Файл: Колпашников А.И. Гидропрессование металлов.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 162

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

известен дефект структуры прессизделий — крупнокри­ сталлический ободок, возникающий после рекристалли­ зации (рис. 4).

Картина усугубляется при горячем прессовании не­ равномерностью теплового поля по сечению заготовки вследствие захолаживания периферийных слоев при кон­

такте их с более холод­

 

 

 

 

 

 

 

ным

инструментом

и из-

 

 

 

 

 

 

 

за неравномерности

теп­

 

 

 

 

 

 

 

ловыделения

при дефор­

 

 

 

 

 

 

 

мационном

разогреве

Рис. 4.

Схема

расположения

крупно­

(рис. 3).

 

 

 

 

кристаллического

ободка

в

 

прутке

На

рис. 3 пунктирной

алюминиевого

сплава,

прессованного

прямым

методом

без

смазки

[111

линией

показано

рас­

(стрелка показывает направление исте­

пределение

дополнитель­

 

чения

металла)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ных

и

рабочих напряже­

 

 

 

 

 

 

 

ний

в очаге деформации

при периферийно-поточном

ме­

тоде прессования.

 

 

 

 

 

 

 

 

Неравномерность деформации при прессовании

может

усугубляться значительным различием формы поперечно­ го сечения заготовки и готового изделия. Прессование металлов ведут, как правило, из круглого контейнера, ис­ пользуя круглый слиток, полученный методом полуне­ прерывного литья. Поэтому при прессовании профилей сложного поперечного сечения распределение деформа­ ций по длине и сечению изделий исключительно неравно­ мерно в силу асимметрии деформации.

Неравномерность деформации и напряжений приво­ дит к неравномерности скоростей истечения металла. Последнее обстоятельство часто служит причиной неис­ правимого брака — коробления прессизделий и даже нарушения их сплошности. Эффективное средство борь­ бы с указанным недостатком — максимально возможное приближение формы заготовки к форме прессизделия. Технология полунепрерывного литья позволяет получать слитки сложного поперечного сечения [15]. Однако прес­ сование подобного слитка значительно усложнит и удо.- рожит технологию изготовления контейнера, прессшайбы и прессштемпеля, имеющих сложное поперечное сечение. Кроме того, переход с круглого слитка на фигурный вы­ зовет увеличение усилия прессования в связи с увеличе­ нием трения пропорционально увеличению периметра по­ перечного сечения равновеликого слитка, поэтому


где

Т'

и П'—соответственно

сила трения и периметр

 

Т"

круглого слитка;

 

 

 

 

и /7"—соответственно сила трения и периметр

 

 

профилированного слитка.

 

 

Например, при переходе на квадратное сечение

П'/П"=

=

1,13, при переходе на прямоугольное сечение при соот­

ношении

сторон а = 2в отношение

П'/П"—1,2,

при

пере­

ходе на сечение в форме креста

 

П'/П"=\,Ь2.

 

 

 

В связи с указанным выше на практике применяют

прессование из квадратного или

 

прямоугольного

кон­

тейнера с овализацией краевых участков. При прессова­ нии более сложных профилей частичное выравнивание деформаций достигают смещением центра тяжести про­ филя, многониточным прессованием с «паразитным» от­ верстием. Последний способ связан с увеличением отхо­ дов металла и снижением производительности процесса.

Недостаток процесса прессования — неизбежность распрессовки слитка в начальной стадии процесса, что приводит к нерациональному расходу ресурса пластич­ ности и упрочнению материала заготовки.

При прессовании малопластичных труднодеформируемых сплавов степени деформации (до 10%), которые воспринимает металл на стадии распрессовки, могут ис­ черпать его ресурс пластичности. При выходе из отвер­ стия в матрице металл начнет растрескиваться, и все ме­ роприятия, направленные на улучшение процесса тече­ ния металла, будут неэффективны.

