Файл: Колпашников А.И. Гидропрессование металлов.pdf

леиия па пластичность материалов. При высоких гид­ ростатических давлениях возможны лишь сдвиговые де­ формации; межкристаллитные, значительное проявление которых служит началом разрушения материала, сильно затруднены. Согласно теории С. И. Губкина, для обеспе­ чения высокой пластичности в хрупких телах необхо­ димо не только наличие трехосного сжатия во всем объеме деформируемого тела, но и обеспечение условий возможно более равномерного протекания деформации.

в 10 раз меньше, чем требовалось Карману для осадки мрамора на 8—9% [48].

Фундаментальные исследования в области физики твердого тела при высоких и сверхвысоких давлениях провел Бриджмен. В 1952 г. он опубликовал схему прес­ сования металлов жидкостью [4]. Впоследствии этот процесс получил название гидростатического прессова­ ния или гидроэкструзии.

Бриджмен осуществил на своей установке волоче­ ние стальной проволоки в условиях всестороннего дав­ ления жидкости и гидропрессоваиие меди, при этом он предполагал, что обработка металла жидкостью высоко­ го давления улучшит . механические свойства изделий. Однако проведенные исследования не выявили сущест­ венной разницы в механических свойствах гидроэкструдироваииого материала и материала, обработанного обычными методами с той же степенью деформации. Бриджмен объясняет отсутствие эффекта гидроэкстру­ зии в его работах слишком низкими давлениями жидко­ сти, при которых происходило выдавливание металлов.

Из-за несовершенства технологии гидропрессования, которую применял Бриджмен, попытка повысить давле­ ние выдавливания приводила к разрушению металла при выходе из очка матрицы. Поэтому Бриджмен ука­ зывает лишь на одно преимущество гидроэкструзии, а именно на возможность повышения разовых и сум­ марных деформаций металлов по сравнению с обычны­ ми методами обработки давлением [2—4]. После экспе­ риментов, проведенных Бриджменом, значительно воз­ рос интерес к проблеме практического использования метода гидростатического прессования-

Большой вклад в развитие этого процесса внесли Л. Ф. Верещагин, Б. И. Береснев, Ю. П. Рябинин. Ими разработан ряд конструкции установок для осуществле­ ния процессов гидропрессования и, в частности, впер­ вые применена схема гпдропрессования с противодав­ лением, заложены основы теории и технологии гидро­ прессования, выявлены существенные преимущества процессов гидропрессования [5—9].

Успешные эксперименты советских исследователей вызвали большой интерес у специалистов в нашей стра­ не и за рубежом. Начиная с 1958—1960 гг. появляется большое количество работ, посвященных исследованию процессов гпдропрессования.

У нас в стране решением проблем гпдропрессования начинает заниматься ряд научно-исследовательских ин­ ститутов АН СССР, АН БССР, отраслевых и учебных институтов, ВНИРІметмаш, ЦНИИТмаш, Уральский на­ учно-исследовательский институт черных металлов, ВНИИТС, МИСиС, МАТИ.

В работах Б. И. Вереснева, Л. Ф. Верещагина, Л. Ю. Максимова, Л. В. Прозорова, А. А. Коставы и дру­ гих закладываются основы теории гидропрессования. Работы В. И. Уральского, В. Л. Колмогорова, Г. Д. Коз­ лова, В. И. Залесского, Б. С. Векшпна, А. А. Галкина,

ботка процесса, накапливается достаточный фактический материал, на ряде предприятий проводятся первые про­ мышленные опробования процесса. На Верхие-Салдин- ском заводе ИФМ АН СССР и УНИИЧМ проводят оп­ робование процесса гидропрессования титановых спла­ вов, ВНИИметмаш проводит опробование процесса гид­ ропрессования вакуумной меди на ленинградском заводе «Красный выборжец», МАТИ проводит широкое опробо­ вание процессов гидропрессования алюминиевых, титано­ вых и жарочных сплавов па металлургическом комбинате. Под руководством ИФМ АН СССР создаются промыш­ ленные участки по гидропрессованию вольфрама и молиб­ дена на Московском заводе электровакуумных приборов и Узбекском комбинате тугоплавких и жаропрочных ме­ таллов.

В настоящее время у нас в стране созданы предпосыл-

ки для широкого внедрения процессов гидропрессоваиия в промышленность.

Большое количество работ по гидростатическому прес­ сованию металлов опубликовали зарубежные авторы Пью, Лоу, Александер, Грин (Англия), Познер, Паупел, Фиореитипо (США), Совэ (Франция), Пилар, Опдраек (Чехословакия), Макан Ясуси (Япония) и др.

В США по вопросам гидропрессоваиия ведут иссле­ дования институт Баттела и Франклина, лаборатория ма­ териалов ВВС, промышленная компания «Western Electric*, недавно организованная национальная корпора­ ция по обработке жидкостью высокого давления. В Вели­ кобритании проблемой практического использования вы­ сокого гидростатического давления занимаются нацио­ нальная машиностроительная лаборатория, лаборатория топливных элементов реакторов управления атомной энергии, фирма «Filding» и ряд других научных учрежде­ ний. Во Франции этой проблеме уделяет большое внима­ ние исследовательский центр комиссариата по атомной энергии и др. В Швеции больших успехов в разработке конструкций промышленных установок для осуществле­ ния процессов гидропрессоваиия достигла фирма ASEA.

