Какие типы гибочных операций могут быть выполнены на гибочном прессе?
Представьте себе, как из плоского листа металла с помощью одного станка можно создать точный трехмерный компонент. Это чудо металлообработки становится…
Существует высокая вероятность того, что при выборе сплава для промышленного, медицинского или потребительского применения требуются определённые формы и механические свойства. Именно здесь на помощь приходят процессы холодной обработки.
Холодная обработка включает в себя любые процессы обработки металлов, при которых сплав подвергается пластической деформации ниже своей температуры рекристаллизации. У каждого сплава своя температура рекристаллизации, но, как правило, она находится примерно на полпути к температуре плавления металла.
От чеканки и роликовой формовки до штамповки — успешный проект холодной обработки позволяет получить материал с высокой степенью точности размеров и механических свойств, а также с выдающейся воспроизводимостью и взаимозаменяемостью.
При деформации многие металлы становятся твёрже из-за процессов на атомарном уровне. Упрочнение при деформации происходит, когда металл подвергается определённому уровню напряжения, и атомы в его зернах смещаются и «блокируются». При многократном повторении металл становится более устойчивым к дальнейшей деформации, так как многие атомы уже зафиксированы. Таким образом, введение работы или энергии укрепляет материал.
Иногда упрочнение при деформации происходит случайно и нежелательно. Однако чаще всего это результат целенаправленных действий, поскольку прочные материалы необходимы во многих сферах. Поэтому процессы холодной обработки широко применяются в аэрокосмической и автомобильной промышленности, а также во многих других отраслях.
Ключевое различие между горячей и холодной обработкой — это температура. Однако существуют и другие важные отличия между этими двумя методами формовки металлов.
Рекристаллизация — это важное явление в металлургии. Она происходит, когда атомы металла получают достаточно энергии для образования новых кристаллов. Подобно тому как вода переходит в пар или лед, металл также имеет свои фазовые переходы. У каждого металла своя точка рекристаллизации.
Технические определения горячей и холодной обработки опираются на температуру рекристаллизации металла. Горячая обработка — это деформация металла выше температуры его рекристаллизации. Напротив, холодная обработка происходит ниже этой температуры. Существует также промежуточный процесс — тёплая формовка.
Горячая обработка предъявляет иные требования и даёт другие результаты по сравнению с холодной обработкой. Эти различия критически важны при выборе метода формовки. Например, нержавеющая сталь, прошедшая горячую обработку, обладает высокой пластичностью и не проявляет упрочнения от деформации или остаточных напряжений. Однако горячая обработка требует значительных затрат тепловой энергии, что сокращает срок службы металлургического оборудования и увеличивает издержки.
Холодная обработка не требует нагрева, но также имеет свои затраты. Для холодной обработки нержавеющей стали необходимы большие усилия для деформации металла. Такое решение обеспечивает более гладкую поверхность и больший контроль над механическими свойствами.
Как и при термической обработке, каждый процесс холодной обработки имеет свои плюсы и минусы. Производители выбирают оптимальный вариант, исходя из предполагаемого применения металла.
Различные процессы свидетельствуют о многообразии применений металлов. Каждый метод холодной обработки придаёт металлу определённые характеристики.
Существует четыре основных типа процессов холодной обработки:
Точная штамповка — это сложный процесс, объединяющий несколько методов холодной обработки.
Валковая прокатка, холодная ковка, чеканка и экструзия считаются методами холодной обработки, основанными на сжатии.
Холодная прокатка — одно из основных направлений компании Ulbrich — самый распространённый метод холодной обработки. Листы, полосы и другие заготовки могут подвергаться холодной прокатке для получения изделий с гладкой поверхностью и уникальными свойствами.
Холоднокатаная сталь испытывает значительные напряжения. Её прочность обусловлена упрочнением от деформации, что делает металл до 20% твёрже исходного состояния.
При холодной ковке металл помещается между двумя штампами, которые многократно сжимаются. В результате металл принимает форму штампов.
