Раздел 3. ОБРАБОТВАНЕ НА МЕТАЛИТЕ ЧРЕЗ ПЛАСТИЧНА ДЕФОРМАЦИЯЦанков, Ц., Обработване на металите чрез пластична деформация, Техника, 1995Пенчев, Т., Машини за пластична деформация на металите, Техника, 1990

Механизми на пластично деформиранеПластичната деформация е резултат на необратимото преместване на групи атоми в отделните зърна (области) на тялото. Тя се проявява като остатъчно изменение на формата на тялото без разрушаване на неговата цялост. Основен механизъм на пластично деформиране на металите и сплавите е преместването на една част от кристала (кристалита) спрямо друга в рамките на отделните зърна (монокристали), осъществяващо се с помощта на различни видове дислокационни движения. Проявления на механизма са транслационното плъзгане, двойникуване, разместване, ротационно плъзгане. Заедно те характеризират вътрешнозърнестото деформиране. Едновременно с това деформацията може да се осъществи и чрез преплъзвания по границите на зърната - междузърнесто деформиране, което съществено зависи от температурата. Обикновено при реалните процеси на деформиране действат едновременно няколко механизма. Плъзгане Металните тела имат кристален строеж. Металните атоми (части от атоми), разположени във възлите на пространствената кристална решетка, се намират в непрекъснато трептеливо движение около равновесното си положение. Минималната потенциална енергия, която е равна на работата, необходима за раздалечаване на съседните атоми на безкрайно голямо разстояние, се нарича енергия на връзката. При осъществяване на нормален опън между атомите се пораждат сили на привличане, характеризиращи съпротивителната способност на метала. При нормален натиск между атомите се пораждат вътрешни сили на отблъскване, уравновесяващи външното натоварване. След разтоварване равновесното положение се възстановява. При нормален опън или натиск не може да се получи пластично деформиране, а само еластично такова или разрушаване. Пластично формоизменение и разместване на атомите от един пласт чрез приплъзване спрямо атомите от друг пласт, може да се осъществи само под действието на тангенциални напрежения. Плъзгането е анизотропно – то протича по-лесно по кристалографски равнини и направления, които са най-добре запълнени с атоми. Съвкупността от равнините и направленията на плъзгане, лежащи в тях, образува система на плъзгане. Плъзгането не протича едновременно по всички потенциални равнини на плъзгане, а започва в ограничен брой най-благоприятно ориентирани равнини, където минималното съпротивление на кристала съвпада с максималното тангенциално напрежение. Тези равнини на плъзгане са ориентирани под ъгъл 45° спрямо направлението на главните нормални напрежения. Плъзгането не е съпроводено с пренасяне на маса. Теорията на дислокациите се основава на дефектността на кристалната решетка. Дефектите на кристалната решетка се делят на точкови (примесни атоми, ваканции, междувъзлови атоми), линейни (дислокации), равнинни и обемни. Дислокациите биват два вида – транслационни и ротационни (дисклинации). Линейните дислокации се образуват чрез вмъкване в кристалната решетка на допълнителна атомна равнина (екстраравнина). Когато броят на атомите над равнината на плъзгане е с един повече броят на атомите под нея, дислокацията е положителна. Когато екстраравнината е под равнината на плъзгане, дислокацията е отрицателна. Винтови дислокации се образуват когато векторът на Бюргерс е успореден на линията на дислокацията. Дифузионното (неконсервативното) движение на линейните дислокации се състои в скъсяване или удължаване на екстраравнината чрез дифузия на атоми. Процесът изисква пренасяне на маса и е необходима термична активация. Дифузионното движение се обуславя главно от взаимодействието на дислокациите с ваканциите, тъй като тази реакция изисква най-малък разход на енергия. Скоростта на пластичната деформация е свързана с плътността и скоростта на дислокациите.

Двойникуването е механизъм на протичане на деформацията, при който се осъществява своеобразно завъртане на част от кристалната решетка спрямо останалата по такъв начин, че атомите, разположени в нея, са огледални на другите. Разместените части не са деформирани. Характерна особеност на двойниците е, че никога не пресичат границите на зърната. Двойникуването се активизира с увеличаване на скоростта и повишаване на температурата на деформиране. Предполага се, че образуването на двойници се дължи на това, че в кристалната решетка има участъци с различен модул на еластичността и при натоварване те се деформират несиметрично. Дифузионен механизъмС увеличаване на температурата амплитудата на трептене на атомите и параметрите на решетката се увеличават, засилват се и дифузионните процеси. Това може да окаже съществено влияние на атермичните механизми на деформиране (транслационно и ротационно), но едновременно с това дифузионните процеси могат да предизвикат самостоятелно проявление на пластично деформиране. Протичащите при повишена температура рекристализационни процеси осигуряват по-нататъшното продължаване на пластичното деформиране. За разлика от обикновената дифузия, дифузията под действие полето на напреженията при натоварен кристал протича насочено, в направление на най-големите тангенциални напрежения – в посоката на извършване на плъзгане. Дифузионните процеси протичат особено силно по границите на зърната. Външното напрежение предизвиква насочено движение на ваканциите през обема на зърната от напречните към надлъжните им граници, а атомите се движат в противоположна посока. Това води до удължаване на зърната в надлъжно направление и скъсяването им в напречно. Тъй като границите на зърната са слабо подвижни, това изменение остава необратимо.

С дифузионния механизъм се обясняват основно процесите, протичащи в деформираните метали с течение на времето: релаксация на напрежението, плъзгане, пластично последействие. В практиката се работи главно с поликристални тела, които се състоят от множество зърна (кристалити). Механизмът на еластичната и пластичната деформация в основни черти е еднакъв както на кристалитите, намиращи се в даден поликристалит, така и на монокристал, получен от стопилката. Това е т.нар. вътрешнокристална (транскристална) деформация. Върху развитието на плъзгането и двойникуването във всеки кристалит забележимо влияние оказват околните зърна. При сплавите отделните зърна се различават по структура и свойства. В зависимост от ориентацията на зърната спрямо действащата сила едни зърна се деформират при относително малки напрежения, а други – при по-големи. При ниски температури в повечето случаи границите на зърната са по-трудно деформируеми и възпрепятстват разпространението на деформацията от кристалит на кристалит. Заедно с извършването на вътрешнокристални процеси пластичното деформиране на поликристалит е съпроводено с разместване и на самите зърна едно спрямо друго – междузърнеста (интракристална) деформация. Тъй като непрекъснатостта на деформационния процес изисква съгласуваност на деформацията на отделните зърна, междузърнестото разместване не може да се извършва самостоятелно, а съвместно с вътрешнозърнестото.

3.1. ДЕФОРМАЦИОННИ СХЕМИ ПРИ ОБЕМНО ЩАМПОВАНЕ. МАШИНИ, СЪОРЪЖЕНИЯ И ИНСТРУМЕНТИ ПРИ КОВАНЕ И ОБЕМНО ЩАМПОВАНЕ.

КОВАНЕКоването (свободното коване) е процес на пластично обемно преразпределение на метала чрез много кратко прекъснато действие на плоски или профилни бойници с прилагане на сили на натиск.Коването се осъществява на преса или чук. Реалните деформации са неравномерни в геометричен и нееднородни във физичен смисъл. При това неравномерни са както

2

мaкроскопичните, така и микроскопичните деформации. Първите поради наличие на контактно триене, водещо до появата на различни зони на затруднена деформация в металния образец, а вторите - поради самия неравномерен механизъм на атомните премествания при възникване на напрегнато състояние.Една от основните технологични операции, характеризираща процеса на коване, е сплескването.

