Технология прессования прутков, профилей и труб

Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Министерство образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра обработки металлов давлением (прокатка)

Обработка металлов давлением

Часть 2

Технология прессования прутков, профилей и труб

Учебное пособие для самостоятельной работы студентов

Горячев Е.А., Судаков Н.В.

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

УДК 621.731.003 (075.8)

Горячев Е.А., Судаков Н.В. Обработка металлов давлением. Ч.2. Технология прессования прутков, профилей и труб: Учебное пособие для самостоятельной работы студентов. -- Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002. -- 26 с.

Учебное пособие для самостоятельного изучения процесса прессования -- одного из наиболее распространенных видов обработки металлов давлением.

При прессовании металл заготовки, находящийся в контейнере под действием приложенных сил, истекает через матрицу в виде пресс-изделия. Прессование отличается благоприятной для осуществления пластической деформации схемой напряженного состояния.

Рассмотрены общая схема и методы прессования металлов. Описаны технологические процессы прессования конкретных видов изделий, а также оборудование и инструмент, применяемые на предприятиях.

Ил. 13, список лит. -- 5 назв.

Одобрено учебно-методической комиссией физико-металлургического факультета.

Рецензенты: Пелленен А. П., Рыженков А. А.

Издательство ЮУрГУ, 2002.

Оглавление

прессование металл обработка производство

Введение

1. Методы прессования

2. Технология прессового производства

3. Заготовки для прессования

4. Подготовка и эксплуатация оборудования для прессового производства

4.1 Контейнеры

4.2 Пресс-штемпели и пресс-шайбы

4.3 Иглы и оправки

4.4 Матрицы

5. Прессование сплошных профилей постоянного сечения

6. Прессование профилей переменного сечения

6.1 Схемы прессования профилей с одной законцовкой

6.2 Схемы прессования профилей с двумя законцовками

7. Прессование труб и полых профилей постоянного сечения

8. Прессование труб переменного сечения

8.1 Прессование труб со ступенчато изменяющимся сечением

8.2 Прессование труб с наружными утолщениями

8.3 Прессование труб с внутренними утолщениями

8.4 Прессование со сваркой труб и полых профилей

9. Прессование панелей

10. Правка пресс-изделий

10.1 Правка растяжением

10.2 Правка на ролико-правильных машинах

Библиографический список

Введение

Прессование -- один из видов обработки металлов давлением, в результате которого металл заготовки находящейся в контейнере под действием приложенных сил истекает через матрицу в виде пресс-изделия, имеющего гораздо большую длину чем размер поперечного сечения заготовки.

Прессование отличается благоприятной для осуществления пластической деформации схемой напряженного состояния -- всесторонним неравномерным сжатием. В данном случае деформированное состояние характеризуется деформациями укорочения и пассивной деформацией удлинения, последняя из которых происходит без участия растягивающих сил. Эта схема напряженного состояния по сравнению с другими процессами ОМД позволяет получать весьма высокие степени деформации. Чаще всего прессование производится при вытяжках =20…60 [1].

Характерной особенностью процесса являются высокие рабочие напряжения, достигающие десятикратной величины сопротивления деформации металла в условиях прессования, причем среднее давление на пресс-шайбу равняется 400…800 МПа, а в отдельных случаях до 1000. Для повышения пластичности и снижения необходимых давлений заготовку перед прессованием нагревают.

Кинематическая схема истечения металла заготовки такова, что ее периферийные слои проходят большее расстояние и подвергаются более интенсивным сдвиговым деформациям, чем центральные. В результате это приводит к неравномерности деформационных условий, которая является органической особенностью процесса.

Неравномерность истечения металла усиливается под действием сил трения между обрабатываемым металлом и инструментом, а также в результате неравномерности температуры по всему сечению и длине заготовки, также происходит образование дополнительного тепла в пластической зоне в процессе прессования и рассеивания его в окружающую среду.

Скорости прессования v_п и истечения v_и, которые связаны между собой соотношением v_и= v_п имеют широкие пределы: высоколегированные труднодеформируемые сплавы прессуются с низкими скоростями, низколегированные -- с высокими.

Основной технологический инструмент, который применяется при прессовании состоит из контейнера-приемника заготовок, пресс-штемпеля, пресс-шайбы которая является разделительным элементом между пресс-штемпелем, прессуемой заготовкой и матрицы. Наиболее важная роль в определении процессов прессования, их силовых характеристик, а также свойств пресс-изделия принадлежит матрице. Матрицы различаются формами рабочих поверхностей, по которым истекает выпрессовываемый металл из контейнера.

Наиболее часто применяют плоские матрицы (2 а = 180°, где а -- половина матричного угла) и конические (2 а < 180°). Подробнее оборудование для пресса и их особенности будут рассмотрены в одном из следующих разделов работы.

В промышленных условиях процесс прессования осуществляется под воздействием сил, приложенных к торцу заготовки и передаваемых от плунжера пресса. Наиболее распространенный тип пресса -- гидравлический горизонтальный.

