Теоретические основы обработки металлов давлением
За последние годы в технологии машиностроения на стадии получения заготовок и деталей резко возросла доля процессов обработки металлов давлением (ОМД). Это связано с тем, что ОМД обеспечивает высокое качество металла заготовок, существенное снижение расхода металла и повышение производительности труда. В частности, коэффициент использования металла можно повысить до 70—75 % (а в некоторых случаях — при холодной объемной штамповке — до 95 %). Вот почему такое большое внимание уделяется сейчас целенаправленному применению высокопроизводительных и экономичных процессов ОМД в технологии машиностроения. Основные процессы и роль ОМД в машиностроении
Ковка, штамповка, прессование, волочение и прокатка — основные процессы обработки металлов давлением. Придание металлу необходимой формы, возможно ближе отвечающей конфигурации будущей детали и получаемой с наименьшими трудозатратами; исправление дефектов литой структуры; повышение качества металла путем преобразования литой структуры в деформированную и, наконец, сама возможность пластического деформирования мало пластичных сплавов — основные аргументы применения процессов обработки металлов давлением. Таким образом, улучшения качества металла достигают не только при его выплавке, разливке и последующей термической
обработке, но и в процессе ОМД. Даже самые совершенные в настоящее время процессы плавки и электрошлаковый переплав металла, глубокое вакуумирование перед разливкой не обеспечивают наивысшего качества металла, полного ресурса его деформационных и прочностных характеристик. Именно пластическая деформация, исправляя дефекты литого металла и преобразуя литую структуру, сообщает ему наивысшие свойства. Из всего многообразия процессов обработки металлов давлением наиболее универсальны ковка и прокатка. Только ковкой и прокаткой можно получить крупные многотонные деформированные изделия. Процессы ОМД часто применяют для первоначальной деформации прецизионных мало пластичных сплавов. Новый этап усовершенствования процессов ОМД связан со все возрастающим использованием крупных слитков, непрерывно-литой заготовки и появлением в промышленности сложнолегированных жаростойких и высокопрочных сплавов. Качественный металл для крупных слитков (150 т и более), используемых для уникальных изделий энергомашиностроения, и слитков средней массы (10—70 т), применяемых для производства поковок ответственного назначения, получают, как правило, мартеновским дуплекс-процессом с последующим вакуумированием. Тем не менее даже при строгом" соблюдении технологических параметров выплавки и разливки слитки оказываются в лучшем случае свободными лишь от поверхностных дефектов. Осевая (V-образная) и вне осевая (А-образная) ликвация, несплошности усадочного происхождения, неметаллические включения неизбежно присутствуют в слитках и переходят в деформированную заготовку. Это вызывает необходимость если не полного устранения, то значительного снижения их вредного влияния на качество машиностроительной продукции.
Проблема осложняется тем, что для заготовок разных габаритов существенно изменяется не только распределение деформаций, но также и само построение технологического режима обработки давлением.
Особый интерес представляет получение качественных изделий из непрерывно литой заготовки. Одним из основных преимуществ процессов непрерывной и полу непрерывной разливки стали является отсутствие деформации слитков на обжимных станах. Но для устранения внутренних дефектов непрерывно литой заготовки (трещин в центральной зоне, осевой пористости и усадочных несплошностей) необходимо задавать повышенные обжатия, что значительно сокращает сортамент заготовок для машиностроения. Задача уплотнения и заварки внутренних дефектов усадочного происхождения при малых обжатиях весьма интересна для машиностроителей.
В подавляющем большинстве процессов пластического деформирования течение металла неоднородно и итоговое распределение деформаций (и механических свойств) неравномерно. Это явление, как правило, справедливо считают вредным. Однако для ряда ответственных изделий машиностроения высокие прочностные или пластические свойства (и соответствующая более значительная деформационная проработка металла) часто требуются лишь в отдельных участках объема. Конструкторские требования иногда предусматривают именно неравномерное распределение механических свойств металла в объеме изделия, что значительно экономичнее достигается соответствующим распределением пластических потоков металла и деформаций при ОМД, т. е. заданной неравномерностью течения металла. Распределение пластического течения металла по трем координатным осям пространства определяется в общем случае положением об относительно наименьшем сопротивлении деформации. Таким образом, применение процессов обработки металлов давлением в машиностроительной промышленности позволяет не только значительно экономить металл и увеличивать производительность обработки заготовки, но также дает возможность повышать ресурс эксплуатационных характеристик деталей и конструкций.