СплескванеРавнинна деформацияСплескването е технологична операция, при която се намалява височината на изходната заготовка и едновременно се увеличава големината на напречното й сечение. Активната външна сила на натиск действа по направление на височината на образеца.Деформационната схема на операцията сплескване е от вида на елементарната деформация свиване - главната деформация е отрицателна, а другите две са положителни. Ако те са равни, деформацията е просто свиване, а ако една от деформациите е нула, деформацията е равнинна. При сплескване между успоредни или наклонени плочи при равнинна деформация и големи стойности на деформацията по височина разпределението на тангенциалните напрежения по контактната повърхнина води до разделянето й на три участъка:I. Участък на приплъзване - по периферната част на контактната повърхнина, където тангенциалните напрежения нарастват от периферията към центъра, пропорционално на нормалните напрежения.II. Участък на затруднена деформация, където тангенциалните напрежения имат постоянна максимална стойност независимо от големината на нормалните напрежения.III. Участък на застой (прилепване) - участък, в който тангенциалните напрежения намаляват до нула в центъра на контактната повърхнина във функция от абсцисата независимо от стойността на нормалните напрежения.

При изследване на пластичното течене на метала по сечение, което минава през оста на цилиндричен образец, се наблюдават различни зони на деформация. Така за d>h зоната на прилепване I практически не се деформира; в зоната на интензивна деформация II металът тече от центъра към периферията. По-слаба деформация се получава в III

зона. С увеличаване на отношението dh зона II се стреми да обхване целия обем на метала.

При сплескване на правоъгълен паралелепипед (правоъгълна лента с крайна дължина) в условията на гореща пластична деформация зоната на застой се пренебрегва - разглежда се случай, при който II участък обхваща цялата контактна повърхнина. В напречно сечение линиите на плъзгане започват от свободна праволинейна граница, с която сключват ъгъл 45°. В крайната и средната си част полето от линии на плъзгане не се

състои от циклоиди.

КОВАШКО ИЗТЕГЛЯНЕКовашкото изтегляне с плоски бойници се осъществява чрез последователно сплескване на напречното сечение на заготовката на определена дължина, което се постига чрез ограничено подаване напречно на широчината на бойника b и периодично завъртане на 90 °С.

3

Ефективността на изтеглянето зависи от подаването и от съотношението между широчината на бойника и на заготовката. От практиката е установено, че ако деформацията по широчина ΔA намалява, височинната деформация се превръща почти изцяло в удължение ΔL.Може да се приеме, че при ковашко изтегляне на правоъгълна заготовка с тесни бойници е налице равнинна деформация. Обикновено широчината на бойниците b е по-малка от двойната височина на напречното сечение h (b<2h). В този случай кривата на тангенциалните напрежения се състои само от третия участък. Появилите се напрежения на опън са най-големи в равнината на симетрия Oху.При коване на кръгли заготовки с плоски бойници широчината на контактната повърхнина е променлива, което води до неравномерно разпределение на нормалните и тангенциалните напрежения в радиално направление и съсредоточаване на големи напрежения на опън в центъра на заготовката. Коване по схемата квадрат – правоъгълник - квадрат практически осигурява изчезването на опасните напрежения на опън по оста на заготовката. Освен това разпределението на тангенциалните напрежения е сравнително равномерно, следователно по-равномерна е и пластичната деформация.

Ковашко изтегляне с профилни бойници може да се приложи за плътни кръгли заготовки или за кухи заготовки. При изтегляне на кухи заготовки триенето се извършва по две повърхнини – на бойниците и на дорника. Приема, че тангенциалните напрежения са равни на нула по средния радиус.Въз основа на изследванията по ковашко изтегляне са осъществени високопроизводителни прогресивни методи и съответни машини за обработване па металите под налягане. Радиалното коване се изразява в последователното бързо нанасяне на удари от радиално разположени фасонни бойници, оформящи конус по посока на изтичане на метала.

ПробиванеПробиването е ковашка операция, при която се получават отвори в заготовките. Пробиването бива два вида - открито (отворено) и закрито (затворено). При откритото пробиване околната повърхнина на заготовката е свободна. Металът тече така, че височината на заготовката намалява (сплескване), а външната цилиндрична повърхнина се изкривява бъчвообразно поради неравномерното увеличаване на външния диаметър.При закритото пробиване заготовката е затворена в матрица с вътрешен диаметър, отговарящ на окончателния външен диаметър на заготовката. Металът изтича в посока, обратна на посоката на движението на поансона - височината на заготовката се увеличава.

С намаляване на отношението между изходния диаметър D на заготовката и диаметъра на поансона d изкривяването на външната повърхнина се увеличава. При пробиване на заготовки с един и същ диаметър чрез поансон с различен диаметър общата сила намалява при намаляване на диаметъра на поансона (поради намаляване лицето на площта му).

Откритото пробиване обикновено се извършва на преси или чукове. Поансонът се вбива в заготовката, която лежи върху масата на машината. Ако поансонът има малка височина, върху него се поставя цилиндрична надставка и отново се прилага деформиращо усилие до момента, когато височината на остатъка за пробиване h стане по- малък от диаметъра на поансона d. Следва обръщане на заготовката на 180°, при което надставката изпада, и пробиване на дъното до освобождаване на поансона.

Експериментално е доказано, че с увеличение на отношението Dd относителното налягане

расте интензивно до отношение = 3, в интервала 3-5 остава почти постоянно и при

4

отношение >5 добива стойност, която съответства на относителното налягане, получено при вбиване на плосък поансон в пластично полупространство при липса на контактно триене.При разглеждане на опростена схема металът под поансона се намира в условия на всестранен неравномерен натиск и се стреми при сплескването от поансона да изтича радиално от центъра към периферията. Металът в зона Б вследствие радиалното изтичане на метала от зона А се намира в условия, близки до равнинна деформация на дебелостенен пръстен под действието на вътрешно налягане.

При закритото пробиване металът под поансона е подложен на сплескване както при откритото пробиване. В резултат на деформирането той изтича в пръстеновидната област между стените на матрицата и поансона.

ОБЕМНО ЩАМПОВАНЕЩамповането е процес на пластично деформиране на метал, поставен между двете половини на специални инструменти (щампи), които при принудителното си сближаване сплескват метала и го принуждават да изтича в различни посоки, докато изпълни щамповите кухини. Тъй като за обемното щамповане са необходими значителни външни сили, за да се понижи съпротивлението на метала срещу пластична деформация и осигури правилното му преразпределение в щампата, обикновено той се нагрява до определена температура. В този случай обемното щамповане се нарича горещо щамповане. Щамповането осигурява добри механични качества на полуфабриката, възможност за сложна форма и конфигурация, намалява се обема на механичната обработка и води до значителни икономии на метал. Щамповането се извършва с чукове, преси и други специализирани ковашко-щамповъчни машини.Съществуват два основни метода за обемно щамповане: открито щамповане (с израстъци, в открити щампи) и закрито щамповане (щамповане без израстъци в закрити щампи).Технологичният процес щамповане зависи от редица фактори, сред които са термомеханичния режим на операциите, броя и формата на преходите при щамповане на детайли със сложна форма, разположение на границите (или повърхнините) на разделяне на щампите, форма и размери на полуфабриката и на канавките за израстъците.Колкото повече са преходите, толкова по-равномерна е деформацията и толкова по-малко е износването на щампата. Обемът на заготовката се определя като сума от обемите на изковката и отпадъците (обгар, израстъци и отпадък от пробиване). Особено голямо значение има обемът на заготовката при щамповане на колянови преси. В този случай излишният метал отива в израстъци, които предпазват машината от авария. Правилният избор на формата и размерите на канавките за израстъци осигурява цялостно запълване на релефа на щампата с метал, намалява количеството на отпадъчен метал за израстъци, предпазва щампата от износване и пресата от авария.