1. Методы прессования

Существующие методы прессования можно разделить на две основные группы: с прямым истечением металла -- прямое прессование (рис. 1 а, б) и с обратным истечением металла -- обратное прессование (рис. 1 в, г). При прямом методе прессования направление истечения металла совпадает с направлением перемещения пресс-штемпеля. В случае обратного прессования металл истекает в направлении противоположном направлению перемещения пресс-штемпеля. Процесс совмещенного прессования (рис. 1 д) предусматривает истечение металла в прямом и обратном направлении. Прессование с боковым истечением металла (рис. 1 е, ж), прессование с рубашкой (рис. 1 з) и гидропрессование (рис. 1 и) являются разновидностями случая прямого прессования. При прессовании для деформирования металла требуются большие затраты энергии. Во многом это обусловлено трением металла об инструмент. Особенно заметна роль трения при прямом методе прессования. В этом случае при движении металлу приходится преодолевать значительное трение по стенкам контейнера, внутренней поверхности матрицы и поверхности выходного очка. При гидропрессовании жидкостный характер трения на стенках контейнера и внутренней поверхности матрицы позволяет снизить затраты энергии на преодоление действия сил трения, а следовательно снизить усилие прессования. В случае обратного прессования перемещение металла сосредотачивается только вблизи матрицы, и силы трения действуют лишь на внутренней поверхности матрицы и на небольших участках стенок контейнера, расположенных около матрицы. В результате этого при обратном методе прессования необходимое усилие прессования в 1,5...2 раза ниже, чем при прямом методе. Но силы трения могут так же способствовать прессованию. Начинают использоваться схемы прессования с активным действием сил трения. Применение активных сил трения позволяет более существенно снизить усилие прессования, анизотропию свойств готового изделия в продольном и поперечном направлении, а в ряде случаев улучшить качество поверхности изделий. Используя прессование с боковым истечением металла можно значительно снизить анизотропию свойств изделия. Из множества схем прессования с применением активного трения можно выделить: прямое прессование через валковую матрицу (рис. 2 а) с принудительным вращением, боковое прессование через матрицу образованную торцевой плитой трения и калибрующей кромкой контейнера (рис. 2 б), схемы прямого прессования с поперечным вращением сплошной матрицы, пресс-шайбы и матрицы в разные стороны, а также схемы прямого и обратного прессования с передвижением контейнера, матрицы и шплинтона (рис. 2 в, г) [2]. При предварительном нагреве металла перед пластической обработкой на нем образуется пленка окислов. Попадание этой пленки в готовое изделие ухудшает его качество либо приводит к браку в изделии. При прямом прессовании и обратном прессовании прутков большая часть окислов с поверхности заготовки оседает в мертвых зонах. В случае обратного прессования труб все дефекты поверхности заготовки переходят в готовое изделие. Для предотвращения попадания пленки окислов в изделие используется метод прессования с "рубашкой". При этом все дефекты поверхности заготовки остаются в рубашке. Данный метод прессования так же позволяет снизить расход металла вследствие сокращения размера пресс-остатка. Но прессованием с ''рубашкой'' изготавливаться лишь изделия из металлов со сравнительно невысокой вязкостью и низкой прилипаем остью к инструменту. Например: алюминий и его сплавы склонны к свариванию со стальным инструментом. Чаще всего с рубашкой прессуют латунь ЛС59, бронзы Бр. АЖМц 10-3-1-5, Бр. АЖН 10-4-4 и другие сплавы [2]. Все рассмотренные выше методы прессования не являются непрерывными и позволяют получать изделия ограниченной длины. Существовало множество попыток сделать прессование непрерывным процессом или хотя бы максимально приблизить к непрерывному. До последнего времени в промышленности применяется полу-непрерывное прессование без отделения пресс-остатка. Суть процесса заключается в том, что каждая последующая.заготовка загружается в контейнер после того, как предыдущая отпрессовывается на 2/3 своей длины, а 1/3-остается в контейнере. При этом заготовки свариваются по торцам. Недостатком такого способа прессования является невысокая прочность сварки частей пресс-изделия, вследствие наличия различных загрязнений, обычно остающихся в пресс-остатке.

Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Рис. 1. Методы прессования металлов: а) с прямым истечением прутка; б) с прямым истечением трубы; в) с обратным истечением прутка; г) с обратным истечением трубы; д) с прямым и обратным истечением прутка; е) с боковым истечением прутка; ж) с двухсторонним боковым истечением прутков; з) прессование с рубашкой; и) гидропрессование



Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Рис. 2. Прессование с применением активных сил трения

2. Технология прессового производства

Технологическая схема прессового производства представлена на рис. 3. Технологическую цепочку прессового производства можно разбить на два этапа: изготовление заготовки и получение пресс-изделия. То есть получение готового продукта выполняется по схеме "слиток -- заготовка -- пресс-изделие". По этой схеме получается большинство пресс-изделий. Но в ряде случаев, например, из-за сложности поперечного сечения профиля изделия, нельзя получить готовый продукт сразу. Тогда сначала прессуют полупродукт, максимально приближающийся по форме к готовому изделию. При получении профилей из труднодеформируемх металлов и сплавов прессование также может осуществляться за несколько прессовок. Схема "слиток -- заготовка -- полупродукт -- готовое изделие" в данном случае позволяет снизить нагрузки на инструмент, уменьшить усилие прессования, а также в некоторых случаях улучшение качества поверхности изделий. В соответствии с этими схемами прессовое производство включает: печи для нагрева слитков и заготовок, ножницы для резки слитков на мерные заготовки, участок обточки и скальпирования слитков, пресс для прессования, отделение правильных машин, отделение термической обработки, участок отделки поверхности изделий (например, для нанесения различных покрытий). Перед обработкой слитки, полученные с литейного двора, нагревают в нагревательных печах. После нагрева слитки нарезают на мерные заготовки. Далее заготовки подвергают обточке или скальпированию для очищения поверхности заготовки от окисленной пленки и предания заготовке требуемых размеров. После прессования полученный профиль имеет различные дефекты формы. Их исправление осуществляется в правильном отделении. Концы профиля обрезают и отправляют его в отделение термической обработки. Термообработанный профиль отправляют на участок отделки поверхности. Готовые изделия поступают на склад готовой продукции либо непосредственно после правки, либо после термической обработки, либо после отделки поверхности. На участке обточки слитков может осуществляться ремонт прессового инструмента, но возможно наличие отдельного участка для ремонта. Для ремонта инструмента методом наплавки требуется наличие отдельного наплавочного отделения [2].

