Течение металла на основной стадии прессования

Обновлено: 08.01.2025

Сущность способа прессования заключается в выдавливании металла, заключенного в замкнутую полость, через отверстие меньшего сечения исходного металла.

Прессование чаще всего применяют для обработки цветных металлов и сплавов и реже для обработки сталей.

Прессованием можно получать различные профили: прутки 5―300 мм; трубы с внутренним 18―350 мм с толщиной стенок 1,25―50 мм и др.

Исходным материалом для прессования являются круглые слитки 120―160 мм и длиной 200―1000 мм и заготовки.

Прессованные изделия из цветных металлов (меди и ее сплавов, цинковых, титановых), а также из сталей и сплавов в основном являются заготовками для получения изделий волочением, прокаткой и др. Прессованные профили из алюминия, магния и их сплавов являются готовыми изделиями.

§ 2. Методы прессования

Различают 2 основных метода прессования: прямой и обратный.

При прямом методе прессования течение металла совпадает с направлением движения пуансона; при обратном методе металл течет навстречу направлению движения пуансона.

При прямом методе прессования нагретую заготовку 1 помещают в контейнер 2 пресса. Контейнер имеет набор втулок с различным внутренним диаметром, что позволяет прессовать на одной и той же установке слитки различного диаметра. С одной стороны контейнера посредством матрицедержателя 3 закреплена матрица 4. С другой стороны контейнера установлен пуансон 5 с прессшайбой 6 на конце, которая входит во втулку контейнера. При работе пресса пуансон получает необходимое давление Р и передает его через прессшайбу на заготовку, заставляя металл пластически деформироваться при прохождении через выходное отверстие матрицы. К концу прессования в контейнере остается часть металла, называемая пресс-остатком слитка. Отходы металла составляют 18―20% от массы слитка.

При обратном методе прессования во втулку контейнера 2 входит полый пуансон 5 с матрицей 4 на его конце. Выходное отверстие в матрицедержателе 3 закрыто заглушкой 6. При движении пуансона матрица давит на слиток 1, в результате чего металл вытекает через отверстие матрицы в направлении, обратном перемещению пуансона.

При прессовании обратным методом по сравнению с прямым отходы металла меньше (5―6% массы слитка), а усилие прессования меньше на 25―30%.

Прямой и обратный методы прессования осуществляются на одном и том же прессе. Имеются специальные прессы обратного прессования, у которых на неподвижный пуансон надвигается контейнер со слитком, но они имеют очень ограниченное применение из-за сложности конструкции.

§ 3. Прессование труб

При прессовании труб нагретая сплошная заготовка 1, помещается во втулку контейнера 2, сначала несколько обжимается, а затем пронизывается стальной иглой 8. Иглу укрепляют на конце пуансона или в проходящем через полый пуансон иглодержателе. При прошивке заготовки передний конец иглы выходит на некоторое расстояние из отверстия матрицы 4. Вследствие этого между стенками отверстия матрицы и наружной поверхностью стальной иглы образуется кольцевой зазор. При движении пуансона 5 вместе с прессшайбой 6 в направлении матрицы металл выдавливается через кольцевой зазор и принимает форму трубы 7. Наружный диаметр трубы равен диаметру отверстия матрицы, а внутренний – диаметру стальной иглы.

Трубы прессуют также из полых заготовок. В этом случае игла проходит через заготовку и занимает рабочее положение в матрице, после чего начинается процесс прессования.

§ 4. Прессовый инструмент и оборудование для

Основными инструментами являются матрица, прессшайба, матрицедержатель, пуансон, контейнер со втулкой, а также игла и иглодержатель при прессовании труб.

К инструменту предъявляются большие требования по стойкости и относительной неизменяемости размеров и профиля в условиях высоких температур (от 800―900º до 1000―1250º) и больших нагрузок. Изготавливают инструмент из легированных сталей и сплавов 38ХМЮА; 5ХНМ; 4ХВ2С и др.

Процесс прессования осуществляется при температурах горячей обработки давлением на прессах.

По типу производства прессы разделяют на гидравлические и механические, а по методу работы – на прессы прямого и обратного прессования. В промышленности получили наибольшее распространение гидравлические прессы с горизонтальным или вертикальным расположением контейнера.

Горизонтальные гидравлические прессы прямого прессования по назначению делятся на прутковые и трубные. Их прессовая установка состоит из собственно пресса, распределителя воды к рабочим частям пресса, насосной станции, аккумулятора воды высокого давления, аккумулятора воды низкого давления. Усилие прессов достигает 1500 т.