Открито (отворено) щампованеФормоизменението при откритото щамповане в окончателното деформационно пространство се осъществява на три етапа:1. Сплескване на заготовката, докато околната й повърхнина започне да се допира до стените на щамповата кухина.2. Изтичане на метала в израстъци, чиято широчина се увеличава, а височината на заготовката и дебелината на израстъците намалява.3. Окончателно запълване на щамповата кухина чрез пренасочване на метала поради ограничаване на изтичането му в израстъците. В края на този заключителен етап излишният метал в стеснената част на канала се сплесква до предварително определената височина h1.Израстъците служат за създаване на голямо съпротивление срещу изтичане на метала вън от щамповата кухина, който по такъв начин е принуден да я запълва. Втората роля на израстъците е да поемат излишната деформационна енергия, т.е да бъдат буфери между

5

двете половинки на щампата. В практиката най-често се използват канавки с едностранен горен праг. При откритото щамповане се използват щампи, които в заключителния етап оформят централна кухина, определяща формата и размерите на изковката. Периферната кухина (канавката) в равнината (повърхнината) на разделяне на щампата е съставена от два участъка - мост и магазин. При правилно конструирана канавка пластичната деформация на израстъците се извършва само в зоната на мостчето. Размерите на мостчето се определят въз основа на експериментални данни и теоретични съображения. Магазинът приема излишния метал в момента на дощамповането (заключителния трети етап). Силата за осъществяване на деформацията в етапа на дощамповането се определя като сума от силата за деформация на метала в щампата и силата, необходима за деформация на метала в израстъците.При открито щамповане деформационните пространства се разделят на подготвителни и окончателни. Подготвителните са предназначени за приближаване формата на заготовката до тази на окончателното деформационно пространство. Подготвителните операции се делят на удължително, огъващи, формоващи, разпределителни и др. При необходимост от повишаване на точността на формата окончателното деформационно пространство се предшества от предварително.

В заключителната фаза на щамповането се наблюдават три зони на деформация - зона 1 на завършена деформация, зона 2 на моментна деформация и недеформирана зона 3.Металът, който изтича в последния етап на щамповането, е от лещообразната зона 2.

Закрито (затворено) щампованеПри закритото щамповане израстъците не оказват влияние върху запълването на деформационното пространство, както при откритото щамповане. Поради това процесът завършва със запълване на щамповата кухина, включително и на ъглите. Необходимата сила за щамповане в закрити щампи първоначално е по-малка, отколкото при откритото, но след запълване на щампата рязко нараства. Това се дължи на практическата несвиваемост на метала. Той е принуден да изтича в тясната хлабина между двете части на щампата, където бързо изстива, при което съпротивлението срещу пластична деформация се увеличава. В общия случай закритото обемно щамповане се състои от три основни етапа:Първи етап - на открита деформация, който може да бъде свободно сплескване, открито пресоване, открито пробиване или съчетание.Втори етап - на закрита деформация, който може да бъде закрито пресоване, закрито пробиване или комбинации от тях.Трети етап - окончателно запълване на ъглите, етап на собствено закрито щамповане и разместване на излишния метал.Пресщамповането е разновидност на закрито щамповане, при която се усилва влиянието на всестранния неравномерен натиск. Благодарение на това могат да бъдат деформирани без опасност от разрушение нископластични стомани и някои сплави. В зависимост от направлението на изтичащия метал се различават няколко схеми: с право изтичане, с обратно, с комбинирано и с радиално.При пресщамповането излишъкът от метал се компенсира или чрез увеличаване на дължината на стеблото, или на радиалните израстъци на изковката. Пресщамповането се осъществява на колянови преси. При пресщамповането на високолегирани стомани и сплави с повишена склонност към уякчаване се налага скоростта на изтичане да бъде по-малка от тази, която е допустима за пластичните и слабоуякчаващите се метални материали. В такива случаи се препоръчват фрикционни или хидравлични преси.

6

Студеното обемно щамповане се осъществява в зависимост от съоръженията по два основни начина: едно- и многопозиционно щамповане на преси и щамповане на едно- и многопозиционни пресавтомати.При студено щамповане се постига високо качество на изковките, достатъчна точност на размерите и добра грапавост на повърхнините им, както и неколкократно по-висока производителност в сравнение с металорежещите автомати. Поради повишеното съпротивление на деформация силовите потребности за студено щамповане са по-големи, отколкото за горещо. Контактното налягане в щампите също е по-високо, а това изисква конструирането на инструменталната екипировка от специални стомани. За студено щамповане се използуват метални материали с повишена пластичност. Това са предимно нисковъглеродни легирани стомани, специални нисколегирани стомани и цветни метали и сплави: мед, месинг, алуминиеви и ограничен брой магнезиеви сплави.

При еднопозиционно студено щамповане се използват механични и хидравлични преси. Многопозиционно щамповане се осъществява или на механични преси с многопозиционни щампи, или на многопозиционни автомати. При процеса на щамповане с еднопозиционни автомати формоизменящите операции се извършват посредством последователно включващи се поансони, монтирани върху обща глава. Освен основната матрица има и позиция за предварително отрязване на заготовката със специален нож до установен упор. Щампованият детайл се отстранява от матрицата чрез избутвач.При многопозиционните пресавтомати изковките се щамповат за повече от два прехода. На тези автомати се получават детайли с по-сложна форма. След отрязване на заготовката с определена дължина от отрезния нож тя автоматично се премества към позиция 1, след това към позиция 2 и тн. Изборът на метод (открито или закрито щамповане) зависи от серийност, материал, сложност, изисквания към качеството на изковките (точност на формата и размерите, механични свойства). Закритото щамповане осигурява по-високо качество на изковките. При необходимост от обемна термообработка за подобряване на механичните свойства на изковки от легирани стомани се предпочита горещо щамповане вместо студено поради повишеното им съпротивление на деформация.Последователността на технологичната разработка се състои в избор на метод за щамповане, съставяне на чертеж на изковката, изчисляване на обема, формата и размерите на заготовката, определяне на формата, последователността и броя на отделните преходи, избор на начин на нагряване и определяне на производителността му.

3.2. ЩАМПОВАНЕ (ЩАНЦОВАНЕ) НА ЛИСТОВ МАТЕРИАЛ. МАШИНИ, СЪОРЪЖЕНИЯ И ИНСТРУМЕНТИ ПРИ ЩАНЦОВАНЕ НА ЛИСТОВ МАТЕРИАЛ.

Щанцоването е метод за обработване на металите чрез пластична деформация, при който единият размер на изходната заготовка (най-често метален лист, лента или ивица) е значително по-малък от другите два. Обикновено щанцоването се извършва в студено състояние, но не е изключено и предварително нагряване на заготовката (при дебелини над 8мм или при труднодеформируеми сплави).Процесът се характеризира с голяма производителност, малка себестойност на изделията, възможност за получаване на леки, но достатъчно здрави и стабилни детайли при малък разход на метал, голяма точност на получените чрез щанцоване детайли, голяма трайност на инструмента.При избора на материалите за изработване на детайли чрез щанцоване освен от експлоатационните изисквания трябва да се изхожда и от технологичните особености на провежданата операция. При разделителните операции на материали с висока граница на провлачане се получава много качествен срез, а при формоизменящите - ниската граница на провлачане намалява еластичното пружиниране след деформирането. Дълбокото изтегляне

7

протича толкова по-качествено, колкото е по-голяма разликата между границата на якост на опън и границата на провлачане за дадения материал. Според промяната на формата на обработвания обект, методите за обработване чрез щанцоване се класифицират на:- процес рязане - пластичната деформация предизвиква промяна на размерите или на размерите и формата на изходната равнинна заготовка чрез отделяне на материал, но не променя равнинността й. - процес огъване - изменя се кривината на средната повърхнина на материала в една равнина; - процеси на формообразуване - пластичната деформация предизвиква промяна на формата и размерите на изходния материал най-малко по две от осите.Докато при процеса рязане стремежът е към локализация на пластичната деформация по определен контур, при огъване тя обхваща по-широка област, която при формообразуването може да бъде целия обем. Инструментът (щанцата), който въздейства върху изходния материал при операциите щанцоване, се състои от два работни органа - матрица и поансон. Матрицата е частта от инструмента, която обхваща материала през време на деформирането му, а поансонът е обхващан от материала.Нееднородността на полето на напреженията и деформациите, характерна за операциите при щанцоване, определя и нееднородността на уякчаването (наклепа) при студена деформация. Границата на провлачане в този случай не е постоянна величина, а зависи от координатите на разглежданата деформационна област и от големината на натрупаната в нея деформация от предшестващите етапи на деформиране

РАЗДЕЛИТЕЛНИ ОПЕРАЦИИОтрязването е разделителна операция, при която се извършва последователно отделяне на части от листа (или части от заготовката) по права или крива линия – незатворен контур. Тази операция се използва обикновено за разкрояване на листовете на ленти (щрипс), които след това се щамповат допълнително. Отрязването се извършва с гилотинни ножици (по права линия), дискови ножици или с вибрационни ножици. Отрязването на заготовки с големи размери или по-сложни форми на контура може да се извърши с щампи, които се закрепват на коляно-мотовилкови преси. Изрязването е операция за отделяне на част от листа по затворен контур, при което отделяната част е изделие. Пробиването е операция, при която се получават отвори чрез отделяне на материал по затворен контур в изделието. Така се оформя вътрешния контур на изделието, а отрязаната част е отпадък. Деформирането на метала и устройството на щампите (поансон и матрица), които се използват за тези две операции, по същество са еднакви.Определяне на взаимното положение на изрязваните детайли се нарича разкрояване. То трябва да се извърши така, че при дадена технология на производство да се получи минимален отпадък от материал. Като показател на икономичността на разкрояването служи коефициентът на използване на метала.