3. Заготовки для прессования

Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Рис. 3. Технологическая схема прессового производства

При прессовании применяют либо литые слитки, либо слитки, обработанные давлением. В настоящее время в качестве заготовок для прессования используются следующие изделия:

а) круглые сплошные слитки;

б) круглые полые слитки;

в) плоские сплошные слитки.

Рис. 4. Схема резки литых столбов на мерные заготовки: 1 -- заготовка; 2 -- нижний неподвижный нож; 3 -- верхний подвижный нож; 4 -- упор

Перед началом процесса следует подготовить заготовку к этому процессу. Современная схема подготовки заготовок к прессованию состоит из следующих операций: нагрев неразрезанных и необточенных литых заготовок в виде столбов в нагревательных печах, обрезка (рис. 4), скальпирование (рис. 5) или обточка, а полые заготовки так же растачивают.

Рис. 5. Схема скальпирования поверхностного слоя заготовок: 1 -- заготовка; 2 -- пресс-штемпель; 3 -- матрица

Нагрев осуществляют в индукционных или газовых печах. Температурные условия прессования влияют на величину сопротивления деформации и, как следствие, на характер истечения металла, силовые условия прессования а также на механические свойства и точность размеров поперечного сечения пресс-изделия. На температурные условия прессования прежде всего влияет распределение температур в заготовке при ее нагреве. В промышленных условиях, в зависимости от диаметра, допустимый перепад температуры перед загрузкой заготовки в контейнер не должен превышать 50°С. Большие перепады температур могут вызвать возникновение термических напряжений и, как следствие, растрескивание заготовки или пресс-изделия. Неравномерный нагрев и захолаживание поверхностных слоев металла существенно усложняет задачу получения пресс-изделий в большом диапазоне вытяжки из-за увеличения его сопротивления деформации, приводит к дополнительному короблению прутков в случае прессования сложных и фасонных профилей. Предварительный нагрев должен осуществляться в режиме обеспечивающем минимальную разность температур различных точек заготовки, а также протекания фазовых превращений в металле заготовки. Наиболее равномерный нагрев дают камерные электрические печи. Так, для заготовок диаметром 80..100 мм, разность между температурами поверхности и оси составляет 10…15°С, а для заготовки диаметром 300 мм примерно 40°С [З]. При индукционном нагреве, в сечениях заготовки возникают значительные температурные градиенты. Вместе с тем неоспоримым достоинством индукционных печей является высокая скорость нагрева заготовок. Времени для нагрева заготовки в такой печи требуется в 3…5 раз меньше чем в электрической печи сопротивления. Это определило целесообразность постоянного использования индукционных установок для нагрева заготовок из сравнительно пластичных сталей. После выхода слитка из печи производится резка на куски необходимой длины. Круглые заготовки режутся на ножницах со специальной сферической поверхностью, которые предотвращают снятие нагретой заготовки. По сравнению с традиционно применяемой резкой пилами повышается производительность труда, уменьшается вероятность косого среза, снижается угар металла, который образуется при переплавке стружки. Затем осуществляется механическая обработка заготовку обтачивают на токарных станках или подвергают скальпированию. Качество обработки поверхности заготовки определяет качество получаемого изделия и способствует ходу процесса, благодаря уменьшению трения о стенки контейнера.

Скальпирование представляет собой снятие поверхностного слоя заготовки на специальном оборудовании путем продавливания ее через матрицу. Причем диаметр матрицы определяется диаметром заготовки. Операцию скальпирования можно заменить обточкой на токарных станках. Но скальпирование имеет ряд преимуществ по сравнению с обточкой: повышение выхода годного, за счет стабильного припуска на обработку; сокращение угара при переплавке отходов вследствие значительного уменьшения удельной поверхности получаемых отходов по сравнению со стружкой; повышение производительности; улучшение качества поверхности путем исключения различных загрязнений: эмульсии, смазки, которые скапливаются в бороздках от резца; сокращение площадей необходимых для проведения операций; улучшение условий пакетирования отходов.

4. Подготовка и эксплуатация оборудования для прессового производства

Операции по подготовке оборудования и инструмента к прессованию включают мероприятия, обеспечивающие получение пресс-изделий требуемого качества в необходимых объемах.

4.1 Контейнеры

При прессовании контейнер испытывает большие силовые и температурные воздействия, а также интенсивный износ под действием трения прессуемого металла. Для увеличения прочности контейнеры делают сборными, состоящими из двух и более втулок.

