Обработка металлов давлением, резанием, сваркой относится к наиболее востребованным способам металлообработки. Обработка давлением происходит методом прессования, штамповки, ковки. Резание предполагает токарные услуги и другие виды работ.
Обработка металлов давлением, формирование металла- процесс металлообработки приизготовлении металлических деталей и предметов посредством механической деформации. Заготовка обрабатывается без добавления или удаления материала, а ее масса остается неизменной. Обработка металлов давлением осуществляется по принципу материаловедения пластической деформации, где физическая форма материала из металла постоянно деформируется.
Обработка металлов давлениемимеет тенденцию иметь более однородные характеристики по своим подпроцессам, чем его современные процессы, резка и соединение.
В промышленности процесс обработки металлов под воздействием давления характеризуется:
Процедура обработки металлов может занимать от минуты до часа и больше – все зависит от плотности обрабатываемого материала, заготовки, определенных работ, использующихся процессов (резка это, соединение или другое).
Формирование металла является общим термином для большой группы, которая включает в себя широкий спектр производственных процессов. Процессы формирования характерны тем, что обрабатываемый материал пластически деформируется, чтобы сформировать его в желаемую геометрию. Чтобы пластически деформировать заготовку, необходимо приложить силу, которая будет превышать предел текучести материала. Когда на металл наносятся небольшие количества напряжений, он слегка изменит свою геометрию в соответствии с силой, которая проявляется.
В основном он будет сжимать, растягивать и / или сгибать небольшую сумму. Величина суммы будет прямо пропорциональна применяемой силе. Также материал вернется к исходной геометрии после освобождения силы. Вспомните о растяжении резиновой ленты, затем ее высвобождении и возвращении в первоначальную форму. Это называется упругой деформацией. Как только напряжение на металле возрастает до определенной точки, он больше не деформируется упруго, а поддается пластической деформации. При пластической деформации геометрическое изменение материала больше не прямо пропорционально напряжению, а после освобождения напряжения остаются геометрические изменения, и материал не восстанавливает свою форму. Фактический уровень напряжения, приложенного к материалу, где упругая деформация превращается в пластическую деформацию, называется пропорциональным пределом.
После достижения предела текучести материала и деформации пластически, для продолжения его деформации необходимы более высокие уровни напряжения. Металл действительно становится сильнее, тем больше он деформируется пластически. Это называется деформационным упрочнением или упрочнением. Как и следовало ожидать, деформационное упрочнение является очень важным фактором в процессах формовки металлов. Прочность на растяжение часто является проблемой, которую необходимо преодолеть, но во многих случаях деформационное упрочнение при правильном использовании является важной частью производственного процесса при производстве более прочных деталей.
Во время операции по формованию важно знать силу и мощность, необходимые для достижения необходимой деформации. Чем больше произведение деформации пластически, тем больше стресса. Напряжение течения — это мгновенное значение силы, необходимое для продолжения выхода и потока рабочего материала в любой момент процесса. Напряжение потока можно рассматривать как функцию напряжения. Значение напряжения потока можно использовать для анализа того, что происходит в какой-либо конкретной точке процесса формования металлов. Максимальное напряжение потока может быть критическим измерением в некоторых операциях по формованию, поскольку оно будет определять требования к силе и мощности для оборудования для выполнения процесса. Сила, необходимая при максимальной деформации материала, должна быть рассчитана для определения максимального напряжения потока.
Для различных типов процессов формирования металлов анализ потока может быть различным. Для процесса, такого как ковка, максимальное значение напряжения потока было бы очень важным. Однако для процесса, такого как экструзия, когда материал непрерывно деформируется и разные стадии деформации происходят одновременно, представляет интерес анализ среднего значения напряжения потока.
Скорость деформации для любого конкретного процесса формования материала напрямую связана со скоростью, с которой происходит деформация. Большая скорость деформации обрабатываемой детали будет означать более высокую скорость деформации. Конкретный процесс и физическое действие используемого оборудования имеют много общего со скоростью деформации. Быстрота деформации будет влиять на величину стресса потока. Скорость деформации эффекта на напряжение потока зависит от заготовки и температуры, при которой образуется материал.
Свойства обрабатываемых материалов меняются с повышением температуры. Поэтому заготовка будет реагировать по-разному на одну и ту же производственную операцию, если она выполняется при разных температурах, а изготовленная часть может иметь разные свойства. По этим причинам очень важно понимать материалы, которые мы используем в нашем производственном процессе. Это подразумевает знание их поведения в различных температурных диапазонах. В промышленном металлообрабатывающем производстве существуют три основных диапазона температур, при которых металлический материал может быть сформирован — холодный, теплый и горячий.
Холодное формование представляет собой процесс формования металлического материала, который выполняется при комнатной температуре или немного выше него. При холодной работе пластическая деформация вызывает деформационное упрочнение, как обсуждалось ранее. Предел текучести металла также выше в нижнем температурном диапазоне холодного формования. Следовательно, сила, требуемая для формирования детали, больше при холодном процессе, чем при теплой или горячей. При холодных рабочих температурах пластичность материала ограничена, и может быть произведено лишь определенное изменение формы.