Особое внимание при прессовании уделяют нагреву металла и очистке его от окалины, т. к. заготовки с окалиной резко снижают стойкость матриц.

§ 5. Технологический процесс прессования

Процесс прессования металла состоит из следующих стадий:

1. подготовка слитка к прессованию (удаление наружных дефектов, резка на мерные длины);

2. нагрев слитка до заданной температуры и подача его к контейнеру;

3. собственно прессование;

4. отделка изделия (охлаждение, ломка заднего конца для полного удаления пресс-остатка, резка на мерные длины, правка, удаление дефектов).

С целью уменьшения трения металла о стенки контейнера и достижения более равномерного истечения металла из матрицы применяют смазку – смесь машинного масла с графитом, жидкое стекло и др.

Температуру прессования выбирают, исходя из свойств обрабатываемого материала и ее влияния на качество получаемых изделий, стойкость прессового инструмента и усилия прессования.

Температура прессования связана со скоростью прессования, т. е. скоростью движения пуансона в период рабочего хода (деформации). При высоких скоростях прессования температура металла заметно повышается. Это может привести к перегреву металла и получения изделия с трещинами и надрывами. Поэтому чем выше температура нагрева металла, тем меньше скорость прессования и наоборот.

К достоинствам метода прессования относятся:

1. более высокая точность изготовления профилей, чем при прокатке;

2. возможность исключения малопроизводительных отделочных

3. высокая производительность;

4. возможность получения сложных профилей.

Наряду с достоинствами у прессования имеются существенныенедостатки:

1. значительный износ инструмента;

2. большой отход металла, особенно при прессовании труб большого диаметра.

Усилие прессования металла

Давление, необходимое для выдавливания металла из контейнера через очко матрицы, называется усилием прессования и измеряется оно в тонна-силах T и килограмм-силах кГ.

Усилие прессования зависит от следующих факторов: свойств металла, размеров слитка, степени деформации, температуры слитка и инструмента, скорости деформирования, формы матрицы, состояния поверхности инструмента, смазки и метода прессования. Рассмотрим влияние этих факторов.

Свойства металлов. Выше говорилось, что одни металлы и сплавы требуют незначительных усилий прессования, другие же, наоборот, прессуются с трудом. К числу первых относятся магний, алюминий и сплавы ЛС59-1, Л63 и др. Примером труднопрессуемых сплавов являются латуни Л68, ЛО70-1, Л80, дуралюмины и др.

Влияние степени нагрева слитков на усилие прессования ясно из того, что при более высоких температурах предел прочности металлов снижается, следовательно, требуется и меньшее усилие для деформации.

Прессовщикам-аппаратчикам хорошо известно, что недостаточно нагретые слитки прессуются с трудом и манометр показывает резкое возрастание давления. В таких случаях часто весь слиток или значительная его часть остается непропрессованным. Перегретые слитки прессуются легко и манометр показывает небольшое давление.

Холодный или недостаточно нагретый инструмент охлаждает слиток, вследствие чего возрастают его прочность и усилие прессования. Вредное влияние холодного инструмента особенно сильно сказывается при прессовании медленно прессуемых сплавов — дуралюминов, фосфористой бронзы, титана.

Степень деформации. Усилие прессования находится в прямой зависимости от вытяжки или степени обжатия. Чем больше вытяжка, тем больше требуется усилие прессования. Например, при прессовании на 2500-Т прессе из контейнера диам. 205 мм медных труб размером 76х3,0 мм с вытяжкой 42,8 давление пресс-шайбы на слиток составило 43 кГ/мм2, при прессовании же труб размером 58х4,0 мм с вытяжкой 46,3 оно увеличилось до 50,5 кГ/мм2. В другом случае при прессовании на 600-Г прессе из контейнера диаметром 85 мм труб из магниевого сплава МА2 размером 28x1,5 мм (К=38) давление не превышало 78 кГ/мм2, при прессовании же труб размером 28х1,0 мм (К=50) давление возросло до 84 кГ/мм2. Такая же зависимость наблюдается и при прессовании других металлов.

Длина слитка. При прямом прессовании слиток перемещается в контейнере с большим трением о его стенки. На преодоление трения затрачивается определенное усилие, зависящее от длины слитка. Чем длиннее слиток, тем большее усилие, требуется в начале прессования. По мере выпрессовывания металла, т. е. уменьшения длины слитка, силы трения снижаются и снижается усилие прессования. К концу процесса, когда металл успевает уже заметно остыть и от слитка остается незначительная его часть, течение металла от стенок контейнера к отверстию в матрице затрудняется и усилие поэтому возрастает.