При экструзии металл с усилием проталкивается через пресс-форму, принимая заданное сечение.
Методы гибки применяются главным образом для придания формы изделиям из сплава.
При профилировании длинная металлическая полоса (обычно стальная лента) проходит через серию роликов, каждый из которых постепенно изгибает металл. Процесс продолжается, пока не будет получен нужный профиль поперечного сечения.
Существуют также методы гибки труб, роликов и углов.
Самый распространённый способ резки при холодной обработке — это продольная резка листов на полосы.
Продольная резка стали позволяет разделить широкий рулон металла на более узкие полосы с высокой точностью размеров. Производители просто подают большую нержавеющую сталь в машину для продольной резки, а затем сматывают полученные полосы в готовый рулон. Однако ножи машины оставляют заусенец на краях полос.
Металлообработчики используют холодную вытяжку для удлинения металла без его растрескивания.
При глубокой вытяжке рулон металла проталкивается через отверстие или матрицу с помощью пуансона, который формирует необходимую форму.
Полость матрицы соответствует пуансону, но чуть шире, обеспечивая прохождение и зазор. Сила сжатия проталкивает исходный материал в матрицу. Каждая операция вытяжки — отдельный этап. При каждом этапе уменьшается диаметр, увеличиваются высота или глубина детали. Это способствует рекристаллизации по мере изменения формы металла. Среди изделий, получаемых глубокой вытяжкой, — корпуса для аккумуляторов, имплантируемые медицинские устройства, комплектующие для воздушно-космической отрасли и обороны.
Штамповка металла — идеальный производственный процесс для изготовления металлических изделий с минимальными допусками.
Плоская металлическая лента в процессе штамповки приобретает различные формы. Этот сложный процесс сочетает в себе несколько методов формовки: пробивку, чеканку, перфорацию, вырубку, гибку и другие.
Холодная обработка обеспечивает множество преимуществ, благодаря которым спрос на эти процессы остаётся высоким, несмотря на значительные необходимые усилия.
Холодная обработка используется в самых разных сферах, включая:
Холодная обработка — эффективный способ упрочнения металлов.
Горячекатаная сталь подвергается холодной прокатке для достижения требуемых механических свойств, включая повышение прочности на растяжение. Горячая и холодная прокатка — самые распространённые металлургические процессы.
Помимо увеличения прочности металла, холодная прокатка обеспечивает более гладкую поверхность. Холоднокатаная сталь может быть в десять раз более гладкой по сравнению с горячекатаной по показателю шероховатости. Благодаря этому холодная обработка является оптимальным выбором для производства металлических поверхностей товаров народного потребления.
Холодная обработка экономична, так как практически не образует металлических отходов (металлолома). В отличие от этого, горячая обработка требует использования нагревательных камер и печей, которые не нужны при холодной обработке.
Как и многие другие промышленные процессы, холодная обработка применима только к определённым видам металлов. Кроме того, она ограничена определёнными размерами изделий. Те материалы и размеры, которые не подходят для холодной обработки, лучше всего обрабатывать горячей ковкой.
Холодную обработку можно применять ко многим металлам. Среди них инструментальные стали, такие как нержавеющая сталь, кобальтовые, медные и алюминиевые сплавы, никелевые сплавы и некоторые марки титана.
Холодная обработка не подходит для крупных металлических заготовок, так как требуемые для этого усилия были бы огромными. Как правило, холодная обработка невозможна для изделий диаметром более 25 миллиметров. Крупные детали обычно упрочняются другими методами.
Некоторые виды металлов невозможно подвергать холодной обработке. К ним относятся легированные стали, которые не обладают пластичностью при комнатной температуре, углеродистая сталь и титан марки 5. Некоторые металлы, которые можно обрабатывать холодным способом, например медь, могут стать хрупкими после холодной обработки.
Благодаря разнообразию доступных методов холодной обработки крайне важно подобрать правильный процесс для каждого конкретного случая.
Правильный выбор метода холодной обработки позволяет получить более прочный, гладкий и эффективный металл.