Большие силы контактного трения служат причиной исключительно высокой энергоемкости процесса прессо­

вания. Запишем усилие, необходимое для

выдавливания

металла, в виде сумм составляющих [10]:

 

 

Л

=

Я„ + Ткр

+ Ты + ТП + Т„р,

 

(7)

где

RH

— силы,

возникающие от внутреннего

трения,

 

 

противодействующего осуществлению

основ­

 

 

ной деформации в условиях отсутствия кон­

 

 

тактного трения;

 

 

 

Ткр—силы

трения, возникающие на боковой поверх­

 

 

ности

контейнера и иглы (при

ее наличии);


 

 

Ты

— силы трения на поверхности обжимающей ча­

 

 

Тп

 

сти пластической

зоны;

 

 

 

 

 

— силы

трения

на

поверхности

калибрующего

 

 

 

 

пояска;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г п р

— силы

трения

на

поверхности

прессшайбы.

 

Более

60%

усилия

тратит­

Р

 

 

 

ся

на

преодоление сил

трения.

 

 

 

 

На рис. 5 приведены инди­

 

 

 

 

каторные

диаграммы

различ­

 

 

 

 

ных

способов

 

прессования.

 

 

 

 

Наклонный

участок

 

соответ­

 

 

 

 

ствует

уменьшению

составля­

 

 

 

 

ющей

Гир по

мере

уменьше­

Путь

пуансона

ния поверхности трения. Из-

 

 

 

 

за

резкого

возрастания

уси­

Рис. 5. Индикаторные

диаграм ­

лия

приходится

ограничивать

мы различных

способов

прессо­

длину слитка

 

 

 

 

 

 

 

вания:

 

 

 

 

 

 

 

/ — прямое

прессование;

2 — об­

 

Силы

 

трения

 

вызывают

 

 

 

ратное прессование; 3 — г н д р о -

снижение

стойкости

прессово­

 

прессование

 

 

 

 

 

го

инструмента.

Так,

напри­

 

 

 

 

мер, при прессовании титановых высокопрочных спла­

вов

матрицы приходится менять после 8—15

прессовок.

Из-за появления центральных прессутяжин

прессова­

ние ведут с прессостатком.

 

 

2. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ

 

ТЕХНОЛОГИИ ПРЕССОВАНИЯ

 

 

В настоящее время известен ряд методов уменьше­

ния

технологической неравномерности деформации.

Часть из них уже освоена промышленностью или нахо­ дится в процессе освоения, другая часть — в стадии раз­ работки или исследования. К этим методам относятся следующие [16]:

1. Уменьшение сил контактного трения на рабочих поверхностях контейнера и матрицы.

2.Повышение общей степени деформации.

3.Расчленение очага деформации на ряд локальных

зон.

4.Изменение продольных профилей матрицы и прессшайбы.

5.Изменение направления истечения металла отно­ сительно направления движения прессшайбы.


6. Искусственное повышение пластичности деформи­

руемого металла в процессе прессования.

 

 

 

 

7. Механическое воздействие на характер

 

микроде­

формаций прессуемого

металла.

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Искусственное или принудительное увеличение ско­

рости течения металла

из периферийной

зоны

 

заготовки

в процессе прессования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подробный анализ всех перечисленных методов

уменьшения

неравномерности

деформации

мы делать не

 

 

 

 

 

будем. В настоящей

работе изла­

 

 

 

 

 

гается оценка степени эффектнв-

_ _ j

:

 

[___

^

мости,

рассматриваются

основ-

/ / /

ЗЕ>2<^5235 'У/"~

н

ы е

Д ° С Т О

Ш 1 С Т в а

и

недостатки,

//уЩіїТХШт

 

а

также

указываются

существу­

 

 

 

 

 

ющие и возможные области при­

 

 

 

 

 

менения каждого

метода.

