Обработка давлением обеспечивает изменение формы, а, следовательно, и размеров заготовок из различных материалов.

Наиболее распространенным способом изготовления сортовых, листовых и трубных изделий является прокатка.

Поскольку пластическая деформация сопровождается деформационным упрочнением, при котором увеличивается прочность, но снижается пластичность, а термическая обработка может это упрочнение снижать, то становится ясным, что конечные свойства обрабатываемых заготовок зависят от последовательности и интенсивности выполнения различных операций на всех стадиях прокатки.

Поведение материалов под нагрузкой зависит и от скорости ее приложения. Поэтому, детали из высокопрочных материалов целесообразнее изготавливать относительно более медленными, но менее локализованными по нагрузке методами прессования. При этом могут быть получены и более сложные по своей форме их профили.

Прокатка осуществляется на вальцовых станах, а прессование на прутковых и трубных прессах.

При уменьшении внешних размеров изделий и заготовок возрастают относительные затраты на перемещение исполнительных механизмов прокатного и прессового оборудования.

Из рассмотрения упомянутых факторов следует, что для изготовления малогабаритных по сечению изделий, более целесообразно использовать волочение, при котором затраты энергии на перемещение исполнительных механизмов не очень велики.

Наконец, если для изготовления детали требуется осуществить объемную деформацию, становится более целесообразным использовать методы ковки, особенно для крупногабаритных изделий сложной формы. Менее крупные изделия целесообразно изготавливать методом горячей штамповки, а листовые изделия – гибкой и холодной штамповкой.

Методы обработки заготовок давлением принято сравнивать с их обработкой резанием. Основным преимуществом деформационных методов является существенно меньший расход материалов на изделие данной массы, а также сокращение расходов на изготовление инструментов.

Однако, важны и преимущества в эксплуатационных характеристиках. Эти преимущества обусловлены анизотропией свойств деформационных материалов. После прокатки, прессования, волочения и ковки изотропная зеренная структура сталей и сплавов становится волокнистой. Перерезание расположенных на поверхности изделия волокон не только приводит к концентрации напряжений, но и снижает прочность, обусловленную деформационным упрочнением поверхностных слоев материала. Кованые изделия всегда несколько прочнее деталей, изготовленных точением, фрезерованием и другими методами резания. При этом, характеристики пластичности, измеренные вдоль волокна, выше, чем измеренные в поперечном направлении.

По способу реализации различают три основных вида прокатки: продольную, когда заготовка перемещается перпендикулярно к обоим валкам, одновременно вращающимся в разные стороны; поперечная прокатка отличается от продольной тем, что заготовки перемещаются вдоль оси валков,

вращающихся хотя и в одну сторону, но с разной скоростью; третий вид прокатки состоит в том, что оси пары валков скрещены и при вращении валков в разные стороны (по часовой и против часовой стрелки) заготовка совершает и поступательное и вращательное движения.

При продольной прокатке основным показателем является степень вытяжки - m, определяемая отношением конечной длины заготовки к ее начальной длине. Величина m меняется от 1,1 до 1,6 за один проход.

Другой важной характеристикой прокатки является так называемый угол захвата a. Он измеряется между вертикалью и осью, проходящей через центр валка, и край заготовки, касающейся валка. В момент перед касанием заготовка движется слева и создает удар о валки с силой N, направленной против направления движения. Ее проекция на горизонтальное направление равна N sina; нормальная к валку сила N, в соответствии с законом Кулона, вызывает возникновение силы трения – Т, равной Nf, где f – коэффициент трения. Горизонтальная составляющая силы трения действует вправо и равна Т:cos a. Если величина fN×cos a будет больше, чем N sina, то под действием силы трения заготовка будет двигаться в направлении слева направо. Этому условию соответствует соотношение N sina tga. То есть угол касания должен быть меньше угла трения.

Коэффициент трения f определяется как тангенс угла трения. Его численное значение зависит от химической природы материалов,

составляющих пару трения, а также и от смазки. Обычно угол касания a называют углом захвата. При горячей прокатке он находится в пределах от 15 до 240. Зависит угол захвата и от химической природы материалов и от формы профиля проката.

Совокупность профилей проката называют сортаментом.

Прокат на квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник и т.д. называют простым сортовым, а на более сложные фасонные формы – сложным сортовым прокатом. Листовой прокат разделяют и по толщине листа: его делят на толстолистовой (от 4 до 160 мм), тонколистовой (от 4 до 0,2 мм) и фольгу (менее 0,2 мм).

Трубный прокат разделяют на бесшовный (диаметром от 30 до 650 мм) и сварной (диаметром от 10 до 1420 мм).

К специальным видам проката относят колеса, периодически повторяющиеся профили и тому подобную продукцию.

Сортовой прокат изготавливают на ручьевых станах. Ручьем стана называют вырез на валке. Пара ручьев образует калибр, входящий в рабочую клеть. Движение валки получают от шестеренной клети, сообщающей им согласованное вращение. Совокупность привода, шестеренных и рабочих клетей образуют прокатный стан.

Различают дуо-станы (с двумя валками), многовалковые и универсальные станы (имеющие и вертикальные валки).

Листовой прокат производят на гладких валковых станах, полосовой – на ступенчатых.

По назначению станы подразделяют на станы для получения полупродуктов и готовой продукции, а клети – на черновые и чистовые.

Кроме того, устанавливают калибрующие станы, отличающиеся высокой точностью и небольшими степенями обжатия.