На рис. 51 представлен характер изменения усилия прессования с уменьшением длины слитка В начальный момент, когда металл не начал выпрессовываться, давление резко возрастает. После того как металл начал течь, давление снижается; лишь к концу прессования давление вновь возрастает.

При обратном прессовании слиток в контейнере не перемещается, поэтому длина слитка на усилие никак не влияет. Только прессование длинных слитков в холодном контейнере может вызвать возрастание усилия в конце прессования за счет захолаживания металла.

Скорость прессования существенно не влияет на усилие прессования. Примером тому может служить опыт прессования труб из медных сплавов, когда с увеличением скорости в 3,5 раза усилие прессования возросло только на 10—15%.

О влиянии пониженной скорости на процесс прессования при температуре контейнера, более низкой, чем температура слитка, говорилось выше.

Форма матриц. По профилю очка матрицы делят на конические а и плоские б (рис. 52). Опыт и практика показывают, что при работе с плоскими матрицами требуется большее давление прессования, чем при работе с коническими матрицами. Конические матрицы с углом а, равным 40—55°, наиболее выгодны; требуется меньшее усилие прессования, чем при матрицах с другими углами а. Ho такие матрицы не обеспечивают необходимого качества изделий. Окалина, образующаяся на слитках при нагреве, выпрессовывается вместе с металлом и покрывает поверхность изделия. С увеличением угла а до 60—65° это явление устраняется, так как окалина задерживается в мертвых углах между матрицей и контейнером.

На усилие прессования влияет длина рабочего пояска b матрицы (см. рис. 52); чем он меньше, тем меньшее требуется усилие прессования. Длина рабочего пояска, как это будет показано дальше, определяется свойствами металла и размерами изделия.

При прямом прессовании металл под большим давлением движется по стенке контейнера. Сильно сработанная поверхность контейнера препятствует движению металла, тем самым вызывая необходимость приложения дополнительного усилия. При хорошо отшлифованной поверхности контейнера требуемое усилие прессования значительно снижается.

Применение смазки, снижая требующееся усилие прессования, позволяет прессовать металл при более низкой температуре и с повышенными скоростями.

При обратном прессовании состояние поверхности контейнера не влияет на величину необходимого усилия.

Состояние поверхности слитков заметно сказывается на усилии прессования при работе с металлами и сплавами, которые сильно окисляются при нагревании. Например, при нагревании шашек из сплавов Л96 и мельхиора в атмосфере генераторного газа вследствие отсутствия на поверхности шашек толстого слоя окалины усилие прессования уменьшается на 20—30%.

Метод прессования. При обратном прессовании металла, поскольку трение между контактными поверхностями контейнера и слитка отсутствует, требуется меньшее усилие прессования, чем при прямом прессовании.

Для определения требующегося усилия прессования имеется несколько сравнительно сложных формул, опубликованных в специальной литературе. Фактическое же усилие, наблюдаемое при прессовании, можно определить по положению стрелки манометра, показывающей давление воды в главном цилиндре пресса. В то время как пресс бездействует, стрелка находится на нуле. В момент прессования она поднимается и держится в пределах давлений, обеспечивающих течение металла через матрицу.

Для подсчета усилия прессования необходимо номинальное усилие пресса разделить на наибольшее давление воды, на которое рассчитана установка, и полученный результат умножить на показание манометра в момент прессования:

Для относительного сравнения давлений, производимых шплинтоном на слитки различных металлов и размеров, пользуются понятием об удельном давлении. Это давление определяется делением усилия прессования на площадь торцовой поверхности пресс-шайбы и измеряется в килограмм-силах на квадратный миллиметр:

где р — удельное давление, кГ/мм2;

P — усилие прессования, кГ;

F — площадь торцовой поверхности пресс-шайбы, мм2.

Наибольшие удельные давления, которые могут развивать прессы, зависят от их номинального усилия и от размеров контейнеров (табл. 13). При выборе размеров слитков необходимо учитывать наряду с обжатиями возможные удельные давления.

В случае обработки труднопрессуемых сплавов выбирают контейнеры меньшего диаметра, если только позволяют размеры готового изделия и обжатие получается достаточным, т. е. не меньше 85—90%. При обработке легкопрессуемых сплавов применяют более крупные контейнеры.

Возможность работать с большими удельными давлениями в ряде случаев позволяет прессовать слитки при более низких температурах, что благоприятно сказывается на качестве изделий.

Для нормальной работы прессового инструмента диаметр слитков берут таким, чтобы удельное давление не превышало 120 кГ/мм2. При более высоких давлениях расход инструмента значительно возрастает.

