Файл: Колпашников А.И. Гидропрессование металлов.pdf

[17—19]. Следовательно, активным прессованием мож­ но ликвидировать недостатки, свойственные существу­ ющим процессам прессования, а главное — устранить вредный градиент скорости течения металла через канал матрицы.

Прессование с активным трением ограничено произ­ водством прессизделий из прочных металлов и сплавов, обнаруживающих в горячем и холодном состояниях вы-

Рнс. 8. Прессованно с активным трением:

а — прессование с принудительным движением контейнера [36]; о — прессвальцовка [39]

сокпе фрикционные свойства. Кроме того, для промыш­ ленного использования активного способа прессования необходимы специальные гидропрессы двойного дейст­

в очке матрицы при прессовании, обеспечиваемое заме­ ной неподвижного очка матрицы вращающимися валка­ ми, позволяет снизить неравномерность деформации. В результате этого снижается общее усилие деформиро­ вания и удельное усилие на стенки контейнера. Помимо этого, благодаря вращению валков поверхность очка из­ нашивается меньше, чем при обычном прессовании, так

и условия смазки, которая при вращении валков непре­ рывно поступает в очаг деформации. Как показывают проведенные работы, прессвальцовкой можно изготов­ лять детали переменного сечения типа стержня с одной

и двумя головками, симметричные и асимметричные [39,40].

Проведенный анализ развития технологии прессова­

но снизить технологическую неравномерность деформа­

достатков процесса прессования и основных направле­ ниях усовершенствования процесса с тем, чтобы более убедительно показать основные преимущества процес­ сов гпдропрессования. Фактически нет такого недостат­ ка процесса прессования, который бы частично или пол­ ностью не был устранен при гидропрессовании.

Как было показано в п. 1 настоящей главы, основ­ ные недостатки процесса прессования связаны с нали­ чием больших сил контактного трения, оказывающих тормозящее действие на всех участках движущегося ме­ талла заготовки. Поэтому при почти полном устранении этих сил трения, что имеет место при гндропрессовании, очевидно, возможно коренное улучшение процесса.

3. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССА ГИДРОПРЕССОВАНИЯ

Идея получения изделий методом прессования ме­ таллов жидкостью высокого давления впервые была выдвинута в 1893 г. англичанином Джеймсом Робертсоиом [41]. Однако в то время она не получила техниче­ ского воплощения. Как известно, первый пресс для вы­ давливания прутков из сплава дельта-металл был пред­ ложен А. Диком в 1894 г. [42]. Таким образом, можно считать, что развитие процессов прессования и гидро­ прессования шло параллельно. Более того, процесс полу­ чения свинцовых труб, предложенный еще в 1797 г. [43] и являющийся прототипом процесса прессования, мож­ но рассматривать как первую попытку осуществления гидропрессования. Он состоял в том, что расплавленный свинец, помещенный в чугунный котел, выдавливали ручным насосом через длинную трубу, являющуюся мат­ рицей.

Разработка процессов гидроэкструзии явилась ре-

зультатом поиска исследователей в двух направлениях. Первое направление — совершенствование процесса прессования. Авторы этого направления стремились уст­ ранить вредное влияние сил контактного трения на всех участках движения деформируемого металла. В 1924 г. Джендерс предложил обратный метод прессования, при котором благодаря отсутствию взаимного перемещения металла заготовки п контейнера не расходуется мощ­ ность пресса на преодоление сил трения, возникающих при перемещении металла в контейнере.

Применение смазки позволило существенно улуч­ шить процесс прессования п расширить группу прессуе­ мых металлов. Так, например, разработанные в СССР

в 1952 г. стеклосмазкп [19] позволили успешно прессо­

Предварительное нанесение смазки на заготовку или инструмент не обеспечивает наличие постоянной и на­ дежной смазочной пленки в процессе прессования, так как смазка может полностью или частично выжиматься из контактной зоны очага деформации. Поэтому иссле­

твердую при комнатной температуре шайбу из стеклосмазки закладывают в контейнер так, что она занимает объем мертвой зоны очага деформации. Затем в кон­ тейнер подается заготовка, нагретая до 900—1200° С. При этой температуре стеклосмазка размягчается и вме­ сте с движущимся металлом выносится в контактную зону очага деформации, благодаря чему достигается на­ дежная смазочная пленка между инструментом и дефор­ мируемым металлом в течение всего цикла прессования. После освобождения контейнера от прессостатка в него снова помещают стеклошайбу и повторяют цикл прес­ сования. Способ Сежурне широко применяют в настоя­ щее время при горячем прессовании труднодеформируемых металлов.

