Методы изготовления заготовок металлов
Металлические заготовки (ленты, полосы, трубки, проволоку, штабики) получают из компактного металла методами прокатки, волочения, ковки, штамповки или выдавливания.
Прокатка — пластическая деформация металла путем его обжатия между валиками, вращающимися в разных направлениях. Прокатка применяется для получения круглых, квадратных, шестигранных профилей и уголков из стали и цветных металлов, а также тончайших лент толщиной 5 — 150 мкм из вольфрама, молибдена, тантала, титана, нихрома и других металлов. На рис. 9.5 показана схема прокатки полосового металла: полоса металла 1 толщиной ho силами трения втягивается в щель между валками 2, причем толщина щели меньше начальной толщины полосы.
Абсолютным обжатием называется разность между исходной (Ло) и конечной (hi) толщиной полосы (мм):
где d — диаметр рабочих валков; hi — толщина ленты после прокатки.
Поэтому диаметр валков должен быть тем меньше, чем меньше требуемая толщина ленты.
В последнее время применяются методы прокатки металлов в вакууме или защитных средах, что предотвращает загрязнение металла в процессе обработки, увеличивает пластичность, прочность металла и обеспечивает его дегазацию.
Волочение — процесс пластической деформации металлической заготовки путем ее протягивания под действием внешней силы через отверстие, сечение которого меньше исходного первоначального сечения заготовки (рис. 9.6). В процессе волочения металлическим заготовкам придается требуемая геометрическая форма, точные размеры и гладкая поверхность. К проволоке 1 с начальным диаметром di прикладывается усилие волочения Р, с помощью которого она протягивается через канал
Степенью деформации называется отношение абсолютного обжатия к исходной толщине полосы (%):
Контакт металла с валками происходит по дугам ab и de, которые называются дугами захвата. Металл деформируется в зоне, ограниченной плоскостью входа металла в валки, плоскостью выхода металла из валков и дугами захвата. Этот объем металла называется геометрическим очагом или контактной зоной деформации.
При холодной прокатке тончайших лент из трудно деформируемых тугоплавких металлов необходимо соблюдать следующее условие:
Под давлением стенок канала фильеры проволока обжимается по всей контактной поверхности в каждой точке зоны деформации.
При протягивании через фильеру длина проволоки увеличивается пропорционально уменьшению ее поперечного сечения. Оптимальная величина усилия волочения Р зависит от механических свойств и диаметра проволоки, величины обжатия в фильере, рабочей температуры фильеры, ее формы, качества смазки и т.д.
Фильеры изготовляют из очень твердого и износостойкого материала (твердых сплавов, алмаза или рубина) — это предотвращает быстрое изнашивание их входного отверстия, называемого глазком или очком. При изнашивании фильеры проволока имеет неравномерную толщину и шероховатую поверхность.
Обработка металла методом гидроэкструзии — выдавливание (прессование) прутка металла под действием всестороннего гидростатического давления жидкости. Под действием всестороннего давления жидкости, достигающей десятков тысяч атмосфер, металл 2 принимает форму профиля матрицы 3 (рис. 9.7). Деформация осуществляется в контейнерах 1 при постоянной температуре 300°С. В качестве жидкости применяют воду, керосин, бензин и др. Метод гидроэкструзии по сравнению с методом ротационной ковки обеспечивает равномерность механических свойств по длине заготовки и деформации по сечению заготовки, отсутствие поверхностных трещин; предупреждает зарождение раковин и приводит к частичному залечиванию дефектов, существовавших в металле до механической обработки. Это способствует повышению пластичности хрупких металлов и улучшению их вакуумной плотности.