В заключение необходимо указать на некоторые противоречия, которые возникают между отдельными элементами технологии прессования. Действительно, чтобы уменьшить сопротивление деформации и снизить давление прессования, целесообразно было бы прессовать при более высоких температурах. Однако это влечет за собой увеличение брака по запрессовке окалины, вредно сказывается на стойкости инструмента и снижает скорость прессования. Низкая температура прессования позволяет получать изделия внешне хорошего качества, механические свойства которых иногда неоднородны по длине изделия. При низкой температуре возрастает давление на инструмент, поэтому он быстрее выходит из строя. Применение смазки снижает давление прессования, но иногда ее присутствие вызывает брак по пузырям, пленам и т. д.

Чтобы работать без брака, производительно и при минимальном расходе инструмента, бригада прессовщиков (а особенно аппаратчик) должна ясно представлять влияние условий прессования на конечные результаты работы и уметь правильно эти условия сочетать, не нарушая технологических инструкций.

Течение металла при прессовании

Как показывают исследования, течение металла слитка при прессовании отличается более или менее выраженной неравномерностью, что сказывается на качестве изделий. Так, например, в центре заднего конца прутка, а у трубы в середине стенки (рис. 43) образуется неплотность, называемая пресс-утяжкой; на поверхности изделий наблюдаются плены, а по контуру прутков из дуралюмина — ободок мелкораздробленных кристаллов и, наконец, механические свойства в долевом и поперечном сечении изделий оказываются неравномерными.

С целью изучения характера течения металла при прессовании изготовляют специальные образцы. Для этого разрезают опытный слиток вдоль и на плоскости разреза одной половинки делают поперечные и продольные канавки глубиной и шириной 1—2 мм (рис. 44). Углубления в канавках такой координатной сетки заполняют смесью графита с жидким стеклом. Затем обе половинки слитка складывают вместе, связывают проволокой, нагревают и пропрессовывают примерно на половину высоты слитка. После прессования изделие и оставшаяся часть слитка легко разделяются на две части. Измененный вид координатной сетки дает ясное представление о характере течения металла при прессовании. Иногда с той же целью пропрессовывают до заданной высоты цельный слиток, а затем его вместе с прутком разрезают вдоль на две половинки. После изготовления на одной половинке макрошлифа судят о характере течения металла.

Такие исследования показывают, что течение металла зависит от его свойств, температуры и скорости прессования, смазки, состояния рабочей поверхности контейнера и т. д. Для иллюстрации сказанного рассмотрим влияние на характер течения металла смазки контейнера. При этом предполагается, что внутренняя его поверхность отшлифована и не имеет следов выработки.

На рис. 45 схематически показано изменение координатной сетки при прямом прессовании круглого прутка со смазкой контейнера (рис. 45, а) и без смазки (рис. 45, в). Другие условия прессования принимаются одинаковыми. На основании этого рисунка можно заключить, что ячейки координатной сетки в начальный период прессования со смазкой почти не изменяют своей прямоугольной формы. И только вблизи матрицы поперечные канавки несколько изгибаются (рис. 45, б). Из этого можно заключить, что стенки контейнера благодаря смазке не оказывают существенного тормозящего действия на металл и поэтому его поступление в матрицу происходит послойно, равномерно.

При прессовании без смазки силы трения на контактных поверхностях достигают значительной величины и поэтому координатная сетка заметно искажается, что свидетельствует о неравномерном течении металла. Пo форме изогнутых канавок слиток условно можно разделить на четыре объема: 1 — центральный, 2 — периферийный, 3 — объем затрудненной деформации и 4 — «мертвый» объем. По изгибу горизонтальных линий видно, что металл периферийного объема в своем движении отстает от металла центрального объема и перемещается к центру слитка, образуя пережим 5 вблизи пресс-шайбы. Этот пережим при дальнейшем прессовании все более сужается и затем, на конечной стадии прессования вовлекается в движение центральной частью слитка (см. рис. 45,г). Также в середину прутка в конечной стадии прессования затекает и металл из зоны затрудненной деформации. Указанные объемы металла из зон 2 и 3, попадая в середину изделия, образуют пресс-утяжку 6. В качестве примера на рис. 46 показано изменение координатной сетки в начальный период прессования прутков из латуни марки ЛC 59-1 без смазки и с графитовой смазкой контейнера. Пресс-шайбы не смазывают, поскольку смазка облегчает течение металла от периферии к центру слитка, что способствует увеличению пресс-утяжки.

Образование мертвого объема вызывается действием сил трения, которые препятствуют перемещению металла по поверхности матрицы к ее центру. Этому же способствует и более интенсивное охлаждение металла в углу между контейнером и матрицей. При выпрессовывании металла из мертвого объема он иногда располагается на изделии в виде плен.