Бесшовные трубы получают раскаткой на автоматических и пилигримовых станах (в которых два валка имеют круглый калибр переменного сечения).

Сварные трубы изготавливают сворачиванием и сваркой листов.

Крупные металлические изделия сложной формы прокаткой изготовить нельзя, так как прокатное оборудование всегда массивнее изготавливаемой продукции. Поэтому подобные изделия изготавливают ковкой и штамповкой.

Основным отличием штамповки от ковки является наличие специальных форм-штампов, пригодных для изготовления специализированных изделий, а при ковке используется инструмент более универсальный, т.е. применяемый для изготовления самых различных изделий.

Ковку и штамповку мелких изделий производят из различных видов проката.

Основными операциями ковки являются: осадка, протяжка, разгонка, прошивка, отрубка, гибка и скручивание.

Последовательность операций ковки зависит от форм заготовки и изделия, а также требований к его свойствам.

Для проведения ковочных операций используются молоты и прессы. Молоты – это инструменты ударного действия. При ковке деталь помещают на шабот, с массой в 15-20 раз большей массы молота, так как от массы шабота зависит КПД оборудования. Продолжительность действия удара молота порядка 10-3 сек. Длительность воздействия гидропрессов на металл на 3-4 порядка больше, чем при ударе молотом. Прессованию подвергают менее пластичные материалы, чем при ковке.

В отличие от ковки при горячей штамповке движение металла ограничено поверхностями штампа, поэтому точность изготовления деталей в штампах в 3-4 раза выше, чем при ковке.

Различают деформацию штамповкой в открытых и закрытых штампах. При использовании открытых штампов размеры заготовки и масса детали несколько отличаются, так как непостоянная по величине масса заготовки выдавливается в заусенец (облой).

При использовании закрытых штампов масса заготовки точно равна массе изготавливаемой детали. В связи с этим возрастают требования к точности массы заготовки.

Для получения фасонных поверхностей в штампах вырезаются специальные полости, называемые ручьями.

Поковки простой конфигурации, не имеющие больших различий сечения по длине и высоте обычно штампуют в штампах с одной полостью. Ручьи в штампах подразделяют на заготовительные и штамповочные. Штамповочные операции выполняют после заготовительных и осуществляют их в черновых и чистовых ручьях штампа.

При холодной объемной и листовой штамповке заготовки не подвергаются предварительному нагреву.

Различают процессы выдавливания, высадки и формования.

При холодном выдавливании заготовку помещают в полость, из которой металл выдавливается через отверстия в рабочем инструменте. Выдавливание обычно выполняют на гидравлических прессах в штампах, в которых рабочими инструментами являются пуансон и матрица.

Различают прямое, обратное и комбинированное выдавливание. При прямом выдавливании материал вытекает через донное отверстие в матрице, в направлении, совпадающем с направлением движения пуансона. При обратном выдавливании направление течения металла обратно направлению движения пуансона относительно матрицы. Металл вытекает в кольцевой зазор между пуансоном и матрицей. При комбинированном выдавливании течение металла происходит одновременно по нескольким направлениям, что позволяет получать детали более сложной формы.

Высадкой называют уменьшение части длины заготовок, сопровождающееся увеличением диаметральных размеров. Холодную высадку выполняют на специальных холодновысадочных автоматах. Штампуют от прутка или проволоки заготовки диаметром от 0,5 до 40 мм.

Формованием называют объемные изменения формы заготовки. Усилие выдавливания оценивают в МН (меганьютонах) по формуле:

F = аsвА0 lgА0 /Ак, где а – безразмерный коэффициент равный 3-5; sв – временное сопротивление, МПа (мегапаскаль), А0 и Ак – площадь поперечного сечения в начале и в конце процесса, соответственно. Холодная формовка обычно требует значительных усилий вследствие высокого сопротивления металла холодной пластической деформации и упрочнения металла в процессе деформирования.

При холодном формовании получение готовой детали обычно расчленяют на переходы, последовательно изменяющие форму заготовки. Между отдельными переходами деталь часто подвергают рекристаллизационному отжигу. Отжиг снижает удельные усилия штамповки на последующих переходах. Обычно каждый последующий переход осуществляют в специальном штампе. При холодной штамповке в открытых штампах усилия меньше, чем в закрытых штампах. Холодной штамповкой обычно осуществляют штампование деталей сложной формы (как сплошные, так и с отверстиями).

Для изготовления бесшовных труб чаще всего используют горизонтальные гидравлические прессы прямого выдавливания, когда направление движения плунжера, вытесняющего металл из штампа совпадает с направлением движения выпрессованного материала. При обратном выдавливании возможно частичное сохранение в трубах структуры исходной заготовки, что не всегда желательно. Обратным прессованием целесообразно получать прутки, а не трубы.

Трубы и прутки малого сечения более целесообразно получать волочением

заготовок через матрицы, с применением волочильных станов. Волочением получают как прямые калиброванные прутки, так и наматываемые на барабаны. Для захвата конца заготовки клешами, ее утоняют так, что она проходит через отверстия в матрице практически без сопротивления. Утонение концов производят ковкой на ротационно-ковочной машине.

При волочении труб используются пуансоны центрирующиеся в отверстиях матрицы.

Высокоэффективным методом обработки материалов давлением являются различные виды гибки. Проще всего гибке подвергаются листовые материалы. Для изменения профилей труб и других полых профилей используется предварительное заполнение их песком, либо легкорастворимыми солями.