Теплая работа, (или тепловое формование), представляет собой процесс формования металлической заготовки, выполненный выше температурного диапазона холодного формирования, но ниже температуры рекристаллизации изделия. Теплое формирование может быть оптимальнее, чем холодное, так как это минимизирует силу, нужную для произведения операции. Помимо того, количество отжига сырья, которое могло потребоваться для холодного формования детали, может быть меньше для теплой работы.
Горячее формование представляет собой процесс формования металлического сырья, который выполняется в температурном диапазоне больше, чем температура рекристаллизации образующегося материала. Поведение сырья значительно меняется из-за того, что подвергается температуре выше рекристаллизации. Использование различных качеств материала при этой температуре является характеристикой горячего формирования.
Хотя многие из этих качеств продолжают увеличиваться с повышением температуры, существуют ограничивающие факторы, которые делают чрезмерно высокие температуры нежелательными. Во время большинства процессов формования штамп часто бывает холодным или слегка нагретым. Тем не менее запас материала для горячей работы обычно будет иметь более высокую температуру относительно матрицы. При проектировании процесса формования важно учитывать поток сырья во время формования изделия.
Для изготовления сырья металлического, в общем, градиент температуры между матрицей и работой оказывает большое влияние на поток во время процесса. Материал ближе к поверхности матрицы будет более холодным, чем сырье ближе к внутренней части детали, а более холодные массы не текут так же легко. Высокотемпературные градиенты в процессе работы будут вызывать большие различия в характеристиках потока различных участков материала, это может быть проблематично. Например, металлические массы, протекающие значительно быстрее в центре работы, по сравнению с более холодным сырьем вблизи поверхностей матрицы, который течет медленнее, может вызвать дефекты деталей.
Более высокие температуры труднее поддерживать в процессе формования. Рабочее охлаждение во время процесса также может привести к большему изменению потока.
Еще одно соображение, связанное с горячим формованием, в отношении температуры, при которой образуется деталь, заключается в том, что чем выше температура, тем более реакционноспособным может быть материал. Также, если часть горячего рабочего процесса слишком горячая, трение, создаваемое во время процесса, может дополнительно увеличить нагрев в определенных областях, вызывающих плавление в локализованных участках работы. При промышленной работе с горячим металлическим сырьем оптимальная температура должна определяться в соответствии с материалом и конкретным производственным процессом.
Когда выше его температуры рекристаллизации, материал имеет пониженный предел текучести, также не происходит деформационного упрочнения, поскольку сырье пластически деформируется. Формирование металлической детали при горячем рабочем температурном диапазоне требует гораздо меньших усилий и мощности, чем при холодной работе. Помимо температуры рекристаллизации деталь также обладает гораздо большей пластичностью, чем при холодной температуре. Гораздо большая пластичность допускает массовые изменения формы, которые были бы невозможны в холодно обработанных деталях. Способность выполнять эти массовые изменения формы является очень важной характеристикой этих высокотемпературных процессов формирования.
Рабочий материал перекристаллизовывается после процесса, когда часть охлаждается. В общем, формование горячего изделия закроет промежутки и пористость в материале, разложит включения и устранит их, распределив их материал по всему изделию, разрушит старые более слабые структуры литого зерна и произведет кованую изотропную структуру зерна в этой части. Эти высокотемпературные формовочные процессы не деформируют или не уменьшают пластичность формованного материала. В зависимости от применения может потребоваться или не понадобиться затвердевание детали.
Качествами горячего формования, которые считаются невыгодными, являются более плохая проработка поверхности, увеличенная шкала и оксиды, обезуглероживание, более низкая размерная точность и необходимость нагревания деталей. Нагрев деталей уменьшает срок службы инструмента, приводит к более низкой производительности и более высоким потребностям в энергии, чем при холодном формировании.
Процессыобработки металлов давлением, как правило, подразделяются на различия в эффективных напряжениях. Эти категории и описания очень упрощены, так как напряжения, действующие на местном уровне в любом данном процессе, очень сложны и могут включать в себя множество разновидностей напряжений, работающих одновременно, или могут иметь напряжения, которые изменяются в ходе обработки металла.
Все эти процессы обработки металлов давлением, также называющиеся формированием, выполняются с помощью дорогостоящего крупного оборудования, которое используется только в специализированных фирмах.
Формирование растяжения включает в себя те процессы, в которых основным средством пластической деформации металла является одно- или многоосное растягивающее напряжение.
Эта категория процессов формования включает те операции, в которых первичное средство пластической деформации при обработке включает как растягивающие напряжения, так и сжимающие нагрузки.
Обработкой должны заниматься специалисты, умеющие правильно пользоваться оборудованием и оценивать все аспекты работы.
Эта категория процессов формования металла включает те операции, в которых основным средством пластической деформации является изгибная нагрузка.
Эта категория процессов формования включает те операции, в которых основным средством пластической деформации металла является сдвиговая нагрузка.
Металлообрабатывающие процессы характерны для высоких напряжений между двумя контактирующими поверхностями. В процессах горячей формовки эти высокие напряжения сопровождаются экстремальными температурами. Трение и износ стали серьезным фактором при изготовлении металлических изделий. Для некоторых процессов формирования потребуется определенное количество трения, чрезмерное количество которого всегда нежелательно. Трение увеличивает силу, необходимую для выполнения операции, вызывает износ инструмента и может влиять на поток материала, создавая дефекты в работе. Поэтому в таких работах часто используются смазочные материалы.