Влияние качества поверхности контейнера на течение металла сказывается в том, что гладкая и чистая поверхность не нарушает равномерности течения, а поверхность со следами значительной выработки задерживает движение наружных слоев слитка и тем самым создает неравномерность течения. Аналогично действует и склонность некоторых металлов к налипанию на инструмент. Это особенно относится к титану и его сплавам и некоторым алюминиевым сплавам при высоких температурах. В последнем случае в периферийных слоях отпрессованных прутков иногда образуется ободок из мелкораздробленных кристаллов.

Чтобы выявить влияние температуры на характер течения, рассмотрим случай прессования, когда слиток нагрет до значительно более высокой температуры, чем контейнер. Ясно, что от соприкосновения с более холодными стенками контейнера наружные слои слитка будут несколько остывать, а их прочность повышаться. Поэтому наружные слои будут выпрессовываться более затрудненно, чем внутренние, что вызовет неравномерность течения металла. Степень неравномерности при этом будет зависеть от теплопроводности металла или сплава: чем ниже теплопроводность, тем медленнее будет выравниваться температура по сечению слитка и тем неравномернее будет течение металла. Такое положение наблюдается при прессовании латуней и, особенно, титана. При прессовании меди, отличающейся наиболее высокой теплопроводностью, течение равномерное, как и в тех случаях, когда температуры контейнера и слитка примерно одинаковы. Последнее относится только к прессованию алюминиевых и магниевых сплавов, поскольку температура нагрева контейнеров довольно близка к температуре нагрева слитков (300—450° С).

Прессование с рубашкой препятствует перемещению периферийных слоев слитка к его центру, что способствует уменьшению утяжки и попаданию наружных окисленных и загрязненных слоев в изделие. С рубашкой прессуют прутки из сплавов на медной основе (ЛС59-1; Л062-1; Л63; ЛАН69-3-2; ЛЖМц59-1-1 и др.). Рубашка должна быть цельной и с возможно более тонкой стенкой (не более 1—1,5 мм). Прутки из алюминиевых и магниевых сплавов прессуют без рубашки, поскольку металл сильно налипает на стенки контейнера и удаление рубашки затруднено.

Толщину прессостатка устанавливают такой, чтобы исключалась возможность образования в изделии утяжки. В зависимости от свойств металла, диаметра контейнера, вида прессуемых изделий и т. п. прессостаток при прессовании тяжелых цветных металлов принимают толщиной 25—60 мм, а при прессовании легких металлов 40—100 мм. При прессовании труб, благодаря тормозящему действию иглы, образование утяжки затруднено. Поэтому при прессовании труб на горизонтальных прессах прессостаток принимают по нижнему пределу, а при прессовании прутков — по верхнему пределу указанных величин.

При прессовании труб на вертикальных прессах величина прессостатка ограничивается 1—3 мм.

Высокие скорости прессования вызывают дополнительный разогрев слитка, в следовательно, также могут влиять на характер течения металла. Неравномерный нагрев слитков, фазовые превращения в металле при высоких температурах и другие факторы могут влиять на характер течения.

Для уменьшения неравномерности течения металла и, следовательно, сокращения длины пресс-утяжки рекомендуется:

1) равномерно нагревать слитки перед прессованием;

2) контейнеры нагревать до температуры, возможно более близкой к температуре слитков;

3) применять контейнеры с гладкой внутренней поверхностью;

4) смазывать, где это допускается, контейнер и матрицу, но не смазывать пресс-шайбу;

5) прессовать, где это допускается, с рубашкой;

6) оставлять в контейнере прессостаток установленной длины;

7) выбирать оптимальные скорости прессования.

С целью устранения потерь металла проводятся исследования по прессованию без прессостатков и без утяжки.

При обратном прессовании основной объем слитка находится в неподвижном состоянии, и только в зоне матрицы происходит его деформация, поэтому течение металла происходит равномерно.

Недостатком прессованных изделий являются также пониженные механические свойства переднего конца. Как видно из рис. 45, долевые канавки координатной сетки почти на всем протяжении прутков сохранили параллельность. Поперечные же канавки приобрели форму сильноизогнутых дуг. Только на переднем конце прутков изогнутость незначительна. Это говорит о том, что металл переднего конца недостаточно деформирован и, следовательно, в нем осталась структура, свойственная литому состоянию. Поэтому и механические свойства переднего конца ниже свойств остальной части изделия. Дефектный конец получается тем длиннее, чем больше диаметр прутка и меньше обжатие. Если в качестве единицы измерения взять диаметр отпрессованного прутка, то длина дефектного переднего конца у него примерно составит: при обжатии на 55, 75 и 90% соответственно 2, 1 и 0,75 диаметра.

