Сущность прессования. Основные способы прессования. Характеристики деформации при прессовании

Глава 3 Прессовое производство

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются заводы с полным металлургическим циклом от пере-дельных?

2. Что такое профильный и марочный сортамент прокатной продукции?

3. Перечислите основные способы прокатки.

4. Что такое опережение и отставание при продольной прокатке?

5. Каковы основные деформационные и энергосиловые параметры процес-са продольной прокатки.

6. По каким признакам классифицируют прокатные станы?

7. Какое расположение клетей в прокатных станах является наиболее со-вершенным?

8. Какой вид проката производится с применением универсальных клетей?

9. Какие технологические схемы производства проката используются на металлургических комбинатах?

10. В чем заключается подготовка исходного металла к прокатке?

11. Какова основная цель нагрева металла перед прокаткой?

12. Какими нежелательными явлениями сопровождается нагрев металла?

13. Перечислите основные способы охлаждения проката.

14. Какое оборудование применяется для порезки проката на мерные длины?

15. Назовите отделочные операции, применяемые в прокатных цехах.

16. Какое оборудование применяют для правки проката?

При прессовании металл, заключенный в приемнике-контейнере, выдав-ливается через отверстие в матрице и получает форму поперечного сечения, соответствую­щего форме отверстия матрицы.

Прессование иногда называют выдавливанием, экструдированием. Прес-сование применяют для производст­ва сплошных и полых профилей, в част-ности труб по­стоянного и переменного по длине сечения. Прессован­ные по-луфабрикаты близки к профилям, получаемым прокаткой.

Прессование применяют также для изготовления поковок, имеющих форму стержня постоянного или пе­ременного сечения с утолщением на конце (например, клапан двигателя внутреннего сгорания). Прессованием получают стержневые элементы таких поковок.

Различают два основных вида прессования: с прямым и обратным исте-чением металла.

При прессовании с прямым истечением (рисунок 29) металл выдавли-вается из контейнера так, что пресс-шайба пуансоном перемещается относи-тельно сте­нок контейнера при отсутствии перемещения матрицы относитель-но стенок. При этом перемещаться в пространстве может как контейнер, так и пуансон. При прес­совании с прямым истечением заготовка перемещается от-носительно стенок контейнера и на контактной по­верхности появляются силы трения, затрудняющие ее перемещение.

1 – металл; 2 – контейнер; 3 – пресс-шайба; 4 - пуансон

Рисунок 29 – Схема прессования с прямым истечением металла

Разновидностью прессования с прямым истечением является прессование с боковым истечением (рисунок 30).

Рисунок 30 – Схема прессования с боковым истечением

Процесс гидропрессования является также разновид­ностью прессова-ния с прямым истечением и заключается в том, что металл из контейнера выдавливается через отверстие матрицы не действием пуансона, как в обычном процессе, а действием жидкости, подавае­мой в контейнер под высоким давлением (рисунок 31). Металл в этом процессе изолируется от инструмента жидкостью, движущейся в направлении истечения с большей скоростью, чем металл. Вследствие этого тре­ние металла об инструмент за-меняется трением о жид­кость. При этом силы трения направлены в сторону ис­течения и тем самым снижают потребное усилие. При большой вязкости жидкости дополнительные напряже­ния растяжения, вызываемые силами тре-ния, могут пре­высить основные сжимающие напряжения, что приво­дит к разрушению прутка. Область применения гидро­прессования ограничивается температурными условиями.

Рисунок 31 – Схема гидропрессования

При прессовании с обратным истечением (рисунок 32) матрица пере-мещается пуансоном относительно сте­нок контейнера. При этом переме-щаться в пространстве может как контейнер, так и пуансон.

При прессовании с обратным истечением заготовка относительно стенок контейнера не перемещается, за исключением небольшого объема вблизи мат-рицы. По­этому влияние трения иа усилие прессования и течение металла в этом процессе значительно меньше, чем при прессовании с прямым исте-чением.

