По сравнению с другими процессами штампования В. отличается высокой производительностью и точностью поковок (без облоя). Получает распространение В. с местным контактным нагревом заготовок в штампе на электровысадочной машине, позволяющей за один переход получить утолщения большого объёма. 

Протяжка в металлообработке, 

1) операция, применяемая  при обработке металлов давлением (например, ковке) с целью уменьшения толщины стенки и увеличения длины исходной заготовки, имеющей форму стакана и обычно полученной в результате несквозной прошивки. Под действием пуансона заготовка протягивается через одну или несколько последовательно расположенных матриц. Обычно П. производят на протяжных гидравлических прессах.