За пределами дефектной части механические свойства прессованного изделия более равномерны, хотя отмечается незначительное повышение прочности и понижение относительного удлинения у заднего конца. Объясняется это отчасти тем, что температурные условия прессования переднего и заднего концов изделия различны, так как к концу прессования металл в контейнере остывает.

Наконец, недостатком прессованного изделия является неоднородность механических свойств в долевом и поперечном его сечении. Прочность образцов 1 и 2 (рис. 47), вырезанных вдоль прутка, выше, чем у поперечного образца 3. В табл. 7 приведены механические свойства прутков сплава Д16 диам. 320 и 170 мм, отпрессованных в контейнере диам. 450 мм с обжатиями соответственно 76,2 и 85,4% (вытяжка K=4,2 и 7). Из табл. 7 видно, что свойства прутков в поперечном направлении заметно ниже, чем в долевом. Действительно, у прутка диам. 320 мм при вытяжке 4,2 предел прочности вдоль волокна составляет 46,5 кГ/мм2, а поперек только 33,5 кГ/мм2. Также и относительное удлинение в последнем случае ниже — 2% вместо 9%. У прутка диам. 170 мм, прессовавшегося с более высокой вытяжкой (K=7), механические свойства заметно лучше, но их разница в долевом и поперечном направлении осталась также значительной.

У широких полос и профилей из алюминиевых и магниевых сплавов неравномерность механических свойств отмечается, кроме того, по ширине и высоте поперечного сечения (см. рис. 47,6). Как правило, свойства по ширине (образец 5) выше, чем по высоте (образец 4). У сплавов на медной основе это явление проявляется в меньшей мере.

Решающее влияние на качество получаемых изделий и энергосиловые параметры процесса прессования оказывает характер течения деформируемого металла в контейнере во время выдавливания, т. е. характер взаимного перемещения отдельных объемов металла, их деформированное состояние. Характер течения металла влияет на равномерность структуры и механических свойств в объеме пресс-изделий. Поэтому исследование влияния различных факторов на характер течения металла позволяет эффективно влиять на результаты процесса прессования, имеет важное научное и практическое значение. Однако сложность закономерностей характера течения металла и зависимость их от множества факторов, а также взаимосвязь их друг с другом делают невозможным получение точного теоретического решения задачи течения металла при прессовании. Поэтому на практике нашли широкое применение в основном экспериментальные методы исследования характера течения металла при прессовании.

Течение металла при прессовании исследуют с помощью раз-личных экспериментальных и аналитических методов. Среди них наибольшее распространение получил метод координатной сетки[5]. При этом в качестве исходных заготовок используют два свинцовых полуцилиндра, получаемых литьем. Сущность метода заключается в нанесении на поверхность одного из полуцилиндров координатной сетки в виде продольных и поперечных канавок глубиной порядка 0,25 мм, образующих квадраты со сторонами около 1…6 мм в зависимости от размера образцов (рис. 2.1, а). Затем поверхности разъема смазывают машинным маслом для предохранения заготовок от сваривания при прессовании, затем складывают их и в таком виде прессуют.

Рис. 2.1. Составная круглая заготовка с координатной сеткой до (а) и после (б) прессования

После прессования деформированную заготовку отделяют от инструмента, разделяют ее по плоскости разъема и изучают происшедшие на различных участках изменения координатной сетки (рис. 2.1, б). По изменению координатной сетки судят о характере течения и распределения деформации по длине и сечению. В общем случае, если квадратный элемент координатной сетки получает только растяжение и сжатие, то он превратится в прямоугольник, если же имеется дополнительный сдвиг, то – в параллелограмм. На образце, изображенном на рис. 2.1, б, все квадратные ячейки исходного образца после деформации превратились в параллелограмм. Следовательно, при прессовании происходят деформации удлинения и сдвиг.

Деформацию удлинения можно определить двумя способами:

1) по отношению длин сетки до и после прессования; 2) по отноше-ниям площадей поперечных сечений соответствующих колец до и после прессования.

Первый способ является более точным для ячеек, находящихся ближе к центру (оси). При этом деформация удлинения осевого слоя оценивается как отношение расстояния между вершинами двух соседних поперечных линий координатной сетки к начальному расстоянию между этими линиями (рис. 2.2), т. е.

