Производство заготовок пластическим деформированием, часто называемое обработкой давлением, основано на способности металлов и сплавов изменять форму и размеры без разрушения.

Широко применяют пластическое деформирование как в горячем, так и в холодном состояниях. Можно выделить следующие основные способы: прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка (рис. 56).

Рис. 56. Схемы основных способов обработки металлов давлением: а) прокатка; б) волочение; в) прессование; г) ковка; д) объёмная штамповка; е) листовая штамповка

Прокатка осуществляется путём захвата заготовки 2 и деформирования её между вращающимися в разные стороны валками 1 прокатного стана, толщина полосы при этом уменьшается, а длина и частично ширина возрастают.

Волочение – процесс, при котором исходная заготовка 2 протягивается на волочильном стане через отверстие инструмента 3, называемого волокой. При этом поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина – увеличивается.

Прессование – это выдавливание заготовки 4 из специального цилиндра 5 через отверстие матрицы 6, удерживаемой держателем 7. Выдавливание происходит при помощи пресс-шайбы 8 и пуансона 9.

Ковка заключается в обжатии заготовки 2 между верхним 10 и нижним 11 бойками
с применением разнообразного кузнечного инструмента.

Штамповка – процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которых определяют форму и размеры получаемой поковки. Штамповка бывает объёмной и листовой. При объёмной штамповке на горячештамповочных молотах и прессах исходная заготовка 2 деформируется в штампе 12. Листовая штамповка заготовки 4 производится на холодноштамповочных прессах при помощи пуансона 9, прижима 13 и матрицы 6.

При обработке давлением по любому способу одновременно с изменением формы
и размеров исходного материала изменяются структура и механические свойства. Объём же металла, если он ранее подвергался деформации, не меняется. В теории обработки металлов давлением это свойство называется условием постоянства объёма.

Если первоначальный объём заготовки в форме прямоугольного параллелепипеда был равен HB₁L₁, то после деформации имеем:

HB₁L₁=hB₂L₂

или

где: - уковка (высотная деформация); - поперечная деформация (уширение); - вытяжка. Сумма смещённых объёмов пластически деформированного тела по трём взаимно перпендикулярным направлениям равна нулю.

На пластичность металлов и их сопротивление пластическому деформированию влияют: схема напряжённого состояния, химический и фазовый состав, температура и скорость деформирования. Прессование, прокатка, горячая объёмная штамповка, ковка характеризуются всесторонним неравномерным сжатием. Эта схема нагружения наиболее благоприятна для достижения максимальной степени пластической деформации.

При листовой штамповке и волочении реализуется схема двустороннего сжатия
с растяжением. Металл после обработки давлением приобретает выраженную анизотропию свойств.

Чистые металлы всегда имеют большую пластичность, чем их твёрдые растворы, а однофазные структуры более пластичны, чем двухфазные. Любые химические неоднородности и растворённые газы сильно снижают способность металла к пластическому деформированию, особенно в области высоких температур.

При низких температурах пластичность металла уменьшается, а при повышенных возрастает.

Под скоростью деформирования понимают величину относительного изменения размеров тела в единицу времени в направлении действующей силы, т. е.

где     V_cp – средняя скорость инструмента во время деформирования, мм/с;

?h_cp – средняя величина деформации, мм.

Для различных процессов обработки давлением средняя скорость деформации существенно различна (табл. 4).

Влияние скорости деформации на пластичность металла неоднозначно. При обработке давлением в горячем состоянии увеличение скорости деформации понижает пластичность металла, а при обработке в холодном – наоборот.

Нагрев металла перед обработкой давлением. Пластическая деформация может производиться как в холодном, так и в горячем состояниях. В результате холодной деформации прочностные характеристики возрастают с увеличением степени деформации, а пластичность снижается.

Совокупность изменения свойств металла в результате холодной деформации называют наклёпом. Наклёп бывает иногда весьма полезен, увеличивая в 2–3 раза пределы прочности и текучести, например, в производстве гвоздей. В то же время наклёп значительно увеличивает сопротивление материала деформированию, что вызывает применение машин большей мощности. Понижение пластичности наклёпанного металла бывает весьма значительным. Например, у низкоуглеродистой стали относительное удлинение уменьшается с 30–35 % до 5–6 %, т. е. в 6 раз. Деформирование заготовки при температуре рекристаллизации Т_рек сопровождается снятием наклёпа.

Рис. 57. Температурный интервал обработки давле-нием углеродистых сталей

Процесс обработки давлением, при котором скорость рекристаллизации достаточна для полного разупрочнения, называют горячей деформацией. При горячей деформации сопротивление металла деформированию снижается в 8–10 раз. Горячая деформация предпочтительна при обработке малопластичных металлов и при больших скоростях деформации.

Температура нагрева для горячей деформации зависит от природы деформируемого материала, его химического состава, а также от толщины заготовки. Однако всегда температура нагрева должна быть значительно ниже температуры солидуса сплава. Если металл перегреть, то появляется неисправимый брак – «пережог», вызванный окислением границ зёрен.

Температуру начала обработки давлением назначают на 50–100 ^оС ниже температуры солидуса сплава (рис. 57).

Заканчивают деформирование при температуре не ниже Т_рек. Каждый металл или сплав имеет свой строго регламентируемый интервал обработки давлением.

Для нагрева заготовок перед обработкой давлением применяют нагревательные печи (камерные или методические) и электронагревательные устройства.