Механизъм на деформирането при разделителните операцииОтделянето на едната част от заготовката от другата се извършва чрез относително преместване в направление, перпендикулярно към равнината на заготовката. В началото това преместване е резултат на пластичното деформиране на заготовката, докато се достигне до пълно разрушаване на метала по линията на срязване. Силите, предизвикващи срязването, не действат по една линия и затова възниква огъващ момент, водещ до завъртане на разделяните части една спрямо друга. В образувалите се тесни ивици на контакт на поансона и матрицата със заготовката действат напрежения на натиск.При деформиране в студено състояние областта на претърпелия деформация метал получава наклеп (около 40-60 % по-голяма твърдост), който е максимален близо до режещите ръбове на матрицата и поансона и нараства с увеличаване на степента на разместване на едната част

8

от заготовката спрямо другата. Това води до изчерпване на пластичността на материала на заготовката и в зависимост от условията на натоварване в даден момент около режещите ръбове на инструментите се зараждат пукнатини. Те създават допълнителна концентрация на напреженията. Пукнатините бързо се разпространяват към вътрешните области на материала и срещайки се, осигуряват разделянето му при разместване на двете части на заготовката по-малко отколкото дебелината.Особеностите на деформирането при разделителните операции показват, че в деформационната област полето на напреженията е нееднородно. Освен това механичните характеристики на метала се изменят във функция на координатите и относителното разместване на частите на заготовките.При рязане с матрица и поансон с успоредни режещи ръбове се осъществява чисто плъзгане (срязване) по повърхнините, съединяващи режещите ръбове на матрицата и поансона и главните оси са наклонени под ъгъл 45° към оста на инструмента.Върху съпротивлението на срязване в реални условия влияят редица фактори, свързани с особеностите на деформирането: формата и размерите на изрязвания контур, хлабината между матрицата и поансона, състоянието на режещите ръбове, скоростта на рязане и др. С намаляване на диаметъра на поансона значително се влошава трайността му. Това се дължи на увеличаване на напреженията на натиск и намаляване на съпротивлението му на изкълчване. При използване на щанци с успоредни режещи ръбове процесът на рязане започва едновременно по целия периметър на изделието. Това довежда до голямо претоварване както на инструмента, така и на машината. За да се намали силата при рязане и да се осигури плавна работа на машината, се използват щанци с наклонени режещи ръбове на матрицата или поансона. Скосяване на режещия ръб на поансона се прави при пробиване, а на матрицата - при изрязване.След извършване на срязването поради еластичните деформации детайлът или отпадъкът се задържа около поансона или в матрицата в зависимост от това, какъв процес се осъществява - пробиване или изрязване. Силите за снемане на материала от поансона и за изтласкване на детайла през матрицата зависят от вида и дебелината на обработвания материал, от формата и размерите на контура на рязане, от хлабината между матрицата и поансона и от коефициента на триене. Технологична хлабина е разликата между работните размери на матрицата и поансона. Тя оказва съществено влияние върху протичането на процеса рязане и оттам върху качеството и точността на получените детайли. Тя е оптимална, когато гарантира срещането на пукнатините, образували се около двата режещи ръба. В срязаната повърхнина (заготовката) се различават няколко зони;а) закръгляне на горната повърхнина на заготовката в непосредствена близост до мястото на срязването, дължащо се на еластично-пластичното деформиране в началото на процеса;б) гладка цилиндрична зона (блестящ пояс), образувана в резултат на пластичното течене на метала; в) зона на разрушение, имаща форма на пресечен конус с голямата основа надолу и с грапава повърхност;г) чепак - остри неравни повърхности в долния край, неравномерно разпределени по контура. Най- често се среща при неправилно подбрана хлабина или при затъпени режещи ръбове.Същите зони, но в обратен ред, се откриват и върху повърхността на детайла.Изменението на хлабината променя характера на получената повърхнина на срязване. При малки стойности на хлабината разпространяващите се от режещите ръбове на матрицата и поансона пукнатини не се срещат, а нарастват успоредно една на друга и при разкъсване на метала се получава некачествена назъбена повърхност. При големи стойности на хлабината голяма част от материала се увлича в матрицата, при което детайлът или отворът се получават със силно огънати ръбове. При определяне на оптималната хлабина трябва да се различават две оптимални хлабини - първата осигурява получаването на висококачествени детайли при големи силови и енергийни разходи за рязане, а втората - изделия с добро

9

качество при минимални или умерени такива разходи и следователно при максимална трайност на инструмента.Износването на матрицата увеличава размерите й, а износването на поансона води до намаляването на размерите му. При обработване и производството на матрицата или поансона най-често единият от тях се приема за основен, а другият се припасва към него. Обикновено при изрязване за основен детайл се приема матрицата, а при пробиване - поансонът. Подобряването на качеството на получената след рязане повърхнина и повишаването на точността на напречните размери може да се постигне чрез увеличаване височината на блестящата зона (пояса) до достигане на дебелината на заготовката или чрез използване на допълнителни операции. Увеличаването на височината на блестящия пояс се постига, когато пукнатините, предизвикващи разрушението, се зародят при по-големи отколкото при обикновени условия дълбочини на навлизане на режещите ръбове. Това може да се постигне или чрез намаляване на деформацията в близост до режещите ръбове (чрез затьпяване на един от режещите ръбове, което намалява концентрацията на напреженията), или чрез увеличаване на пластичността на метала (рязане с отрицателна хлабина и рязане с вбиващ се клин.

ОГЪВАНЕПроцесът огъване предизвиква изменения на кривината на средната повърхнина (средния слой) на заготовката в една равнина (равнината на огъване). В същото време кривината в равнина, перпендикулярна на равнината на огъване, не се променя.

Характерът на деформацията е различен от двете страни на огънатата заготовка. Слоевете метал а-а от страна на центъра на кривината са подложени на натиск в надлъжно направление и на опън в напречно, а слоевете b-b, разположени на външната повърхнина - на опън в надлъжно направление и на натиск в напречно. Между така променените (удължени и скъсени) в

надлъжно направление метални слоеве се намира неутрален слой, който не претърпява изменение. При малки степени на деформация (огъване с голям радиус) се приема, че неутралният слой се намира в средата на дебелината на ивицата. Увеличаването на деформацията (намаляване на радиуса на огъване) измества неутралния слой към страната на скъсените влакна. Важен технологичен фактор, който влияе на огъването, е хлабината между матрицата и поансона. С намаляване на хлабината нараства необходимата за огъването сила. При малки хлабини могат да се получат и значителни изтънявания на изделията в мястото на огъване.

ДЪЛБОКО ИЗТЕГЛЯНЕДълбокото изтегляне е процес на пластично деформиране, при който изходната плоска заготовка се превръща в кухо пространствено отворено отгоре тяло с произволна форма. Дълбокото изтегляне се извършва главно в студено състояние, но при дебели листове > 8мм и слабо пластични метали се налага нагряване на заготовката.Детайлите изработвани чрез дълбоко изтегляне могат да се разделят на ососиметрични детайли (с фланец или без фланец), детайли с формата на кутия (също с фланец или без фланец) и детайли със сложна форма. В зависимост от формата си детайлите се изработват само чрез дълбоко изтегляне или чрез дълбоко изтегляне, съчетано с формоване, огъване и други операции.За да се постигне дълбоко изтегляне на цилиндричен детайл от плоска изходна заготовка, е необходимо пластично деформиране, съпроводено с разместване (изтичане) на значително количество обем метал по височина. Често пъти тези размествания (особено при тънки листове и големи деформации) довеждат до загуба на устойчивост на заготовката, характеризираща се с образуване на гънки по периферията. За избягване на това явление се прибягва към използване на притискач.