Рис. 2.2. Общая схема искажения координатной сетки

Второй способ более точен для ячеек периферийных слоев, поскольку в них на координатных сетках точнее замеряется толщина слоев, чем длина параллельных оси сторон ячеек после прессования. В этом случае:

Сдвиговые деформации достаточно точно определяются измерением углов γ, которые образуются касательными к поперечным кривым и линиям и линиям, перпендикулярным к оси.

Поскольку γ₃>γ₂>γ₁ , то на периферии отпрессованных деталей сдвиговые деформации будут преобладать над деформацией растяжением.

Полученные таким образом показатели позволяют построить кривые изменения деформаций по поперечным сечениям (λ_Di, d_i) пресс изделия и длине (λ_li, l_i), а также выразить изменение сдвигов по диаметру.

Приведенная схема позволяет установить следующие основные положения, определяющие характер течения металла и деформации при прессовании через одноканальную коническую матрицу [6]:

1) все прямые продольные линии начальной координатной сетки, оставаясь, за исключением переднего конца, практически прямыми после прессования, претерпевают изгибы у входа в обжи-мающую часть пластической зоны и у выхода из этой части;

2) данные изгибы направлены во взаимно противоположные стороны, что свидетельствует о немонотонности деформации;

3) углы γ₃>γ₂>γ₁ , что свидетельствует об уменьшении немонотонности деформации от периферии к центру;

4) соединяя между собой все точки изгибов продольных пря-мых линий, получают две кривые поверхности, являющиеся грани-цами очага пластической деформации (ОПД) со стороны входа по линии КК' и выхода по СС'. Торцовые поверхности ОПД представляют собой плавные осесимметричные поверхности, выпуклость которых направлена против движения прессуемого металла;

5) на некотором расстоянии от ОПД продольные линии сетки изгибаются по направлению к оси заготовки, образуя пережимы, утонения центральных и утолщения периферийных слоев. Утолще-ния являются аккумуляторами металла периферийных слоев, сдвигающихся относительно внутренних;

6) все поперечные прямые линии начальной координатной сетки в заготовке симметрично изгибаются выпуклостью в напра-влении движения прессуемого металла; это указывает на неравно-мерность деформации и отставание периферийных слоев металла от центральных в направлении, параллельном оси прессования. При некоторых условиях процесса прессования поперечные линии могут оставаться неизменными вплоть до того, пока не начнут входить в ОПД (холодное прессование с эффективной смазкой, горячее прессование с обратным истечением) или даже изгибаться в проти-воположном направлении, т. е. периферийные слои могут опережать внутренние в направлении оси прессования (прессование с опере-жающим движением контейнера).

7) расстояние между изогнутыми поперечными линиями в заго-тове увеличиваются в направлении движения прессуемого металла от пресс шайбы к ОПД;

8) в традиционных условиях прессования в пресс-изделии ранее прямые поперечные линии координатной сетки, за исключением нескольких линий, примыкающих к его переднему концу, принимают формы, близкие к параболам (см. рис. 2.1);

9) в стадии установившегося процесса прессования скорости истечения металла, т. е. скорости выхода пресс-изделия из матрицы, на разных стадиях этого периода, т. е. в начале, середине и конце установившегося течения, будут различны.

Металлы для прессования. Продукция прессования

1.Различают два основных метода прессования металла – прямой и обратный.

При прямом методе прессования (рис. 31, а)нагретую заготовку 3 помещают в контейнер 4 пресса. Контейнер имеет набор втулок 5 с различным внутренним диаметром, что позволяет прессовать на одной и той же установке слитки различного диаметра. С одной стороны контейнера посредством матрицедержателя 2 закреплена матрица 1. С другой стороны контейнера установлен пуансон (шплинтон) 6 с прессшайбой 7 на конце, которая входит во втулку контейнера. При работе пресса пуансон получает необходимое давление Р от плунжера и передает его через прессшайбу на заготовку, заставляя металл пластически деформироваться при прохождении через выходное отверстие матрицы. К концу процесса прессования в контейнере остается часть металла, называемая пресс – остатком слитка. Отходы металла составляют 18…20% массы слитка.

При обратном методе прессования металла (рис. 31, б) во втулку 4 контейнера 3 входит полый пуансон 5 с матрицей 6 на его конце; выходное отверстие в матрицедержателе 1 закрыто заглушкой 7. При движении пуансона матрица давит на слиток 2, в результате чего металл вытекает через отверстие матрицы в направлении, обратном перемещению пуансона.

При прессовании обратным методом по сравнению с прямым отходы металла меньше (5…6% массы слитка) и усилие прессования меньше на 25…30%.