Для создания надежной равномерной смазочной пленки в процессе прессования при самых различных температурах исследователи разрабатывают способы не-

прерывной принудительной подачи смазки в контактную зону очага деформации. На рис. 9 приведена схема прессования с принудительной и непрерывной подачей смазки [45]. Давление смазки должно быть того же порядка, что и напряжения в металле в контактной зо­ не. В рассматриваемом способе такие давления созда­ ются непосредственно от усилия прессования, так как матрица, опираясь па масляную подушку 2, со­ здает необходимое дав­ ление в смазке. Смазка перетекает по специаль­ ным отверстиям в матри­ це / в контактную зону очага деформации. Боль­ шое преимущество спо­ соба —• самоустанавли­ вающаяся пропорцио­ нальность между давле­

ки в контактную зону при колебаниях усилия прессо­ вания.

Любую схему гидроэкструзии можно рассматривать как логическое завершение развития способа прессова­ ния с принудительной подачей смазки к поверхности инструмента.

Для тугоплавких и радиоактивных металлов, а так­ же порошковых материалов применяют технологию прессования в пластичной оболочке, для которой исполь­ зуют мягкие сорта стали, медь и другие высокопластичиые и пизкопрочные материалы [19].

При высоких температурах и напряжениях указан­ ные оболочки можно рассматривать как квазижидкую среду, передающую давление и обеспечивающую на­ дежную смазочную прослойку между деформируемым металлом и прессовым инструментом. По описываемой технологии (см. рис. 6) заготовку труднодеформируемого материала 2 помещают в стакан 3, изготовленный из высокопластичного материала. Сверху в стакан

вставляют заглушку /, выполненную из того же мате­ риала. Собранную таким образом заготовку с пластич­ ной оболочкой помещают в печь и нагревают до требуемой температуры. После выдержки при этой тем­ пературе заготовку вместе с оболочкой переносят в кон­ тейнер пресса и производят выдавливание.

Второе направление развития гидроэкструзии — ра­ боты ученых в области физики твердого тела при высо­ ких и сверхвысоких давлениях.

Еще в 1888 г. Галлок применил жидкость высокого давления для деформирования воска и свинца и опро­ верг существовавшую в то время теорию о том, что при высоких давлениях твердые вещества переходят в жид­

ний на механические свойства веществ была опублико­ вана в 1893 г. [12].

Далее следуют известные работы Кармана (1912 г.) по осаживанию мрамора и песчаника в условиях боко­ вого давления жидкости [1]. Опыты Кармана убеди­ тельно показали связь пластичности с напряженным со­ стоянием материала.

Пластичность вещества проявляется тем больше, чем резче выражена схема объемного сжатия, т. е. чем боль­ ше отношение CTJ/OJ и оу'о^ (где о- !—максимальное по абсолютной величине главное напряжение).

Неожиданные результаты, полученные Карманом, вызвали большой интерес к изучению особенностей де­ формации различных материалов в условиях высоких гидростатических давлений.

В 1923 г. Адаме подтверждает, что вещества, подоб­ ные известняку и мрамору, допускают деформации сжа­ тия при наличии бокового подпора. Беккер в 1926 г. предпринял попытку выдавить с помощью жидкости вы­ сокого давления мрамор из отверстия [46]. Несколько позднее Кик провел аналогичный эксперимент по выдав­ ливанию каменной соли и штамповке монет из мра­ мора [47].

С. И. Губкин [11] обобщил результаты исследований деформируемости материалов в условиях высоких гид­ ростатических давлений и дал объяснение влияния дав-