Подготовка контейнера к работе состоит из операций нагрева и смазки, что обеспечивает снижение температурных воздействий и уменьшение трения прессуемого металла. Из-за перехода температур между заготовкой и инструментом контейнер испытывает термические напряжения, в результате чего на внутренней поверхности рабочей втулки появляются разгарные трещины. При горячем прессовании для уменьшения перепада температур контейнер обычно нагревают до 350…450°С. Нагрев осуществляют на специальных стендах перед установкой на пресс, либо непосредственно на прессе. Контейнеры нагревают при помощи индуктора, устанавливаемого в полость рабочей втулки. В процессе прессования заданная температура контейнера поддерживается или обогревателями электросопротивления, расположенными в контейнеродержателе пресса, или стержневыми индукционными нагревателями, которые устанавливаются в промежуточной втулке контейнера.

В результате трения втулка подвергается также абразивному износу и особенно интенсивно ее выходная сторона. Это связано с увеличением контактных напряжений и с наибольшим разогревом этой части втулки вследствие максимального времени контакта с прессуемым металлом. Для своевременного выявления начала разрушения контейнера необходим его систематический осмотр. Наружные втулки контейнера и обойма обычно работают в течение нескольких лет, но внутренняя втулка очень быстро изнашивается либо на ее внутренней поверхности появляются трещины, налипы металла. В этом случае ее заменить либо реставрировать. Реставрация осуществляется двумя способами: расточкой на больший диаметр и наплавкой, однако для высококачественного проведения наплавки инструмента требуется создание специального участка; наплавку могут выполнять только высококвалифицированные рабочие.

С целью уменьшения трения металла заготовки об стенки контейнера на внутренней поверхности рабочей втулки наносится смазка. Эта операция производится после нагрева, так как иначе происходит выгорание значительного количества смазки. Применение технологической смазки позволяет в значительной степени уменьшить износ рабочей втулки контейнера.

4.2 Пресс-штемпели и пресс-шайбы

Пресс-штемпели передают давление пресса на прессуемую заготовку и воспринимают полное давление прессования. Для предохранения торца пресс-штемпеля от контакта с нагретой заготовкой используют сменные пресс-шайбы. В процессе работы пресс-штемпель испытывает значительный тепловой разогрев.

В процессе эксплуатации пресс-штемпелей возможны смятие торцов, наклепывание, растрескивание, а также косой скол тела пресс-штемпеля.

Пресс-шайбы как и торцевая часть пресс-штемпеля, воспринимают напряжения сжатия и смятия. Но, в отличие от пресс-штемпелей, пресс-шайбы работают при температуре горячей заготовки. Поэтому перед прессованием пресс-шайбы нагревают. В процессе эксплуатации пресс-шайбы выходят из строя вследствие распрессования, особенно это относится к пресс-шайбам с отверстием для иглы, а также разупрочнения и деформации кромок. Для повторного использования вышедших из строя пресс-шайбы и пресс-штемпеля ремонтируют путем проточки на меньший размер или методом наплавки.

4.3 Иглы и оправки

Прессовый инструмент для прошивки заготовки называется иглой, а для формирования внутренней полости пресс изделия -- оправкой. При прошивке заготовок игла испытывает сжимающие напряжения и, кроме того напряжения продольного изгиба. При прессовании оправка испытывает растягивающие напряжения, возникающие под действием сил трения, а также радиальные сжимающие напряжения.

Для снижения поверхности износа игл и оправок применяют различные технологические смазки, которые наносятся на поверхность иглы или оправки непосредственно перед прессованием.

Нарушение соосности отдельных узлов пресса или эксцентричное расположение заготовки в контейнере приводит к возникновению в иглах и оправках изгибающих напряжений, что в ряде случаев может привести к их облому. Ремонт игл и оправок производится аналогично ремонту пресс-штемпелей и пресс-шайб.

4.4 Матрицы

Матрицы работают в наиболее тяжелых условиях. Стойкость матрицы может быть обеспечена при соблюдении необходимых условий эксплуатации.

Перед прессованием матрицу нагревают до 350…450С^о в печи с контролируемой температурой. Набор матричного блока производится, так чтобы обеспечить целостность и стабильную геометрию канала матрицы. Перед установкой на пресс детали матричного блока осматривают. Рабочие поверхности матрицы должны быть чистыми и гладкими без рисок и налипов металла; выходная кромка рабочего пояска -- острой, а сам поясок -- параллелен оси матрицы. Комбинированные матрицы должны быть очищены от металлического пресс-остатка и, в случае необходимости протравленными. После каждой прессовки матрицы подвергают профилактическому ремонту. Поврежденные матрицы реставрируют, либо растачивают на больший размер, либо путем наплавки твердым сплавом.

5. Прессование сплошных профилей постоянного сечения

Последовательность технологических операций при прессовании сплошных профилей прямым методом схематически показана на рис. 6. Нагретая заготовка с пресс-шайбой специальным механизмом подают на ось пресса в зазор между пресс-штемпелем и торцем контейнера. При холостом ходе прессующей траверсы вперед пресс-штемпель 1 подает заготовку в контейнер 3, после чего подающий механизм возвращают в исходное положение, освобождая пространство для дальнейшего движения прессующей траверсы. При дальнейшем движении пресс-штемпеля, после прижатия контейнера к матрице, происходит процесс прессования заготовки через матрицу с образованием пресс-изделия.

