Какой наиболее древний способ обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением – это изменение формы и размеров заготовки усилием специального инструмента с помощью пластической деформации. Это один из древнейших и в настоящее время наиболее распространенных, эффективных и прогрессивных видов обработки и большинства цветных металлов и сплавов.

Процессы обработки металлов давлением позволяют получать полуфабрикаты и детали, имеющие широкую область применения – машиностроение и роботостроение, авиастроение и кораблестроение, строительство, военная промышленность, медицина, ювелирное производство.

Основные процессы обработки металлов давлением:

• прокатка – деформирование между вращающимися валкамилистов или прутков металла различного сечения;
• прессование – выдавливание металла из замкнутого пространства контейнера через отверстие матрицы, придающее ему заданную форму поперечного сечения;
• волочение – протягивание заготовки через сужающийся канал инструмента;
• ковка – изменение формы и размеров заготовки последовательным воздействием на отдельные ее части;
• штамповка – придание заготовке формы инструмента (штампа).

Еще в древности, открыв для себя металл, человечество искало способы его обработки. По некоторым данным первые изделия из золота, серебра и меди, встречающихся в свободном состоянии на поверхности земли, были созданы еще в IV–III тысячелетиях до н.э. За шестьдесят с лишним веков человечество прошло путь от создания простейших орудий труда, оружия и украшений до производства сложнейших изделий из широкого ряда металлов, используя современные технологии. Развивалась добывающая промышленность, создавались новые сплавы, обладающие требуемым уровнем свойств. Исторически сложилось, что одним из наиболее древних и основных видов обработки металлов является обработка давлением.

Наиболее ранними из дошедших до нас способов изготовления изделий из металла быликовка и волочение проволоки, появление которых относят к IV–III тысячелетиям до н.э., когда человечеству были известны материалы, достаточно пластичные для обработки вручную при существующем тогда уровне развития оборудования и инструментов.

Волочение зародилось в Древнем Египте и связано состановлением ювелирного дела, требующего изготовления проволоки из золота и серебра.  Сначала процесс осуществлялся вручную, затем проволоку наматывали на катушку, что стало прообразом современного оборудования, значительным этапом в развитии которого был XIX век. В настоящее время волочением изготавливают проволоку из сталей и практически всех цветных металлов и сплавов, в том числе трудно деформируемых.
 

Совершенствование этого процесса позволяет получать трубы и проволоку различных форм сечения в 20 – 30 раз тоньше человеческого волоса (от 2 микрометров), которые находят широкое применение в ювелирном производстве, точном приборостроении и электротехнической промышленности. Истоком кузнечного дела принято считать изготовление холодного и, позднее, огнестрельного оружия во времена Средневековья и Возрождения.

С помощью ковки, сваривая в процессе обработки пластины твердой и мягкой (высоколегированной и низколегированной) стали, получали булат – один из древнейших композитов. Разработка композиционных материалов, обладающих исключительными свойствами – искусственно созданных из нескольких компонентов – сегодня является перспективным направлением, и немаловажную роль в нем играют процессы обработки металлов давлением.

В настоящее время процессы ковки и штамповки позволяют получить полуфабрикаты для тяжелого машиностроения и автомобилестроения (вес поковок может достигать 250 т). Особо выделяется художественная ковка – искусство придания металлу легких и изящных форм. К периоду Возрождения относят появление листовой прокатки – одно из первых упоминаний об этом процессе связано с документами Леонардо да Винчи, в которых встречался чертеж прокатного стана с ручным приводом для прокатки листов драгоценных металлов.

Сейчас листовой и сортовой прокатке подвергаются практически 80% всего выплавляемого металла, этот процесс позволяет получать фольгу толщиной от нескольких микрометров и сортовой прокат различных форм поперечного сечения. Полученные полуфабрикаты используются во многих отраслях – от ювелирного производства до авиастроения. Этот процесс считается одним из наиболее производительных и перспективных.Наиболее молодым является процесс прессования, первые разработки которого начинались в Англии и Германии, и осуществление которого стало возможным с созданием гидравлических прессов в XVII в. Возникновение прессования связано с развитием металлургии и машиностроения, необходимостью получения труб для подачи жидкостей. Изначально прессованием изготовлялись свинцовые прутки и трубы, но их токсичность при сооружении водопроводов потребовала совершенствования технологии, позволявшей изготавливать трубы из других материалов.

Создание пресса, ставшего прообразом современного оборудования, положило начало промышленному применению прессования медных и алюминиевых сплавов и частично вытеснило прокатку, механическую обработку и литье. В настоящее время прессованием получают несколько десятков тысяч наименований пресс-изделий из широкого ряда металлов и сплавов. Этот процесс имеет много разновидностей, осуществляется полунепрерывно и непрерывно, что обеспечивает его высокую производительность и степень автоматизации.

Обработка металлов давлением – перспективное направление металлургии, позволяющее получать широкий ряд изделий из сталей и цветных металлов для различных отраслей промышленности.

Процессы обработки металлов давлением применяются для получения наноструктурированных металлов и сплавов, металлопродукции из стружковых отходов производства, металлокомозитов совместным прессованием или прокаткой армирующих волокон с металлической фольгой под действием высоких температур. Благодаря интеграции со смежными областями развиваются эффективные и многофункциональные совмещенные и комбинированные методы, охватывающие также процессы литья, термической, токарно-фрезерной, магнитно-импульсной, вибрационной и ряда других видов обработки. 

С обработкой металлов давлением связано еще одно из наиболее перспективных направлений – разработка систем автоматизированного проектирования, моделирования и контроля технологических процессов. Современное программное обеспечение сопровождает технологию от проектирования до контроля качества на предприятии, позволяет моделировать и прогнозировать поведение металла в различных условиях деформации. Обработка металлов давлением – это производство, благодаря которому возможно изготовление мощных лопастей винта современной подводной лодки и изысканного золотого кольца. Это производство, которое не отстает от развития техники и технологий, растущих потребительских потребностей и движет совершенствование материалов и смежных областей металлургии. Это производство изделий из черных и цветных металлов и сплавов. Это производство, делающее реальными сложнейшие высокотехнологичные проекты в строительстве, авиа- и кораблестроении, и вдыхающее жизнь в изящные изделия художественной ковки.

Автор статьи: Юлия Дитковская,
аспирант ИЦМиМ СФУ