4.ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ

ИКЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ГИДРОПРЕССОВАНИЯ

На рис. 10 приведены основные схемы гидропрессова­ иия металлов. По способу создания давления в рабочей жидкости все схемы гидропрессования можно разделить

Обе эти группы имеют преимущества и недостатки. Установки первого типа имеют следующие преиму­

щества:

1)отсутствуют подвижные уплотнения в контейнере;

2)возможно выдавливание заготовок большого диа­ метра и большой длины;

3)возможно питание нескольких контейнеров от од­ ного источника поочередно [50, с. 126—132].

Недостатки установок с вынесенным источником дав­ ления жидкости:

1)громоздкость;

2)большое количество соединительных узлов, требую­ щих специальной системы уплотнения;

3)необходимость применения дефицитных толстостен­ ных труб высокого давления;

давлением

4)значительные потери давления в трубах с каналом малого диаметра;

5)выдавливание осуществляется при постоянно увели­ чивающемся объеме жидкости высокого давления, что вы­ зывает повышенный расход ее, чрезвычайно опасным ста­ новится конечный момент прессования при разрядке кон­ тейнера;

6)значительная часть энергии расходуется непроизво­ дительно на сжатие большого количества жидкости.

Установки с вынесенным источником давления жидко­ сти можно разделить на установки компрессорного и

мультипликаторного типа. В установках компрессорного типа жидкость высокого давления нагнетается через об­ ратный клапан специальным гидрокомпрессором в рабо­ чую полость контейнера.

Основные недостатки компрессорных установок —• не­ надежность работы обратного клапана и относительно низкие (8000—10000 ат) давления жидкости, при которых обеспечивается надежная работа установок.

Установки мультипликаторного типа позволяют преоб­ разовывать давление насоса или гидрокомпрессора до давлений порядка 20000—30000 ат. Однако установки сложны в эксплуатации и отличаются низкой производи­ тельностью.

Установки прямого действия с непосредственным соз­ данием гидростатического давления жидкости в контей­ нере имеют следующие основные преимущества:

1)для прессования этим методом легко переоборудо­ вать промышленные вертикальные и горизонтальные прессы;

2)конструкция компактна;

3)выдавливание можно осуществить минимальным количеством жидкости, которое в процессе прессования остается постоянным;

4)небольшое количество узлов, требующих специаль­ ной системы уплотнения [51—53];

5)высокая производительность процесса.

Недостатки установок прямого действия:

1)необходимость больших перемещений плунжера при большой длине заготовок;

2)размещение уплотнений непосредственно в контей­ нере приводит к росту их размеров при увеличении внут­ реннего диаметра контейнера, при этом уменьшается на­ дежность уплотнений.

Впоследнее время был разработан новый метод гид­ ропрессования металлов, который совмещает метод обыч­ ного прессования с методом гидростатического выдавли­ вания (рис. 10,б). Английские исследователи называют такой способ усиленным гидростатическим прессованием [54, 55]. В отечественной литературе способ получил название «гидромеханическое прессование»1 [56,57,58].

Для осуществления метода гидромеханического прессо-

1 Патент (англ.), № 1111351, кл. ВЗР, 1968.

йаніїя необходимым условием является некоторое преоб­ ладание торцового давления пуансона над боковым дав­ лением жидкости и сохранение такого соотношения ука­ занных давлений до конца истечения заготовки через очко матрицы.

В установке, разработанной английскими исследова­ телями (рис. 10, в), выполнение этого условия достигает­ ся за счет перепуска жидкости через отверстие в пуансо­ не из рабочего контейнера меньшего диаметра во вспо­ могательный контейнер большего диаметра. Соотношение бокового и торцового давлений на заготовку в процессе прессования остается постоянным и определяется по фор­ муле

DH — диаметр заготовки.

Метод гидромеханического прессования, сохраняя по­ ложительные стороны процесса гидростатического прес­ сования, имеет ряд существенных преимуществ:

1) процесс протекает спокойнее, отсутствует stick-sleep эффект (выдавливание металла рывками);

2)процесс управляем и можно устанавливать любую нужную скорость;

3)повышается равномерность истечения металла за счет неравномерного давления на торце слитка;

4)боковое давление жидкости меньше торцового дав­ ления на 10—-20%, вследствие чего напряжения в мате­ риале контейнера снижаются по сравнению с гидроста­ тическим прессованием также на 10—20%;

5)заготовка жестко зафиксирована в контейнере и исключена возможность ее перекоса.

Разновидность процесса гидромеханического прессо­

вания — схема полунепрерывного прессования прутка неограниченной длины, предложенная английскими ис­ следователями [59] (рис.11).

Питающая заготовка пропускается через отверстие в прессштемпеле. Зажимающий конус, действующий под