Рисунок 32 – Схема прессования с обратным истечением

Иногда применяют совмещенное прессование, при котором прямое и обратное истечение металла проис­ходят одновременно или последовательно. На рисунке 33 представлена схема процесса совмещенного прессования сплошного профиля.

Прессованием можно получать сплошные и полые профили с плавным или ступенчатым поперечным се­чением по длине. Для этого применяют сменные матри­цы или разъемные матрицы с перемещающимися час­тями, конические и перемещающиеся иглы.

Рисунок 33 – Схема совмещенного прессования

Прессование обладает много преимуществами по сравнению с другими процессами обработки метал­лов давлением – прокаткой, волочением, ков-кой:

1. Механическая схема дефор­мации (всестороннее сжатие с одной деформацией растяжения), характеризующая процесс прес­сования, является схемой, обе­спечивающей наибольшую пластичность деформируемого метал-ла, поэтому прессованием можно деформировать малопластичные по природе металлы и сплавы, которые другими методами деформировать невозможно.

2. Прессованием можно получать сплошные и полые профили очень сложной формы поперечного сечения (рисунок 34) – трубы с наружными и внутренними продольными и поперечными ребрами, полые профили с нес-колькими каналами сложной формы и т.п. Размеры и форму поперечного се-чения можно плавно или ступенчато изменять по длине профиля.

Рисунок 34 – Прессованные профили

3. При прессовании легко осуществляется переход с одного профиля на другой простой заменой матрицы. Поэтому прессование целесообразно приме-нять при мелкосерийном производстве даже таких профилей, которые можно изготовлять прокаткой.

4. При прессовании обеспечивается высокая точность размеров сечения по сравнению с горячей прокаткой, так как упругие деформации инструмента нич-тожны.

Вместе с тем прессование имеет следующие недостатки, которые огра-

ничивают область его применения:

1. Механическая схема деформации, обеспечивающая высокую плас-

тичность, требует повышенного усилия для деформации. Это создает тяжелые условия службы матрицы. При прессовании нагретого металла усилие сни-жается, но ус­ловия службы инструмента ухудшаются. В связи с этим инстру­мент изготовляют из сложнолегированных сплавов, производят частую его смену.

2. Прессованные изделия характеризуются значительной неравномер-ностью свойств по сечению и длине в результате неравномерности дефор-мации (более резко выраженной, чем при прокатке). Степень неравномер-ности деформации, а следовательно, и свойств изделий зависит от следую-щих основных факторов:

1) температуры прессуемого металла и инструмента;

2) трения на поверхностях контакта металла с инструментом;

3) степени деформации;

4) скорости прессова­ния и истечения;

5) прочностных свойств прессуемого металла.

Для снижения усилия прессования металлов с повышенной прочностью прессование осуществляют при высоких температурах. Вследствие этого неизбежно значитель­ное охлаждение периферийных слоев металла, соприка-сающихся с инструментом, особенно в обжимающей части пластической зо-ны вблизи матрицы. Внутренние слои (более горячие) имеют пониженное соп-ротивление деформации и стремятся переме­ститься быстрее наружных, что приводит к неравномерности де­формации по сечению. Выравнивание скорос-тей течения по се­чению прутка вследствие его целостности приводит к появ-лению дополнительных напряжений растяжения в наружных слоях и сжатия в центральных.

При прессовании температура неодинакова и по длине прутка: задний ко-нец обычно имеет пониженную температуру по сравне­нию с передним – из-за большей длительности контакта с инст­рументом. В связи с этим предлагают нагревать заготовку не­равномерно: наружные слои и ее задний конец до более высокой температуры по сравнению с внутренними слоями и передним кон-цом. Это компенсирует неравномерность охлаждения при прессовании. Одна-ко при значительном перепаде температуры по сечению наружные слои го-рячее внутренних и могут течь быстрее их. В результате во внутренних слоях появятся дополни­тельные напряжения растяжения, что может привести к внутрен­ним разрывам.

