Важнейшими технологическими процессами заготовительного производства в машиностроении являются обработка металлов давлением и литейное производство. Основным исходным сырьем машиностроительного производства являются металлы и сплавы на их основе.
Металламиназываются непрозрачные кристаллические вещества, обладающие такими характерными свойствами, как прочность, пластичность, электропроводность, теплопроводность, блеск. Металлы традиционно подразделяются на две большие группы: черные и цветные.
К черным металлам относят железо и сплавы на его основе ‑ сталь и чугун, а иногда также марганец и хром; к цветным ‑ все остальные металлы и сплавы на их основе, среди которых наибольшее применение в машиностроении нашли алюминий, медь, титан, никель.
Огромные преимущества металлических материалов перед остальными состоят в возможности целенаправленного изменения их состава и структуры исходя из конкретных потребностей деталей и изделий машиностроения, а также в том, что по набору своих физических, химических, механических, технологических свойств, а также приемлемости стоимости они превосходят другие конструкционные материалы, в частности полимерные. При этом необходимо отметить, что в последнее время все же наблюдается тенденция вытеснения металлов и сплавов на их основе более технологичными полимерными и композиционными материалами, стоимость которых по мере развития технологии их изготовления постепенно снижается.
Основной задачей технологических процессов заготовительного производства является получение заготовок, приближенных по форме и размерам к готовым деталям.
Обработка материалов давлением является одним из наиболее распространенных и прогрессивных способов обработки, так как по сравнению с другими методами она обеспечивает меньшие потери металла, высокую производительность, относительно малую трудоемкость, увеличение прочности металла, широкие возможности механизации и автоматизации технологических процессов. Заготовки, получаемые обработкой давлением, имеют минимальные припуски на механическую обработку, а иногда и не требуют такой обработки.
Понятие об упругой и пластической деформации металлов. Под обработкой металлов давлением в машиностроении понимают технологические процессы получения заготовок и готовых изделий из черных и цветных металлов путем деформирования их в холодном или горячем состоянии.
Деформация – это изменение формы и размеров твердого тела, под воздействием приложенных к нему нагрузок. Различают деформацию упругую (обратимую) и пластическую (необратимую).
Упругая деформация – деформация, которая исчезает после снятия нагрузок, т.е. тело восстанавливает свою первоначальную форму.
Пластическая деформация – деформация, которая остается после снятия внешней нагрузки. Она сопровождается смещением одной части кристалла относительно другой на значительные расстояния.
Способность металлов и сплавов к пластической деформации имеет важное практическое значение, т.к. все процессы обработки металлов давлением основаны на пластической деформации заготовок.
Пластичность – это способность твердого тела сохранять целостность без видимых макроскопических нарушений в процессе деформирования. Она зависит от химического состава, строения кристаллической решетки металла, температуры, скорости деформирования и ряда других факторов.
При пластической деформации изменяются свойства деформируемого металла и эти изменения принято называть упрочнением или наклепом.
Для восстановления пластичности холоднодеформированного упрочненного металла его подвергают отжигу. Перед горячей обработкой давлением, прокаткой, штамповкой металлы и сплавы нагревают до определенной температуры для повышения их пластичности и уменьшения сопротивления деформирования. В процессе обработки температура металла понижается. Минимальная температура, при которой можно проводить обработку называется температурой окончания обработки давлением.
Область температур между началом и окончанием обработки называют интервалом горячей обработки давлением.
Для углеродистых сталей температурный интервал горячей обработки давлением выбирают в зависимости от содержания в них углерода по диаграмме “железо-углерод”.
Нагрев крупных заготовок чаще всего осуществляется в пламенных печах, в которых сжигается топливо. Мелкие заготовки иногда нагревают в электрических печах.
К основным способам обработки металлов давлением относят такие процессы как: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, горячая и холодная объемная штамповка, листовая штамповка и др.
Процессы обработки давлением отличаются высокой производительностью при небольших отходах металлов и улучшением их физико-механических свойств, что позволяет снизить массу деталей и повысить их надежность.