Рис. 6. Основные технологические операции при прессовании прутков и профилей: а) установка заготовки в контейнер; б) прессование профиля; в) удаление пресс-остатка; 1 -- пресс-штемпель; 2 -- заготовка; 3 -- контейнер; 4 -- матрицедержатель; 5 -- ползун ножниц; 6 -- приемник пресс-остатка

При достижении заданной величины пресс-остатка прессование прекращают. После чего для удаления пресс-остатка контейнер отводят от матрицы, при этом освобождается пространство для прохода ползуна ножниц и приемника пресс-остатка. Движением ножа ножниц пресс-остаток отделяют от изделия и специальным механизмом транспортируют в разделительное устройство, расположенное вне пресса, где пресс-остаток отделяют от пресс-штемпеля 1. Ползун ножниц возвращается в исходное положение. После возвращения пресс-штемпеля в крайнее заднее положение начинается следующий цикл прессования.

6. Прессование профилей переменного сечения

Прессованием возможно получение профилей с плавно изменяющимся сечением и ступенчато изменяющегося сечения. Но прессование профилей первой группы менее рационально, чем прокатка в специальных клетях. Поэтому прессованием в основном изготавливают профили ступенчато изменяющегося сечения. Эти профили, в свою очередь, разделяют на профили с утолщением на одном конце (с одной законцовкой) и профили с утолщениями на обоих концах (с двумя законцовками) последние применяются сравнительно редко.

6.1 Схемы прессования профилей с одной законцовкой

При раздельном прессовании профильной и законцовочной частей через разборные матрицы каждое сечение профиля прессуют через отдельную матрицу и после каждой стадии прессования производят смену матриц. Перед прессованием в гнездо матрицедержателя устанавливают матрицу для прессования основного сечения профиля. После этого как основное сечение профиля отпрессовано на нужную длину процесс прессования останавливают. Матрица разбирается и на ее место устанавливается матрица для прессования переходной зовы. Матрицедержатель устанавливают в рабочее положение и прессуют переходную зону. Для прессования законцовочной части профиля пресс вновь останавливают и осуществляют замену матрицы после чего преступают к прессованию законцовочной части.

В начальный период освоения производства профилей с законцовкам схема раздельного прессования получила широкое распространение, но данный способ имеет существенные недостатки:

невозможно обеспечить соосность профильной и законцовочной частей при прессовании профилей с короткой профильной частью. Поэтому при изготовлении коротких профилей профильную часть приходиться прессовать длины, чтобы при выдвижении мундштука, для смены матрицы, ее передний конец оставался в направляющей, вследствие чего выход годного низок.

вследствие упругой разгрузки инструмента, при отключении пресса для смены матрицы, на изделии в месте перехода от одной ступени профиля к другой остаются характерные отпечатки.

Рис. 7. Схема прессования через две разборные матрицы

Для одновременного прессования профильной и законцовочной частей используется несколько схем: прессование через две разборные матрицы (рис.7), прессование с использованием двухпозиционного клина (рис.8). При первой схеме внутрь контейнера устанавливается матрица для формирования законцовочной части, а формирование профильной части осуществляется через матрицу установленную в матрицедержателе.

Основной недостаток этой схемы -- высокая энергоемкость. Поэтому она может быть рекомендована только для прессования профилей небольшой длины с относительно невысокими вытяжками.

Рис. 8. Прессование по схеме двухпозиционного клина: 1 -- прессование профильной части профиля, 2 -- прессование законцовочной части

При прессовании по второй схеме после окончания формирования профильной части процесс останавливают, в матрицедержателе разводят клинья, удерживающие профильную матрицу. После чего прессование продолжают -- прессуют законцовочную часть. Это наиболее прогрессивная схема, она позволяет существенно повысить производительность процесса и выход годного, особенно при прессовании коротких профилей.

6.2 Прессование профилей с двумя законцовками

Рис. 9. Прессование через матрицу с продольно перемещающимся элементом: 1 -- прессование законцовочной части, 2 -- прессование профильной части

Для прессования через матрицу с продольно перемещающимся элементом требуется специальная матрица (рис. 9). Она состоит из нижней стационарной части и верхней с двумя подвижными частями и матричным полукольцом. Подвижные части имеют по два рабочих пояска. После сборки матрицедержатея подвижные части выступают из его гнезда на величину опорного клина. При прессовании первой законцовки выступающие части находятся внутри контейнера. После окончания прессования первой законцовки пресс останавливают. Из матрицедержателя удаляется опорный клин, удерживающий подвижные элементы матрицы. Затем прессование продолжают. Подвижные части матрицы, получившие свободу перемещения в направлении прессования, движутся вместе с металлом, постепенно уменьшая канал матрицы, и занимают свое место в гнезде матрицедержателя. После этого прессуется профильная часть. Для получения второй законцовки требуется замена матрицы. При прессовании основного (утоненного) сечения профиля по такой схеме длина заготовки меньше чем при других способах прессования, так как вначале прессуют законцовочную часть; за счет уменьшения длины заготовки снижается усилие прессования профильной части, что позволяет уменьшить температуру нагрева заготовки и несколько увеличить скорость истечения металла.