10

При дълбоко изтегляне чрез една операция се получават детайли с малка височина, тъй като съществува опасност от разкъсване на метала. Обикновено се прилагат няколко операции. Дълбокото изтегляне с притискане започва с пластично деформиране на пръстеновидната непритисната част на заготовката, а фланецът запазва началните си размери. Най-голямо изтъняване се получава в прехода към плоското дъно.В края на първия етап се деформира пластично и дъното. Следващият етап започва след уравновесяване на силата на опън със съпротивлението на фланеца и се характеризира с неговото пластично деформиране и намаляване на диаметъра му. Следователно най-опасното сечение е преходът от стената към дъното.Дълбокото изтегляне с принудително изтъняване на стената се характеризира с това, че хлабината между матрицата и поансона е по-малка от дебелината на заготовката. Принудителното изтъняване може да се получи в първата или следващите операции. Обикновено изтеглянето на цилиндрични детайли с изтъняване на стената намира приложение като следваща операция, при която незначително се намалява вътрешният диаметър на заготовката.Дълбокото изтегляне може да се извърши с една или няколко операции. Това зависи от съотношението между височината и диаметъра на детайла и относителната дебелина на заготовката. Стремежът е при всяка операция да се постигне максималната възможна степен на деформация, определяща се от носещата способност на метала.Коефициентът на изтегляне е отношението на диаметрите на детайла за съответната и предходната операции. Всеки коефициент се избира така, че напреженията, възникващи в обработваното изделие при изпълнение на съответната операция, да са в границите на якостта на метала. При няколко последователни операции поради уякчаването се налага междуоперационно отгряване на полуфабриката

Определяне на големината на хлабината и на работните размери на матрицата и поансона за дълбоко изтеглянеГолемината на едностранната хлабина между матрицата и поансона оказва съществено влияние върху енергийните и силовите условия за протичане на процеса дълбоко изтегляне и върху качеството на полученото изделие. Установено е, че повърхнините на детайл, получен чрез дълбоко изтегляне, са с малка грапавост, ако хлабината превишава с 30% дебелината на материала. Освен това оптималната хлабина осигурява максимална трайност на инструмента.Поансонът и матрицата се оразмеряват в зависимост от присъединителния размер на детайла и неговата точност. При изискване на точен външен размер хлабината се задава за сметка на поансона и номиналният размер на матрицата се различава от номиналния размер на детайла с прибавката на износване. Когато присъединителният размер е вътрешният, номиналният размер на детайла съвпада с номиналния размер на поансона.

Междуоперационно отгряване при дълбоко изтеглянеУякчаването, съпътстващо дълбокото изтегляне, зависи от способността на метала да се уякчава, от степента на деформация, силите на притискане, радиусите на закръгления на матрицата и поансона, скоростта на деформиране и др. Според способността си да се уякчават металите се делят на две групи: средно-уякчаващи се (стомани 0, 8, 10, 15, месинг, алуминий) и силно-уякчаващи се (стомана 1Х18Н9Т, титанови сплави и др.). Метали, които се уякчават слабо, не се използват за дълбоко изтегляне. Средноуякчаващи се метали могат да се използват за получаване на детайли с проста форма без междинно отгряване. Силноуякчавашите се метали трябва да се отгряват след провеждане на една или няколко операции. Обикновено детайлите се отгряват пълно, но при многооперационно дълбоко изтегляне това не е целесъобразно. Затова се препоръчва местно отгряване чрез потапяне на уякчената част в солна вана или чрез индукционно нагряване, нагряване с газова горелка, в електро-пещ и др.

11

ДРУГИ МЕТОДИ ЗА ДЪЛБОКО ИЗТЕГЛЯНЕНамаляването на броя на операциите чрез увеличаване на дълбочината на изтегляне се ограничава от опасността за поява на пукнатини и разкъсвания при дъното или фланеца на изделието. В процеса на изтеглянето металът от различните участъци на заготовката не се уякчава еднакво. Ето защо деформацията и свързаният с нея коефициент на изтегляне определят технологичните възможности на процеса. Освен това фрикционните сили, действащи в областта под притискача и на изтеглящия ръб на матрицата, увеличават действието на нежелателните напрежения на опън във вертикалния участък на полуфабриката. Основните методи за интензифициране на дълбокото изтегляне са дълбоко изтегляне с местно подгряване и охлаждане на заготовката; дълбоко изтегляне в еластична или течна среда; импулсни методи за формоизменение; дълбоко изтегляне със сгъстен въздух или газ и др.

Дълбокото изтегляне с подгряване на фланеца и местно охлаждане на изделията се състои в понижаване съпротивлението на деформиране на метала във фланеца, с което се намалява стойността на коефициента на изтегляне и рязко се съкращава броят на необходимите операции. Изгодно съотношение между якостта в опасното сечение и съпротивлението на деформирането на метала във фланеца може да се постигне чрез рационално разпределение на температурата в отделните участъци на изделието - подгряване на фланеца и охлаждане на стените на изделието. Повърхността на фланеца между матрицата и притискача се нагрява с тръбни електронагреватели до температура, превишаваща температурата на рекристализация на метала. Този метод се използва главно при изделия от алуминиеви и малкопластични магнезиеви и титаниеви сплави, а също при изделия от нисковъглеродна стомани и месинг, които имат голямо съотношение между височината и размера на напречното сечение. Методът е единствен за получаване на изделия от малкопластични магнезиеви и титаниеви сплави. Прилага се още при изработването на детайли с квадратна, правоъгълна или сложна форма на напречното сечение.Дълбоко изтегляне с твърд поансон в еластична матрица - изтегляне и пространствено огъване на плоска заготовка под действието на радиални напрежения, създавани от налягането на твърдия поансон и притискача, а също и от равномерното налягане, действащо от страна на еластичната матрица. За матрици се използват гума, полимери, течност или газ. Процесът се извършва на хидравлични преси с регулирано притискане на заготовката към еластичната среда посредством хидравлична или пневматична възглавница. Дълбоко изтегляне с еластичен поансон в твърда матрица - формоизменението се осъществява под действие на налягането, което еластичният поансон оказва върху материала. По този начин могат да се изработят детайли с разнообразна пространствена форма. Когато за изтеглянето се използва налягането на течност процесът е хидравлично дълбоко изтегляне. В резултат на равномерното налягане на еластичната или течната среда за една операция могат да се получат детайли с полусферична, параболични, конусна и правоъгълна форма.

Високоскоростни (импулсни) методи за дълбоко изтеглянеПри хидровзривно деформиране енергията на взрива се предава на заготовката чрез междинна предавателна среда. Колкото средата е по-плътна, толкова по-голям е КПД на процеса. Системата матрица - заготовка - взривен заряд е поставена в басейн запълнен с вода. Високоскоростното деформиране е резултат на извънредно бързото разпространение на фронта на получената ударна вълна. Тя отдава част от енергията си за деформиране на заготовката. В резултат на това въздействие заготовката получава голямо начално ускорение.Този метод предлага възможност за получаване на изделия с практически произволен профил и с големи размери, като отпада необходимостта от изработване на поансон. Независимо от създадените големи импулсни натоварвания матриците могат да се изработят от по-евтини материали: чугун, епоксидни смоли, керамика, стоманобетон и др. Деформирането се извършва в студено състояние и отпада необходимостта от нагревателни

12

съоръжения Производителността на процеса обаче е сравнително ниска. Основните технологични параметри, които определят протичането на деформационния процес, са големината на заряда от взривно вещество и разстоянието му до заготовката.Електрохидравлично деформиране. Налягането от електрохидравличен удар, получен от електрически разряд във вода, се предава върху заготовката, в резултат на което тя се деформира. Поради сравнително малката енергия, която може да се получи по този начин, методът се прилага за изработване на малки детайли от стомана, мед, алуминий и сплавите им. Магнитно импулсно деформиране. За деформиране се използва енергията на импулсното магнитно поле, получено при изпразване на кондензатор чрез индуктор, представляващ работен орган. Тъй като процесът е електромагнитен, скоростта му не е ограничена от инерционните сили на движещи се части. Деформирането се извършва главно под действие на инерционните сили поради кратковременността на действие на външната сила.