Трение, как и во всех процессах обработки металлов давле­нием, увели-чивает неравномерность деформации и потребное усилие. Трение сдержи-вает течение металла периферийных сло­ев. Для снижения трения при прес-совании применяют смазку ин­струмента или заготовки. При прессовании наг-ретого металла смазка должна иметь незначительную теплопроводность, что-бы уменьшить охлаждение поверхности заготовки и нагрев инструмента. Смазка уменьшает трение, а, следовательно, и неравномерность деформации и усилие.

Повышение степени деформации увеличением сечения заго­товки или уменьшением сечения изделия приводит к неравномерности деформации. Од-нако при высоких степенях деформации разница в свойствах частей прессо-ванного изделия, получивших различную степень деформации, будет умень-шаться в связи с уменьше­нием интенсивности упрочнения с ростом степени деформации. Поэтому прессование осуществляют большими степенями дефор­мации для получения изделий с равномерными свойствами. Если прессованное изделие в дальнейшем не подвергается обработке давлением (прокатка, воло-чение), то вытяжка должна быть не менее десятикратной; если прессуют за-готовку для дальнейшей обработки давлением, то вытяжка должна быть не менее пяти­кратной.

Скорость прессования определяет длительность контакта прессуемого металла с инструментом. При прессовании с нагре­вом заготовки для умень-шения охлаждения металла и разогре­вания инструмента скорость прессо-вания должна быть большой (чем больше скорость, тем равномернее дефор-мация). Однако при повышении скорости прессования увеличивается сопро-тивле­ние деформации и потребное усилие. При прессовании сплавов, имею-щих узкий температурный интервал пластичности, увели­чение скорости прессования приводит к снижению пластичности в связи с повышением тем-пературы из-за выхода тепла дефор­мации.

3. При прессовании по сравнению с прокаткой получается больший рас-ход металла из-за необходимости осуществлять прессование не до конца, ос-тавляя пресс-остаток.

Указанные преимущества и недостатки прессования ограни­чивают об-ласть его применения производством профилей из ма­лопластичных металлов и сплавов, профилей сложной формы, при мелкосерийном изготовлении про-филей.

Основным деформационным параметром, характеризующим процесс прес-сования, является степень деформации.

Степень деформации при прессовании оценивают коэффици­ентом вытяж-ки, равным отношению площади сечения заготовки к площади сечения гото-вого изделия, т. е.

, (46)

где – коэффициент вытяжки при прессовании; и – соответ-ственно площадь поперечного сечения заготовки до прессования и после прес-сования, мм².

Степень деформации может оцениваться истинной деформацией, яв-ляющейся натуральным логариф­мом коэффициента вытяжки

, (47)

где – истинная деформация при прессовании.

Оба показателя степени деформации являются условными. В действи-тельности степень деформации различна по сечению и по длине прутка.

Основным энергосиловым параметром при прессовании является усилие прессования. Усилие прессования складывается из следующих основных сос-тавляющих:

а) усилия, затрачиваемого на формоизменение металла в обжимающей час-

ти;

б) усилия, затрачиваемого на перемещение частиц металла в пластической зоне, т.е. в объеме слитка вне обжимающей части;

в) усилия на преодоление трения по контактным поверхностям контейнера

и матрицы.

Полное усилие прессования – сумма этих составляющих.

Силовые условия прессования определяются свойствами деформируемого металла, температурным режимом, размерами заготовки, скоростью и степенью деформации, величиной контактного трения, геометрией инструмента. К со-жалению, в настоящее время еще не разработана методика, позволяющая свя-зать все эти факторы в математическое выражение для определения усилий прессования.

Хорошие результаты при определении усилия выдавливания металла с прямым истечением дает формула Е.П. Унксова, которая имеет следующий вид:

, (48)

где – усилие прессования, МН; – сопротивление металла пласти-ческой деформации при прессовании, МПа; – длина заготовки в момент нача-ла выхода металла из формующей цилиндрической части матрицы, мм; – соответственно диаметр заготовки и диаметр изделия (диаметр цилиндрической части очка матрицы), мм; – угол при вершине конуса матрицы, рад; – длина цилиндрической части очка матрицы, мм.

Дата добавления: 2013-12-12