Прессование с противодавлением по методу В.А. Лукашенко и др., основан на использовании деформирования вкладыша через подвижный упор усилием передаваемым передним концом профиля, выпрессовываемого через матрицу (рис. 10). Схема прессования приведена на рис. 10 а, б. Также был предложен способ с передачей противодавления от выпрессовываемого вкладыша (рис. 10 в, г). Законцовочная часть образуется при высадке прессуемого профиля в выходной части матрицы. Высадка осуществляется вследствие противодавления от упора, опирающегося на деформируемый вкладыш. После окончания выпрессовки вкладыша через подпорную матрицу противодавление снимается -- начинается свободное прессование профильной части. Для получения второй законцовки профильная матрица может быть выполнена разъемной. В этом случае по окончании прессования профильной части снимают давление пресса, снимают профильную матрицу и на ее место устанавливают матрицу для получения задней законцовка. При втором способе прессования с противодавлением для получения передней законцовки используется давление самого выпрессовываемого металла. Схемы прессования с противодавлением очень энергоемки, так как высадка переднего конца профиля значительно повышает требуемое усилие прессования. Но применение этих схем позволяет устранить многие недостатки присущие схемам раздельного прессования профильной и законцовочной частей профиля. Схемы прессования с применением противодавления можно рекомендовать только для прессования относительно коротких профилей с небольшими коэффециентами вытяжки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Рис. 10. Прессование с противодавлением: а, в -- прессование законцовки профиля; б, г -- прессование профильной части; 1 -- упор; 2 -- деформируемый вкладыш

Способ прессования из профилированного контейнера предложен И.С. Шнееровым для получения профилей небольшой длины с относительно простой формой сечения законцовочной части (рис. 11)

По окончании прессования профильной части давление пресса отключают и недопрессованную часть заготовки выдавливают из контейнера. При этом недопрессованная часть является законцовкой профиля. Для данной схемы прессования обычно используют заранее отпрессованную заготовку для уменьшения различий между профильной и законцовочной частей профиля, так как при использовании литой заготовки в законцовочной части остается литая структура. Прессование рассматриваемым способом обеспечивает повышение скорости истечения металла и значительное сокращение вспомогательного времени, что позволяет резко повысить производительность. Одно из важных преимуществ этого процесса -- возможность достижения больших соотношений площадей сечений законцовочной и профильной частей. К недостаткам прессования из профилированного контейнера следует отнести возможность получения профилей только с короткой законцовочной частью, различие свойств профильной и законцовочной частей и простоту сечений законцовки.

7. Прессование труб и полых профилей постоянного сечения

Наиболее простым и распространенным способом получения труб и полых профилей является так называемый трубный способ. Он заключается в том, что отверстие в профиле получается в результате обтекания металлом специальной профилирующей оправки. При этом способе используются полые заготовки. Отверстие в заготовке получают прошивкой или сверлением сплошной заготовки. Прошивка осуществляется на специальных прошивных станах или непосредственно на прессе перед прессованием (если пресс оборудован системой прошивки). Оправка может устанавливаться в пресс-штемпеле либо в иглодержателе. В соответствии с этим различают прессование с подвижной и неподвижной оправкой. Прессование с неподвижной оправкой имеет существенные недостатки по сравнению со схемой с подвижной оправкой.

Вследствие большой величины поверхности контакта оправки с деформируемым металлом возникают значительные силы трения, вызывающие интенсивный разогрев прессуемого металла, что при увеличении скорости истечения приводит к появлению трещин на внутренней поверхности труб. По этому скорости истечения при прессовании с неподвижной оправкой ниже в 1,5…2 раза, чем с подвижной.

Резко повышаются напряжения в оправках и значительно снижается их стойкость.

Увеличивается усилие прессования.

При прессовании с подвижной оправкой воздействие сил трения значительно снижается. Это связано с тем, что оправка движется поступательно в направлении прессования. Таким образом, для разработки усовершенствованных технологических схем прессования труб и полых профилей следует использовать подвижную оправку. Основные технологические операции при прессовании труб аналогичны операциям при прессовании профилей.

8. Прессование труб переменного сечения

Основной сортамент труб переменного сечения включает пять разновидностей: с внутренними утолщениями стенки; с наружными утолщениями стенки; с внутренними и наружными утолщениями стенки; плавно переменного сечения; ступенчатые, с одновременным изменением наружного и внутреннего диаметров (с постоянной или переменной толщиной стенки). Наибольшее применение находят трубы первых тех разновидностей. Прессование труб плавно переменного сечения и ступенчатых ограниченно.

8.1 Прессование труб со ступенчато изменяющимся сечением

Получение ступенчатых труб возможно по схемам прессования профилей переменного сечения (рис. 12). В качестве примера рассмотрим основные этапы при прессовании ступенчатых труб по схеме двухпозиционного клина. По этой схеме сначала прессуют меньшее сечение трубы. После окончания прессования этого сечения и по достижении заданной толщины в зоне перехода сечения трубы отключают давление, отжимают контейнер и разводят опорные клинья в матрицедержателе, удерживающие профильную матрицу. Затем контейнер вновь придвигают к матрицедержателю, и процесс прессования трубы продолжают. По окончании прессования выводят матрицедержатель, вынимают оправку, отделяют пресс-остаток. После повторной сборки оснастки процесс повторяют.



Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Рис.12. Прессование труб с внутренними и наружными утолщениями: а -- прессование наружного утолщения; б, г --прессование основного сечения трубы; в -- прессование внутреннего утолщения

8.2 Прессование труб с наружными утолщениями

Для получения наружного утолщения (рис.12 а, б) на оправке делается шейка. Прессование начинается в момент нахождения в очке матрицы шейки оправки. Труба, сечение которой оформляется матрицей и шейкой оправки надвигается на местное утолщение оправки и раздается. При дальнейшем движении оправки в перед осуществляется прессование с ее передней конической части, внутренний диаметр трубы постепенно увеличивается, наружный не изменяется. После раздачи получается коническая часть трубы. Затем с цилиндрической части оправки прессуется основное сечение трубы. Для получения нескольких утолщений на оправке делается несколько шеек. Их количество равно количеству требуемых утолщений. Во время прессования оправку перемещают и при прохождении каждой шейки через очко матрицы прессуется утолщение.

8.3 Прессование труб с внутренними утолщениями

Процесс прессования труб с внутренними и наружными утолщениями стенки (рис. 12 в, г) можно разделить на два чередующихся этапа: прессование утолщения и прессование основного сечения. Между двумя этими этапами пресс останавливают для смещения оправки. При прессовании труб с внутренними утолщениями используются оправки с утонченной передней частью. Утолщение формируется между матрицей и утонченной частью оправки. Далее в процессе прессования оправка, закрепленная в пресс-штемпеле, перемещается вперед и в рабочем пояске матрицы устанавливается участок оправки большего диаметра прессуется труба с тонкой стенкой. Для получения следующего утолщения процесс останавливают для перемещения оправки так, чтобы ее утонченная часть находилась в очке матрицы. После чего осуществляют прессование утолщения. Основным недостатком данного способа является остановка процесса. При прессовании в матрице возникают упругие деформации (очко матрицы расширяется, а она сама изгибается в направлении прессования). При остановке пресса и снятия давления матрица возвращается в исходное положение, что приводит к возникновению пережима стенки в зоне перехода от одного сечения к другому.

8.4 Прессование со сваркой труб и полых профилей

Схема прессования полых профилей (рис. 13) со сваркой через матрицу типичной конструкции- с выступающим рассекателем, приведена на рисунке. Изделие при этом получается следующим образом. Заготовку помещают в контейнер и при ее прессовании под давлением, передаваемым от пресс-штемпеля, разделяется рассекателем матрицы на два (или более) потока металла. Эти потоки под действием высокого давления свариваются в карманах матрицы, охватывая сплошной массой ее иглу. Окончательно профиль формируется в зазоре между каналом матрицы и ее иглой. Прессованием со сваркой получается более широкий сортамент (в том числе, и с несколькими каналами), чем трубным способом. Кроме того этот метод позволяет осуществить много ниточное прессование. Короткая длина оправки, повышающая ее жесткость, точную фиксацию оправки относительно матрицы дает возможность получать изделие с большей степенью точности, чем при прессовании трубным способом. Отсутствие смазки улучшает качество поверхности, особенно внутренней. Качество сварного шва в значительной степени определяет качество и получаемого изделия. На качество шва влияют следующий факторы:

Рис. 13. Схема прессования со сваркой через матрицу с выступающим рассекателем

а) загрязнение поверхности заготовки препятствует образованию шва чаще всего загрязнения попадают в сварочную зону с торцов заготовки. Поэтому желательно повышать отпрессованную длину и увеличивать тем самым число кратных длин готового профиля в прессовке. С увеличением вытяжки увеличивается размер вновь образуемых поверхностей. При контакте этих поверхностей между собой образуется наиболее качественный сварной шов;

б) давление в сварочной зоне. С увеличением давления в сварочной камере улучшается качество сварки отдельных потоков металла;

в) длительность деформации. Поскольку прессовая сварка связанна с диффузионными процессами, прямо влияет на качество сварки. Она не может быть менее определенной величины для данных условий прессования. Основными способами увеличения длительности деформации являются снижение скорости истечения и увеличение сварочной зоны;

г) температура прессуемого металла. Повышение температуры приводит к улучшению сварки, но сопровождается неизбежным снижением давления в зоне сварки. Кроме того, усиливается адгезия металла, что осложняет последующую очистку матрицы. Высокие температуры служат причиной огрубления шва [4].

9. Прессование панелей

Прессование из круглого сплошного слитка является наиболее простым, но имеет существенный недостаток: ограниченность ширины прессуемой панели. Исследования показали, что на прессе усилием 50 МН может быть получена панель из твердых аллюминиевых сплавов (Д16, В95, АМГ16) шириной не более 320 мм, а из мягких сплавов (АВ, АДЗ 1) шириной не более 460 мм. Однако ширина готовой панели может быть значительно увеличена путем придания панели сложной формы [5].

Форма прессуемой панели

--

V

Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Размещено на http://www.allbest.ru/

38

Коэффициент ширины	1	1,6	2	2,2	2,35

После прессования таким способом полученную панель разворачивают. После развертки и правки получается готовая панель. Придание панели сложной формы позволяет охватить охватить значительную часть сортамента прессуемых панелей. Но прессование данным способом приводит к быстрому выходу матриц из строя, вследствие больших площадей консольного языка и недостаточной ширины его основания. Стойкость языка матрицы значительно повышается при прессовании профилей формы V. Однако ширина панелей получаемых этим способом для ряда областей применения недостаточна, правка и разгибка профилей формы V представляет определенные технологические сложности. Выше сказанное показывает, что рассматриваемая схема прессования панелей не позволяет широкие обшивочные панели, поэтому может быть рекомендована для изготовления панелей небольшой ширины.

При прессовании из круглого полого слитка -- в виде ребристых труб и незамкнутых кольцевых профилей вначале прессуется ребристая труба (ребра выполняются в форме стрингеров получаемой панели). Затем ребристую трубу разрезают по образующей и разворачивают в плоскость. Прессование ребристых труб из полого слитка позволяет получать тонкостенные панели максимальной ширины. При данном способе получения панелей из полого слитка довольно легко выбрать оптимальные условия прессования без существенных ограничений поперечного сечения панелей и их толщины. Совершенствование схемы прессования позволило разработать процесс получения принципиально нового вида изделий-панелей с законцовками. Утолщения получают также как и при прессовании труб с утолщениями стенки.

Прессование из контейнера с плоскоовальным отверстием большой ширины или щелевого контейнера -- один из прогрессивных методов получения плоских панелей. Ширина панелей, прессуемых из плоского контейнера, примерно равна ширине панелей, отпрессованных в форме V из круглого контейнера. Панели отпрессованные из плоского контейнера не нуждаются в разгибке и правке поперечной кривизны, поэтому данный метод прессования панелей является более предпочтительным. Кроме того прессованием из плоского слитка значительно проще получать панели асимметричного сечения (с переменной толщиной полотна), которые трудно получить прессованием ребристых труб. Основной недостаток способа -- ограниченная ширина, получаемых панелей. Ф.Ф.Адриановым был предложен способ прессования панелей из плоского контейнера в фирме /~~\_/~\ этим способом можно повысить ширину прессуемой панели в 2 раза. Однако при опробовании данного способа была обнаружена значительная разнотолщинность полотна панели. Это объяснялось тем, что при сжатии матрицы в направлении малой оси канала контейнера в процессе прессования горизонтальные и наклонные участки полотна получают разные деформации, что приводит к утонения горизонтальных полок по сравнению с наклонными до 0,7…1 мм.

10. Правка пресс-изделий

Неоднородность деформации при прессовании вызывает различныеискажения формы изделия и его поперечного сечения. Поэтому после прессования пресс-изделия подвергают правке. Для правки применяют растяжные машины, ролико-правильные машины, гидравлические прессы и прокатку в плите.

10.1 Правка растяжением

Правку растяжением осуществляют непосредственно после прессования или после отжига. Правка производится на специальных растяжных машинах. На данных машинах устраняют продольную кривизну и скручивание профиля. В результате этой операции снижаются остаточные напряжения, повышаются прочностные характеристики, сохраняется хорошее качество поверхности. Степень деформации при правке растяжением не превышает 4%, поскольку даже этого значения достаточно для получения необходимой геометрии. Правка труб имеет ряд особенностей. Несмотря на удобство зажима трубы двумя губками, при этом не удается охватить трубу по окружности более чем на 240…260 градусов. Это приводит к неравномерности деформации при растяжении, вследствие чего на трубе появляются хлопуны (места с повышенной вытяжкой полотна). Поэтому при значительной кривизне прессованных труб их правку осуществляют в две стадии с освобождением трубы из губок, их поворотом вокруг оси на 90 градусов и поворотом зажимов между стадиями правки.

10.2 Правка на ролико-правильных машинах

Используется для исправления продольной кривизны и искажений формы, а также скручивание пресс-изделий. Преимущество ролико-правильных машин перед растяжными: меньшая величина технологических усилий, отсутствие концевых отходов, возможность правки профилей различной длины. К недостаткам данного способа правки следует отнести ограниченность сортамента, выправляемых пресс-изделий, необходимость в большом количестве сменного инструмента. Для доводки формы профилей после правки на ролико-правильных машинах применяют ручную правку с помощью зажимных приспособлений, специальных выколоток, ключей и т.д. Доводка формы изделия также осуществляется при прокатке в плитах, что значительно уменьшает объем и, соответственно, трудоемкость ручной правки. В основном прокаткой в плитах правят панели. При этом панель укладывается между двумя плитами с углублениями в форме выправляемой панели. После этого панель, уложенная между плитами, прокатывается в прокатной клети или на ролико-правильной машине. Перед укладкой панелей в плиты последние тщательно смазывают машинным маслом. Прокатку ведут в три-четыре прохода [5].

Библиографический список

1. Райтбарг Л.Х. Производство прессованных профилей.-М.: Металлургия, 1984.

2. Бережной, В.Л., Щерба В.Н., Батурин А.И. Прессоваие с активным действием сил трения.-М.: Металлургия, 1988.

3. Манегин Ю.В.,Суслов А.Г. Горячее прессование стальных профилей.-М.: Металлургия, 1992.

4. Жолобов В.В., Зверев Г.И. Прессование металлов.-М.: Металлургия, 1971.

5. Ерманок М.З. Прессование труб и профилей специальной формы.-М.: Металлургия, 1992.

Размещено на Allbest.ru

...