 

 

 

 

 

 

Уменьшить

 

внешнее

трение

 

 

 

 

 

возможно

посредством

 

разделе­

 

 

 

 

 

ния

деформируемого

металла и

 

 

 

 

 

инструмента

слоем

технологиче­

Рис.

6. Прессование в

пла­

ской

смазки

или

мягкой метал­

 

стичной

оболочке:

 

лической

 

оболочкой

 

(рис. 6).

/ — пластичная

шайба:

 

 

Этот метод нашел широкое при­

2 — заготовка:

3 — пластич­

 

ная оболочка

 

менение

в

промышленности, так

 

 

 

 

 

как

позволяет

снизить

рабочие

напряжения

прессования,

уменьшить

неравномерность

деформации,

повысить

стойкость

инструмента.

 

В настоящее время для холодного п горячего прессо­ вания подобраны смазки па основе графита, стекла, слюды, сульфидов молибдена п др., что позволяет пла­ стически обрабатывать большинство прессуемых метал­ лов и сплавов. Однако применение смазок не гаранти­ рует бездефектность продукции по прессутяжинам. К тому же использование пастообразных и жидких сма­ зок вызывает образование на прессизделиях плен, пузы­ рей, отслоений и пр. (при избытке смазки). Вместе с тем при недостаточном и неравномерном распределении тех­ нологической смазки образуются риски и борозды, за­

трудняется отделение прессостатка

от матрицы [17, 18].

В целом режим деформации даже

при использовании

высокоэффективных смазок характеризуется значитель­ ной неравномерностью, а применение пластических обо­ лочек для прессования хрупких и тугоплавких металлов


и сплавов [19, 20] препятствует обработке

их с доста­

точной степенью

обжатия, так как основная

доля

об­

щей деформации

будет сосредоточиваться

в

слое

обо­

лочки.

 

 

 

 

Таким образом, метод уменьшения сил контактного трения посредством смазок, как метод снижения нерав­ номерности деформации, хотя и получил широкое рас­ пространение в промышленности, по-видимому, исчер­ пал себя.

Повышение общей степени деформации при прессо­ вании приводит к увеличению гидростатического давле­ ния, что повышает равномерность распределения на­ пряжений по углу раствора матрицы и увеличивает об­ ласть пластических деформаций за счет зоны застоя металла [21]. Одновременно происходит возрастание дополнительных сдвигов. Это заметно усугубляет нерав­ номерность деформации [10, 17]. Наибольшая неодно­ родность механических свойств прессизделий находится в пределах 35% -^єс р -<С 92% с максимумом (по сгв) при

60%

с р

—средняя степень обжатия,

0В —предел проч­

ности прессуемого

материала) [17].

 

Повышение

степени

деформации — эффективное

средство

уменьшения неравномерности

деформации, так

как

оно

автоматически

увеличивает

гидростатическое

давление. Однако это имеет место лишь при очень боль­

ших величинах

деформации (ео р

> 9 2 % ) , что

связано со

значительными

энергозатратами

и тяжелым

режимом

работы прессового инструмента. Положение усугубля­ ется, если учитывать энергосиловые и скоростные осо­

бенности прессования малопластичных сплавов

и стали.

В практике

прессования

низкопластнчных материалов

применяют

двукратный

и даже трехкратный

процесс

выдавливания с целью получения необходимой общей деформации, что нерентабельно. Поэтому повышать сте­ пень обжатия повсеместно нельзя даже при использо­ вании в будущем новых высокопрочных инструменталь­ ных сталей. К тому же этот метод не решает основных проблем прессования.

Расчленение очага деформации на ряд локальных зон происходит при двух процессах: прессовании через многоканальные матрицы и ротационном прессовании.

Процесс прессования через

многоканальные

матрицы

предложен и внедрен в

промышленность

Спарксом

2-739

 

 

Г О С . П У Б Л И Ч Н А Я НАУМІ І О - Т Е Х І І И Ч Е С К А Я Б И Б Л И О Т Е К А С С С Р