Обратный и прямой методы прессования осуществляются на одном и том же прессе. Имеются специальные прессы обратного прессования, у которых на неподвижный пуансон надвигается контейнер со слитком, получающие

движение от главного плунжера. Рис. 31

Прессы обратного прессования имеют ограниченное применение вследствие сложности конструкции; в настоящее время их не строят.

При прессовании труб (рис. 31, в)нагретая сплошная заготовка 3,помещенная во втулку 5 контейнера 4,сначала несколько обжимается, а затем прошивается стальной иглой 7. Иглу укрепляют на конце пуансона или в проходящем через полый пуансон иглодержателе (как показано на рис. 31, в).При прошивке заготовки передний конец иглы выходит на некоторое расстояние из отверстия матрицы 1. Вследствие этого между стенками отверстия матрицы и наружной поверхностью стальной иглы образуется кольцевой зазор. При движении пуансона 6 вместе с прессшайбой 8 в направлении матрицы металл выдавливается через кольцевой зазор и принимает форму трубы 9. Наружный диаметр трубы равен диаметру отверстия матрицы, а внутренний – диаметру стальной иглы.

Различают прессование без «рубашки» (рассмотренное выше), при котором прессшайба плотно входит во втулку контейнера, и прессование с «рубашкой», при котором диаметр прессшайбы на 2…3 ммменьше диаметра втулки контейнера. В последнем случае прессшайба врезается в слиток и выдавливает внутренние слои слитка, а наружные остаются в контейнере в виде полого цилиндра-рубашки; при этом качество изделий повышается. После рабочего цикла прессования рубашку удаляют из контейнера пуансоном с контрольной прессшайбой. Трубы прессуют без рубашки.

2.Процесс прессования металла состоит из следующих стадий: 1) подготовки слитка к прессованию (удаление наружных дефектов, разрезка на мерные длины и т. д.), 2) нагрева слитка до заданной температуры и подачи к контейнеру, 3) собственно прессования, 4) отделки изделия (охлаждение, ломка заднего конца для полного удаления пресс утяжины, резка на мерные длины, правка, удаление дефектов).

При прессовании выход годного металла обычно составляет 70…80%. В последние годы в связи с применением для контроля качества изделий ультразвуковых дефектоскопов выход годного металла несколько увеличился.

Температуру прессования выбирают, исходя из свойств обрабатываемого материала и ее влияния на качество получаемых изделий, стойкость прессового инструмента и усилие прессования. Температура прессования связана со скоростью прессования, т. е. скоростью движения пуансона в период рабочего хода (деформации металла). При высоких скоростях прессования температура металла заметно повышается. Это может привести к перегреву металла и получению изделия с трещинами и надрывами. На практике обычно придерживаются следующего правила: чем выше температура нагрева металла, тем меньше скорость прессования, и наоборот.

Скорость, с которой металл выходит из очка матрицы, называют скоростью истечения. Скорость истечения υ_исравна скорости прессования υ_np,умноженной на вытяжку μ, т.е. υ_ис = μυ_np. Эта зависимость указывает на прямую связь скоростных условий процесса прессования со степенью деформации. Выбор скорости истечения зависит от пластичности металла или сплава. Так, алюминий, углеродистая и легированная сталь, медь, латуни Л62, Л96 и ЛС59–1, никелевые сплавы, титан и его сплавы при прессовании прутков и труб небольших размеров с вытяжками (μ > 30 допускают скорость истечения 100…500 см/сек, в то время как бронзы, алюминиевые сплавы (Д1, Д16 и т. д.) и большинство магниевых сплавов имеют скорость истечения 5…10 см/сек (в ряде случаев ее можно увеличить до 20…25 см/сек.)Превышение указанных скоростей приводят к образованию поперечных трещин и разрывов. Следовательно, при выборе параметров процесса прессования установление рациональной скорости истечения металла имеет большое значение для получения качественных изделий и обеспечения высокой производительности пресса.

3. Прессование чаще всего применяют для обработки цветных металлов и сплавов и реже для обработки сталей.

Исходным материалом для прессования являются круглые слитки диаметром 120…680 мм и длиной 200…1000 мм и заготовки.

Прессованием можно получать различные профили (рис. 135): прутки диаметром 5…300 мм, трубы с внутренним диаметром 18…350 мм и толщиной стенки 1,25…50 мм и др.

Прессованные изделия из цветных металлов и сплавов(меди и ее сплавов, цинковых, титановых и др.), а также из сталей и сплавов в основном являются заготовками Рис. 32

для получения изделий волочением, холодной прокаткой и другими способами обработки. Прессованные профили из алюминия, магния и их сплавов, как правило, являются готовыми изделиями.

Читайте также: