Файл: Колпашников А.И. Гидропрессование металлов.pdf

шенной карбидной неоднородностью структуры. Струк­ тура поставляемого проката в производственной практике улучшается путем дополнительной горячей об­ работки давлением. Обычно производят протяжку прут­ ков на меньший диаметр, значительно реже — всесторон­ нюю проковку заготовок, чередуя операции вытяжки и осадки. Эти операции отличаются большой трудоем­ костью, малой производительностью, требуют строгого соблюдения температурного режима ковки заготовок.

Экспериментальные исследования, выполненные в ДФТИ АН УССР, показали, что существенное сниже­ ние карбидного балла проката достигается при холодной пластической деформации заготовок методом гидропрес­ сования [130, 132]. Установлено, например, что при об­ жатии прутков со степенями деформации 50—55% кар­ бидный балл снижается с 4—5 до 2—3. При холодном

На одном конце каждой заготовки протачивают заходный конус по профилю концевой части матрицы. По диа­ метру заготовки не протачивают. Штучные заготовки поступают иа карбидный отпуск, который производят для повышения пластичности сталей по режиму: нагрев до 720—770° С, выдержка 1—2 ч, охлаждение в масле. После карбидного отпуска заготовки подвергают гал­ товке в барабане и пескоструйной очистке для снятия окалины. Далее следуют операции фосфатирования, омыливания и сушки.

Деформацию заготовок осуществляют на гидравли­ ческом прессе модели П479. Подготовленные заготовки поштучно загружают в контейнер, заливают рабочую жидкость и при каждом рабочем ходе ползуна вниз де­ формируется одна заготовка. В качестве рабочей жидко­ сти применяют масло индустриальное 20. Процесс гид­ ропрессования заготовок протекает плавно с регулируе­ мой скоростью выхода заготовок из матрицы. Процесс

полностью управляем и может быть автоматизирован. При ручной загрузке заготовок производительность уста­ новки составляет 30—40 шт. в 1 ч.

Необходимое обжатие (степень деформации) и раз­ мер получаемых заготовок определяются выбором исход­ ного прутка соответствующего диаметра и матрицы. Матрицу можно заменить за 25—30 мин. Заготовки об­ жимают со степенями деформации (уменьшение площа­ ди поперечного сечения) 40—50% за один проход. Боль­ шие обжатия достигают несколькими переходами с про­ межуточной термообработкой — карбидным отпуском заготовок.

При соблюдении технологии подготовки исходных за­ готовок и осуществлении процесса гидропрессования по­ лучаются ровные заготовки с гладкой поверхностью. За­ готовки разрезают па отрезки мерной длины, стыкуют с державками из стали 45, отжигают и передают на по­ следующую механическую и термическую обработку по заводской технологии.

Опыт работы на установке в производственных усло­ виях показал долговечность контейнеров при рабочих давлениях порядка 10-Ю3 -ъ15-103 кГ/см2, надежность и долговечность уплотнений высокого давления. Наибо­ лее слабым звеном являются матрицы. Лучшие резуль­ таты по стойкости достигнуты при работе с бандажированными матрицами. При изготовлении внутренних вставок матриц из стали Х12М [HRC = 57—59) была до­ стигнута стойкость порядка 500 заготовок при рабочих давлениях 10- Ю 3 ^ - 15-103 кГ/см2. При изготовлении вста­ вок из более вязких материалов и закалке до меньшей твердости наблюдаются значительный прогрессирую­ щий износ матриц, повышение усилий и задиры на по­ верхности заготовок.

Для соблюдения требований техники безопасности на контейнеры высокого давления надеты защитные коль­ ца, рабочее пространство пресса в рабочем положении закрыто предохранительными щитками.

Экономическая целесообразность применения техно­ логии гидропрессоваиия быстрорежущих сталей для из­ готовления заготовок инструмента основана главным образом на повышении стойкости инструмента вследст­ вие улучшения структуры и физико-механических свойств стали после деформирования. Обеспечивается

экономия быстрорежущих сталей за счет максимального приближения заготовки к размерам инструмента.

Исследования заготовок из стали Р18 после гидро­ прессования, отжига и окончательной термообработки показали повышение механических свойств и теплостой­

составляют 14 -103 — 15-103 ат (рис. 84), поэтому для до­ стижения больших степеней деформации необходимо применять процесс многократного гидропрессования.

Например, при прессовании прутков из титановых сплавов BTI-1 и ВТ5-1 степени деформации 30, 50 и 75% получены при однократном выдавливании [50, с. 49—52]. При этом давление увеличивалось с 5000—6000 до

ки имели хорошее, удовлетворяющее требованиям каче­ ство поверхности.

Однако многократное гидропрессование значительно снижает экономическую эффективность процесса. Резко возрастает общая трудоемкость процесса, требуется

большой парк специализированного оборудования (с по­ следовательно уменьшающимся диаметром рабочего контейнера), появляется дополнительная промежуточная операция резки и механической обработки полуфабрика­ та при изготовлении заготовок для последующего прес­ сования. Поэтому, по-видимому, целесообразно при прес­ совании сталей и титановых сплавов применять техно­ логию гидропрессоваппя с нагревом металла заго­ товки.

Глубокие исследования процессов холодного гидро­ прессоваппя сталей проведены УралНИИЧМ [50, с. 49—52; 75; 114]. На основе исследований рекоменду­ ются оптимальные составы жидкостей и смазок. При прессовании металлов и сплавов с давлением до 4000— 5000 ат использовали трансформаторное или машинное масло, при давлении свыше 10000 ат — смесь этиленгликоля с глицерином в различной пропорции (в зависимо­ сти от давления).

Для улучшения условий смазки в рабочую жидкость добавляли 5—10% (по массе) дисульфида молибдена. Поверхности заготовок в зависимости от их материала подвергали различной обработке — фосфатнрованию, омеднению, оксидированию, никелированию, светлому травлению и пр.

Разработана технология гидропрессования различ­ ных изделий из стали [50, с. 49—52]. Тонкостенные тру­ бы из нержавеющей стали прессовали на движущейся оправке. Толстостенные стальные трубы редуцировали по различным схемам: запаянные с двух сторон трубки деформировали как полый цилиндр, часть труб завари­ вали с выходной стороны (в этом случае жидкость вы­ сокого давления служила своеобразной оправкой), прес­ сование труб проводили на деформируемом сердечнике из спиральной заготовки. Получены сплошные профили различных сечений: круглого, квадратного, круглого со шлицевыми ребрами.

Наибольший удельный вес среди стальных прессо­ ванных изделий приходится на трубы. Поэтому важной задачей является разработка оптимальной технологии гидропрессования стальных труб.

На рис. 85 приведены схемы гидропрессоваппя сталь­ ных и титановых труб. Исследование показало возмож­ ность их изготовления всеми указанными способами, од-

нако некоторые из них имеют особенности, ограничиваю­ щие область их применения [133].

При простом гидростатическом прессовании величина достижимой степени деформации при данном давлении масла сравнительно невелика. Кроме того, этот процесс требует высоких скоростей прессования, обеспечиваю-

щих устойчивое течение металла. В частности, напри­ мер, при прессовании труб требовалась скорость 60—90 см/сек.

Простое гидростатическое прессование позволяет вы­ давить заготовку полностью, не оставляя прессостатка. Однако происходящее при этом повреждение изделия, являющееся результатом выталкивания его струей мас­ ла высокого давления, сводит на нет другие преимуще­ ства этого способа и ограничивает область его приме­ нения.

Многообещающим является способ торцового усиле­ ния процесса гидростатического прессования труб с по­ мощью подвижных оправок.

Важным ограничением применения системы с плава-

возможно осаживание заготовки, а независимая установ­ ка оправки неприменима, можно крепить оправку к кон­ цу прессующего плунжера. Для этого нужны более длин­

Другое ограничение применения плавающих оправок связано с необходимостью обеспечения небольшой конус­ ности для облегчения прессования и удаления оправки из прессованной трубы. Величина конуса меняется в за­

трубы превышает допуск, необходимо последующее про­

Прессование труб из сталей и титановых сплавов про­ водили обоими способами. Вследствие высоких давле­ ний, необходимых для холодного прессования сталей и титановых сплавов, особый интерес представляло влия­ ние интенсификации давления при прессовании с плава­ ющей оправкой.

Качество поверхности прессованных труб было сопо­ ставимо с получаемым при холодном волочении благо­ даря хорошей смазке, обеспечиваемой при гидравличе­ ском прессовании [134]. В качестве смазки использова­ ли рабочую жидкость и специальную смазку, наносимую на заготовку. Стандартной рабочей жидкостью служило касторовое масло. Смазка заготовок в зависимости от материала была следующая: а) из стали 4340 — касто­ ровый воск +MoS2+CMecb графита, свинца, меди; б) из сплава Ti+6A1+4V—анодирование и касторовый воск +M0S2.

Важной особенностью проведенной работы является то, что прессование стали 4340 производили без покры­ тия в отличие от обычной практики холодного прессова-

і-ійя, предписывающей покрытие заготовок фосфатом цинка.

Прессование труб в лаборатории выполняли со ско­ ростью до 4600 мм/мин (скорость на выходе из матри­ цы). Однако считают, что возможны более высокие ско­ рости— порядка 9000—15000 мм/мин.

Наиболее управляем и универсален из всех исследо­ ванных процессов-—процесс гидростатического прессо­ вания с дополнительным волочением. В этом случае применяли неподвижную оправку, причем изменение раз­ мера отверстия было незначительным. Заготовки по на­ ружной поверхности имели ступенчатую форму с кониче­

благодаря конической форме заготовки возрастало плавно, без пиковых значений.

Было исследовано несколько способов создания гер­ метичности между концом оправки и заготовкой, что представляет одну из важных проблем при применении неподвижной оправки.

Один из способов состоит в подготовке переднего конца заготовки таким образом, что при вхождении оп­ равки здесь создается плотная посадка. Однако это тре­

этого способа в том, что закрывается доступ масла в от­ верстие заготовки и ухудшаются условия смазки, а это приводит к повреждению заготовки. Для устранения это­ го недостатка было применено уплотняющее устройство, создающее герметичность со стороны заднего торца толь­ ко в начальной стадии прессования, когда есть опасность вытекания масла через отверстие заготовки. Позже, ког­ да прессуемый металл достаточно плотно охватывает передний конец оправки, уплотнение заднего торца за­ готовки под воздействием возрастающего давления на­ рушается и открывается доступ масла в зазор между оправкой и заготовкой.

Гидростатическое прессование с приложением допол­ нительного усилия к изделию позволяет в значительной