ФОРМОВЪЧНИ ОПЕРАЦИИКъм формовъчните операции се отнасят: релефно щанцоване, бортоване, раздуване и свиване на кухи изделия, формоване.Релефното щанцоване е процес, при който върху листовия метал се създават различни по формата на контура и на профила вдлъбнатини, изпъкналости и оребрявания. Релефното щанцоване намира широко приложение за изработването на гофрирани мембрани и платна.Бортоване на отвори - процес на получаване на борт в равнинно или пространствено изделие чрез прекарване на поансон в предварително пробит отвор в него. Деформационната област обхваща част от заготовката, разположена над отвора на матрицата, която се подлага на сложно огъване с опън. Характерно е увеличаването на дължината на елемента от заготовката в тангенциално направление. Процесът завършва когато закръглението на челото на поансона се окаже извън стената на борта. Формоването е операция, която цели изменение на формата на изделие, получено чрез дълбоко изтегляне, за постигане на окончателния профил или по-точни размери. Тази операция най-често се използва, когато върху повърхността на кухите дълбокоизтегляни изделия трябва да се получат местни изпъкналости, вдлъбнатости или различни орнаменти. Реализира се обикновено с твърда матрица и еластичен поансон.Стесняването е операция, при която протича намаляване на напречното сечение на отворения край на изделие, получено чрез дълбоко изтегляне или на тръба. Широко се използва при производството на гилзи. Деформиращата се част на изделието се намира в обемно деформационно състояние. Разширяването е операция, която се използва за увеличаване на диаметъра на крайната отворена част на цилиндрична куха заготовка или тръба. Извършва се с помощта на конусен поансон. Схемата на деформационното състояние е обемна.

РОТАЦИОННО ДЕФОРМИРАНЕ (СПИНИНГУВАНЕ)Ротационното деформиране е процес на формоизменение, при който равнинна изходна заготовка или кухо въртящо се тяло приема формата на профила на модела на изделието с помощта на преместващата се деформираща сила. Характерна особеност на процеса е локализираната деформационна област, получена в резултат на действието на деформиращия инструмент (ролка). Поради локализацията на деформацията ротационното деформиране дава възможност да се получат за един преход високи степени на деформация. Спинингуването може да се извърши на универсални стругове или на специализирани машини.

13

3.3. ПОЛУЧАВАНЕ НА ЗАГОТОВКИ СЛЕД ВАЛЦОВАНЕ И ПРЕСОВАНЕ. ТЕХНОЛОГИЧНИ СХЕМИ, МАШИНИ, СЪОРЪЖЕНИЯ, ИНСТРУМЕНТИ. ТЕХНОЛОГИЧНИ ВЪЗМОЖНОСТИ.

ВАЛЦОВАНЕВалцоване се нарича процес, при който металът, въвлечен от фрикционни сили, преминава през хлабина (калибър), гарантирана от две или повече ротационни тела (валци), като при това напречното му сечение придобива формата и размерите на хлабината (калибъра). Валцоването може да се извършва в горещо или в студено състояние на обработвания метал. В зависимост от посоката на въртене на валците се различават три основни вида валцоване: - надлъжно - посоката на въртене на валците е различна, а осите са успоредни. Надлъжното валцоване е най-разпространено. Продуктите от него са профили, греди, тел, ламарина и др. готови изделия или полуфабрикати за друг вид обработване (коване, щамповане, рязане и пр.)- напречно - посоката на въртене е еднаква, осите – успоредни, използва се за производство на някои машиностроителни детайли, като зъбни колела.- косо - еднаква посока на въртене, но осите на валците са кръстосани. Косото валцоване се използва за получаване на безшевни тръби.Процесът надлъжно валцоване може да се разглежда в три етапа: захващане на метала от валците, установен процес на валцоване и напускане на метала от валците.

Силовата схема на процеса при гладки валци с еднакъв диаметър в най-общо положение е съставена от две нормални и две тангенциални сили. Условието за захващане на метала от валците изисква за всяко негово положение спрямо валците сумата от хоризонталните проекции на всички сили да бъде насочена по посока на валцоването. Условието има вида:

tgρ> tgαкъдето ρ е ъгълът па триенето, а α е ъгълът на захващанеВърху големината на коефициента на триене оказва влияние състоянието на повърхността на валците и валцования метал. Твърдостта на валците намалява коефициента на триене. С повишаване на температурата на обработване коефициентът на триене се намалява, тъй като пластичността на метала расте и се понижава съпротивлението срещу деформация.Химическият състав на метала също влияе върху процеса на валцоване. С увеличаване на въглеродното съдържание в метала коефициентът на триене се намалява. С увеличаване на периферната скорост на валците условията за захващане се влошават в зависимост от коефициента на триене.С увеличаване на диаметъра на валците и с намаляване на деформацията ъгълът α намалява, т.е. увеличава се възможността за захващане на метала от валците. В процеса на захващането на метала приложната точка на равнодействащите сили непрекъснато се мени докато завършва първият етап на процеса валцоване и започва вторият етап (установен процес па валцоване). При установен процес на валцоване по отношение на захващането възможностите са два пъти по-големи:

ρ ≥ α2

В едно от сеченията на деформационното пространство скоростта на метала се изравнява с хоризонталната проекция на периферната скорост на валците - това сечение определено от ъгъла γ се нарича критично. То разделя деформационното пространство на две зони: зона на изпреварване и зона на изоставане. Съществува връзка между ъгъла на захващане α, критичния ъгъл γ и ъгъла на триене ρ.

Уширение

14

При валцоването блоковете се деформират във всички посоки. Височината се намалява за сметка на увеличаване на дължината и широчината в съответствие със закона на постоянство на обема: H .B . L=h . b .l. При това коефициентът на деформация е произведение от коефициента на удължението и коефициента на уширение.Уширението е фактор, който играе важна роля при валцоването на металите. Изразява се като разлика от ширината на блока след и преди деформиране: ∆ b=b−B.Върху уширението, респективно коефициента на уширение, оказват влияние редица фактори. С увеличаване на деформацията по височина Δh уширението се увеличава. С увеличаване на диаметъра на валците уширението също се увеличава. Влияние оказват още широчината на деформационното пространство, скоростта на валцоване, температурата, триенето и формата на напречното сечение (профила). При валцоването под понятието калибър се разбира светлият отвор между двата работни валци, който определя формата и размерите на сечението на метала след валцоването. Окончателният профил се постига чрез последователно преминаване на метала през система от калибри, които постепенно намаляват площта на напречното сечение, като променят формата и размерите му до тези на профила. Калибрите от една система на калибровка имат различно предназначение. Първите няколко калибъра предизвикват сравнително големи деформации (ако го допуска металът) без особено изискване към размерите и качеството на повърхността - чернови калибри. Следващата група от калибри подготвя напречното сечение към формата и размерите на профила (чистови калибри). По отношение на разположението си на валците калибрите се разделят на открити и закрити.Важен елемент на калибъра е разстоянието между валците. В общата височина на калибъра влиза разстоянието t между валците. Това разстояние трябва да бъде по-голямо от сумарната еластична деформация на работната клетка в процеса на валцоване, тъй като чрез него тя се компенсира. Разстоянието между валците на практика се определя в зависимост от конструкцията на валцовия агрегат и предназначението на калибъра. Наклоните на стените на калибъра улесняват влизането и излизането на метала във валците.Неутралната линия на калибъра е тази хоризонтална линия, която минава през центъра на тежестта му. Тя разделя калибъра на две части, които имат еднакви статични моменти спрямо нея. При прости симетрични профили хоризонталната ос на симетрия съвпада с неутралната линия. При фасонни профили без ос на симетрия се използват методи за определяне на центъра па тежестта.Закръгленията в калибрите увеличават износоустойчивостта на валците, като при това се избягва концентриране на вътрешни напрежения в тях. От друга страна, закръгленията не допускат създаването на остри ръбове в профилите, които се охлаждат по-бързо и могат да създадат нееднородност в деформацията.

ВАЛЦОВАНЕ В МАШИНОСТРОЕНЕТООсвен класическото използване на валцоването в металургичното производство, в машиностроенето се прилагат някои специални методи. При това коефициентът на използване на метала значително се увеличава и се намалява себестойността на произвежданата продукция. Към методите за валцоване, създадени за машиностроителното производство, се отнасят: обработване с ковашки валци, надлъжно-периодично валцоване, напречно-клиново и напречно-винтово валцоване, валцоване на зъбни и верижни колела, свредла, метчици и др.Обработване с ковашки валци. Използва се за подготовката на полуфабриката за следващо обработване и като окончателна операция. Предварителното профилиране на полуфабриката с помощта на ковашки валци е целесъобразно за изковки с удължена форма. То осигурява преразпределение на метала по дължина на заготовката, с което се създават по-добри условия за следващото щамповане. По този начин се осигурява готово изделие с променливо по дължина напречно сечение (подобно на периодичното валцоване). Деформиращата част на валците (инструмента) е сменяема и не обхваща цялата част на окръжността им. В практиката този метод се прилага за подготовка на формата на полуфабриката.

15

Надлъжно-периодичното валцоване се прилага за получаване на периодични профили от три вида: с периодичност на профила само от едната страна (единия от валците е с постоянно сечение), периодичност на профила от двете страни при незадължително съвпадане на фигурите, и периодичност на профила от двете страни при задължително съвпадане на фигурите. Типичен пример за валцоване от втори вид е горещо валцована стомана за арматура в железобетонни конструкции. При напречното валцоване заготовката получава въртеливо движение вследствие въртенето на валците. Поради това този метод се прилага за обработване главно на ротационни тела. Производителността на процеса се увеличава десет пъти в сравнение с обработването на металорежещи автомати, а разходът на метал се намалява значително. Освен това се подобрява качеството на изделията, повишават се якостта и износоустойчивостта им.

Напречно-клиновото валцоване се извършва с инструмент с наклонени странични стени, разположени под определен ъгъл спрямо равнината на въртене. Конструкцията на валците позволява преразпределение на материала на заготовката, осигуряващо получаването на зададения профил (краен или междинен). Двувалцовата схема е подходяща за получаването на къси изделия от типа на валове и оси. По-благоприятни условия от

гледна точка на напрегнатото състояние създава тривалцовата схема. Недостатък на тази схема е ограничаването на минималния диаметър на изделието поради опасността от допирането на валците. Схемите със сегментни валци се използват за валцоване на детайли от типа зъбни колела, лицеви валове и др. Прилагат се още методи на валцоване с две подвижни плочи и една подвижна и една неподвижна плоча, които се използват за получаване на детайли със сложна форма.

Напречно-винтовото валцоване (косо валцоване) се използва за производство на тръби и тръбни заготовки, така и на различни видове втулки, оребрени тръбни изделия, сфери (топки) и за подготовка на полуфабрикати за щамповане. (Plug Pierce Rolling Process)

Валцоването на зъбни колела се осъществява по принципът на обхождането. За целта е необходимо инструментът и заготовката да имат равни ъглови скорости и началните им окръжности да се търкалят една по друга без приплъзване. Но освен движението, осигуряващо обхождането, на инструмента или заготовката се задава допълнително движение за осъществяване на деформирането. Характерна особеност на процеса е, че формообразуването на зъбния венец става постепенно.Валцоването на зъбни колела се извършва при горещо или студено състояние на заготовката. Прилагат се два основни метода за горещо валцоване на цилиндрични зъбни колела: с радиално и с осово преместване на образуващия профил.

При валцоването на зъбни колела с радиално преместване на образуващия контур заготовката във форма на диск се върти от делителен механизъм. Деформиращите инструменти се въртят и преместват в радиална посока (радиално подаване). Профилът па

зъбите се образува във всеки момент при различно междуосово разстояние. Окончателната форма па зъбите се получава само при достигане па зададеното междуосово разстояние. Възможен е случаят, когато един от инструментите е гладък, като той калиброва върховете на оформените зъби.

При схемата за валцоване на цилиндрични зъбни колела с осово подаване заготовката се закрепва в специално подавателно съоръжение и се придвижва с определена скорост между въртящите се инструменти при

16

постоянно междуосово разстояние. Пластичното деформиране на заготовката става постепенно поради специално оформения приемащ конус.Чрез валцоване в горещо състояние се изработват и конусни зъбни колела с прави и спирални зъби. Инструментът е наклонен под определен ъгъл спрямо заготовката и при съвместяване на въртеливо и постъпателно движение той обхожда заготовката без приплъзване и се вбива в нея до получаването на пълната височина на зъба. Във всички случаи на горещо валцоване на зъбни колела заготовката се нагрява индукционно.За валцоване на зъбни колела, червяци, шлици на шлицови валове се използва схема с два противоположено движещи се зъбни гребена (метод Roto-Flo1).

ПРЕСОВАНЕПресоването е технологичен процес на деформиране на металите, при който изделието се получава вследствие изтичане на метала от затворено деформационно пространство през отвор, чието напречно сечение е по-малко от изходното. Пресоването може да се осъществи по два метода - прав и обратен метод.При метода на правото пресоване на плътни и на кухи профили изтичането на метала от контейнера през матрицата се извършва под действието на поансона по посока на движението му. При обратното пресоване подобни профили се получават в резултат на преместването на матрицата противоположно на изтичането на метала. Формата и размерите на напречното сечение на плътни изделия при двата метода се определят от конфигурацията и размерите на отвора на матрицата. За получаване на кухи изделия (тръби) се използва дорник, поставен в отвора на матрицата. В този случай напречното сечение на пресованото изделие зависи от междината между отвора и дорника.Посредством горещо пресоване се изработват различни по форма на напречното сечение изделия от цветни метали и сплави, като плътни профили, тръби, плътни и кухи профили със сложна форма на напречното сечение.Процесът на пресоване се отличава с голяма гъвкавост. Преминаването от производство на един вид профил към друг при близки по размер изделия се извършва чрез замяна само на отделни детайли на работния инструмент (матрицата и дорника). Схемата на напрегнато състояние при пресоване е всестранен неравномерен натиск – това създава условия за голяма пластичност, поради което освен цветните метали стоманите и сплавите с високи технологични свойства могат да бъдат пресовани и стомани и сплави с малка пластичност (титанови сплави). За обработване на сплави с малка пластичност се прилага пресоване с противоналягане. В този случай върху изтичащия през отвора на матрицата метал се прилага външна сила, която увеличава големината на напреженията на натиск и отслабва действието на напрежения на опън, появяващи се при изхода на матрицата. Пресоването с противоналягане се осъществява по две основни схеми.

При първата схема силата на противоналягане действа върху края на изделието на разстояние от матрицата. Възникващите външни напрежения не трябва да превишават границата на провлачане на зададения материал, тъй като в противен случай свободният край на профила ще изгуби устойчивост (ще се огъне). При втората схема изкълчването на изделието се предотвратява чрез удължена направляваща част под матрицата и в този случай напрежението на противоналягане може да превишава границата на провлачване.

Други разновидности на пресоването, при които се увеличава пластичността на метала и същевременно се намаляват значително силите на триене, са хидростатичното пресоване и горещото хидродинамично пресоване.

1 Spline Rolling Machinehttp://www.andersoncook.com/machine-tools/what-is-spline-rolling/

17

При хидростатичното пресоване действието на твърдия поансон е заменено с течна среда. Процесът протича в условията на тримерен натиск, породен от хидростатичното налягане, а триенето между метала и инструмента е близко по характер на течно триене. При горещо хидродинамично пресоване необходимото налягане върху пресования метал се създава с помощта на полупластична междинна среда, която се поставя между заготовката и челото на поансона. Мазилният слой и хидростатичното налягане възникват след запълване на предвиденото пространство между заготовката и кухината на контейнера с междинната среда под влияние на нарастващия натиск от страна на поансона.

Характер на изтичането на металаПресоването се различава от другите методи за пластично деформиране на металите с рязкото изменение на характера на изтичане на метала в началото и в края на процеса. Характерните особености на изтичането на метала през конична матрица включват:1. Правите и надлъжни линии остават практически такива и след пресоването (с изключение на предния край), като претърпяват огъване при входа на матрицата.2. Началото и краят на огъването на всяка надлъжна линия очертават повърхнините на пластичната зона, изпъкналостта на която е насочена срещу движението на пресования метал.3. Всички напречни прави линии на координатната мрежа се издуват в направление на изтичането на метала. Това свидетелства за изоставане на периферните слоеве спрямо централните, което се дължи на триенето между метала и стените на деформационното пространство, а също така и на повишеното съпротивление на деформация на повърхностните слоеве поради по-бързото им охлаждане. При цялостно пресоване на изделието (без пресостатък) това води до образуване в задния му край на кухина (прессмукнатина).Следователно чрез изменение на температурно-деформационния режим на пресоването и условията на триене между метала и инструмента може да се изменя характерът на изтичането и да се влияе върху равномерността на механичните свойства на изделието.В зависимост от силите на триене и неравномерността на съпротивлението на деформация по сечението на пресования материал зоните на интензивната деформация се разпространяват по три начина:1. Зоната на деформация се съсредоточава около матрицата, разпространявайки се по дължината на полуфабриката. Такава картина се наблюдава при малък коефициент на триене, малка грапавост на повърхнината на контейнера и липса на температурна разлика между стените на деформационното пространство и повърхността на полуфабриката. 2. Зоната на деформация се разпространява по цялата височина на полуфабриката и скоростта на движение на вътрешните слоеве е значително по-голяма от тази на външните. Такова изтичане на метала се получава при средни стойности на коефициента на триене и когато е налице неравномерност на температурата по сечението на полуфабриката.

3. Образуване на три отделни области с различен характер на движение на метала в тях се получава при големи стойности на коефициента на триене и голяма температурна разлика между повърхностите на полуфабриката и на контейнера. В този случай неравномерността на деформация е най-голяма. Когато металът изтича през матрица с плоско дъно, в ъглите се

образуват застойни зони, които не се деформират, затова дъното на матрицата се прави конусно.

18

В процеса на пресоване силовите и деформационните условия претърпяват няколко изменения, които определят три основни етапа на изтичане на метала:

I - запълване на свободното пространство в контейнера и навлизане на метала в отвора на матрицата;II - ламинарно изтичане на пресования метал;III - турбулентно изтичане на пресования метал.

Под влияние на активните сили и напрежения в пресования метал възниква сложно напрегнато състояние – всестранен неравномерен натиск. В етапа на ламинарно изтичане на метала, когато процесът има уставен характер, напрегнатото състояние се характеризира с това, че максимални по абсолютна стойност са радиалните напрежения. Скоростта на изтичане на метала при пресоване зависи от удължението и скоростта на движение на поансона. След пресоване на някои метали и сплави се наблюдава т.нар. прес-ефект, който се изразява в силно проявена текстура на деформацията, запазваща се и след отгряване. Вследствие на прес-ефекта якостта на изделието в надлъжно направление е по-голяма в сравнение с аналогични профили, получени чрез други методи за обработване чрез пластична деформация.

Определянето на технологичния режим при пресоване включва изчисляване на силата за пресоване и специфичното налягане, размерите на полуфабриката и избор на контейнер, температурен интервал и скорост на пресоване, използване на мазилни вещества. При определяне на температурния интервал на деформацията при горещото пресоване трябва да се осигури равномерно разпределение на температурата по сечението на полуфабриката през време на пресоването при същевременно изключване на прегряването му вследствие на допълнителното отделяне на топлина през време на деформацията. Ако полуфабрикатът е нагрят предварително по цялото сечение равномерно, вследствие на неизбежните топлинни загуби температурата на повърхността му до началото на пресоване ще се понижи. Поради това е целесъобразно да се създава предварителна температурна разлика между външните и вътрешните слоеве. За полуфабрикати с диаметър > 100мм предварителна температурна разлика около 40 - 60°С се създава чрез индукционно нагряване. Подгряването на контейнера до допустимата температура, при която той запазва необходимите якостни свойства, се извършва посредством електросъпротивителни или индукционни нагреватели. От друга страна, при пресоване с повишени скорости затрудненото отвеждане на топлина създава опасност от прегряване на метала. Поради това скоростта на пресоване трябва да се избира едновременно с температурата на преддеформационното нагряване и да се съобразява с останалите деформационни условия.Необходимостта от мазане е продиктувана от намаляване на пълната сила на пресоване, осигуряване на термична изолация през време на процеса и на равномерност при изтичане на метала, подобряване на експлоатационните условия на пресовия инструмент. В зависимост от температурните условия и начините за осъществяване на мазането върху контактните повърхнини се използуват прахообразни (графит) и втечняващи се в процеса на горещо пресоване мазилни вещества (стъкломасла).

Колянови преси за листово щамповане1. Универсални колянови преси – с просто действие (само 1 супорт)

- едностойкови – напречното сечение на стойката е затворен контур; с напречно разположение на коляновия вал;

- двустойкови – опорите на коляновия вал са от двете страни на мотовилката- с едностранно / двустранно задвижванеа) откритиб) закрити – тяло от рамков тип, механични, пневматични и хидравлични избутвачи

2. Специализирани колянови преси за листово щамповане

19

- Колянови преси с двойно действие – за дълбоко изтегляне, с два супорта – външен и вътрешен

- Колянови преси с тройно действие – допълнителен независим трети супорт в масата на пресата; за обратно дълбоко изтегляне

- Листоогъващи преси- Колянови преси за отрязване на листов и прътов материал – ножици за разделяне

на листов материал на ивици, гилотини с наклонен горен нож

Машини за обемно деформиране1. Колянови преси за горещо обемно щамповане2. Хоризонтални ковашки машини – вертикална и хоризонтална равнина на разделяне на

щампата3. Хоризонтални огъващи машини4. Ротационни машини за обемно деформиране

- Валци- Ротационни ковашки машини- Радиални ковашки машини

5. Винтови преси- Фрикционни- Хидровинтови – непосредствено задвижване или чрез зъбна предавка- Електровинтови

6. Колянови преси за студено обемно щамповане

Автомати за листово и обемно щамповане1. Автомати за огъване – с хоризонтална, вертикална или наклонена маса;

еднопозиционни и двупозиционни2. Автомати за пробиване и отрязване с долно задвижване – автомати за щанцоване3. Автомати за пробиване и изсичане с ЦПУ4. Многопозиционни автомати за студено обемно щамповане – 1, 2 или 3

последователни прехода (няколко поансона и 1 матрица)- Специализиран автомат с разделящи се матрици- Универсални еднопозиционни автомати- Едноударни автомати за производство на детайли чрез обратно изтичане

5. Многопозиционни автомати за обемно щамповане – позициите за щамповане могат да се разположат хоризонтално, вертикално, по дъга

Чукове за коване и щамповане1. Паровъздушни чукове – с просто или двойно действие2. Чукове с двустранен удар – без наковалня, насрещно движение на двата бойника3. Пневматични чукове – компресорен цилиндър на самия чук4. Високоскоростни чукове – еднокамерни и двукамерни5. Хидравлични чукове – просто или двойно действие

Хидравлични преси Бутални (двойнодействащи) или плунжерни цилиндри (еднодействащи, при високо налягане)Хоризонтални и вертикални хидравлични преси

1. Хидравлични преси с непосредствено задвижване от помпа – с постоянен или регулиран дебит

2. Хидравлични преси с помпено акумулаторно задвижване3. Специални конструкции преси за листово и обемно щамповане – тройнодействаща

преса за хидромеханично дълбоко изтегляне.

20