Новости

Открытие нашего официального сайта. Заходите к нам постоянно! На этой странице вы всегда сможете, узнать, что нового появилось на нашем сайте.

Заходите к нам постоянно! На этой странице вы всегда сможете, узнать, что нового появилось на нашем сайте.

подробнее...

Контакты
Адресс:02166, г.Киев, пр.Воссоединения 19
Телефоны:+380674685541
+380674685542
Факс: 044-495-14-40
E-Mail:4685542@gmail.com


Rambler's Top100

Статьи



Моделирование процесса прессования
Сложность математического моделирования заключается в особенностях течения
металла при использовании язычковой матрицы. В этом случае, в очаге деформации, истекающий материал разделяется на два потока, огибает иглу матрицы, а затем сваривается под высоким давлением в рабочем пояске. Для задач математического моделирования процессов ОМД процесс сваривания не характерен, к тому же в программах моделирования деформируемый материал как правило задается сплошной неразрывной средой, и эффект разделения материала и последующее его смыкание они интерпретируют, как появление зажима. Поэтому для данной задачи необходимо использовать те средства моделирования, где программно реализована возможность сваривания материала в очаге деформации. Расчет прессования через язычковую матрицу выполнен в программе DeForm (рис.). В результате получена модель и исследован анализ течения материала через профиль матрицы.
Расчет скоростей истечения металла при прессовании в матрицу позволил сконструировать
оптимизированную матрицу с переменной величиной рабочего пояска, с целью получения
равномерного распределения полей скоростей (рис.).
      
     В настоящее время наблюдается востребованность в конструкционных силовых элементах большой прочности и малой массы. Для этих целей могут быть применены гнутые профили и
оболочки из ВКМ системы AL-B. Получение этих изделий связано с проектированием многофакторного технологического процесса, основанного на критериальных подходах. Оценить вклад каждого из факторов (температуры, деформации, времени процесса и т.п.) можно используя средства моделирования.В среде ANSYS-DYNA построены конечно-элементные математические модели заготовок изделий ВКМ (рис.) под последующую гибку и обкатку.
    В результате моделирование позволило для процесса гибки профилей из ВКМ определить
минимально допустимый относительный радиус гиба, максимальные растягивающие напряжения(рис.), а также сформулировать основные функциональные зависимости обеспечивающие получение изделия требуемого качества.Исследование процесса обкатки (рис.) позволило определить величины требуемого усилия и скорости, описать параметры очага деформации и в результате сформулировать функциональную зависимость усилия компактирования от параметров заготовки при заданной скорости, температуре и среде.

Основы процесса прессования
 
Этапы развития технологии прессования

       
Технология как наука начала формироваться в 17-18 в. Необходимость в производстве труб для транспортировки жидкостей появилась в середине 18 в. В 1779 г. Англичанином Д. Брамахом был предложен способ получения свинцовых труб методом выдавливания при помощи устройства, напоминающего ручной насос.
          Первый гидравлический пресс вертикального исполнения был сконструирован англичанином Т.Баром в 1820 г.
         Аналогом конструкции современного пресса был горизонтальный прутково-профильный пресс для получения прутков из медных сплавов, созданный А. Диком в 1894 г. в Германии.
          В России промышленное холодное прессование свинцовых прутков было освоено в конце 19 в. В первые годы советской власти технология прессования применялась в основном двумя заводами: «Красный выборжец» (г.Ленинград) и Первый государственный завод по обработке цветных металлов (г. Кольчугина).
          В начале и середине ХХ в. технология прессования заняла одно из ведущих мест в металлообработке. В связи с развитием энергетики и электротехнической промышленности, бурным ростом авиа- и судостроения появилось большое количество разновидностей процесса прессования, резко возросло количество прессуемых сплавов. За данный период времени можно выделить следующие основные направления развития технологии прессования:    
        -  Освоение новых сплавов; 
        -  Решение проблем стойкости инструмента;  
       - Изучение влияния смазывающих материалов на силовые параметры
процесса.
       К 50-60-м годам ХХ века в мире была создана мощная промышленность по прессовому производству стальных труб и профилей различного технологического назначения.
В нашей стране были созданы высокопроизводительные прессы со скоростями передвижения пресс-штемпеля до 500мм./с. Усилиями до 31,5 МН.Необходимость расширения номенклатуры прессуемых изделий в кон-
це ХХ в. привела к появлению ряда разновидностей процесса прессования и росту количества различных конструкций прессового инструмента.
       В последние годы в промышленности идет работа по повышению качества прессовой продукции и снижению энергетических затрат на её производство. В связи с этим большое развитие получили способ обратного прессования и комбинированные методы обработки металлов.

                                                              Основы процесса прессования, его достоинства и недостатки
Прессование – это процесс выдавливания заготовки из замкнутого объёма через канал (отверстие) матрицы.
Схема процесса прессования представлена на рисунке 1.1. Перед прессованием литую или предварительно деформированную заготовку 3, помещают в полость приёмника пресса (контейнера) 1. С одной стороны эта полость перекрывается матрицей 4 с каналом, форма которого соответствует сечению выдавливаемого пресс-изделия 5. С другой стороны на заготовку при помощи пресс-штемпеля 2, передаётся давление пресса.
Рис. 1.1. Общая схема процесса прямого прессования.
а – для сплошного профиля; б – для полого профиля или трубы; 1 – контейнер; 2 – пресс-
штемпель; 3 – заготовка; 4 – матрица; 5 – пресс-изделие; 6 – игла-оправка.
 

        Одним из важнейших преимуществ процесса прессования является то, что канал матрицы можно изготовить практически любой конфигурации, то сечения прессуемых профилей весьма разнообразны.

Другим, не менее важным преимуществом прессования, является возможность получения больших степеней деформации за один переход.Прессование, как правило, осуществляют в горячем состоянии. Это необходимо для снижения сопротивления деформации и повышения пластических свойств прессуемого металла.
         При прессовании могут возникать следующие дефекты:
             - утяжины;
             - трещины;
             - ерши и др.
                                              Типовые технологические схемы прессового производства
      Каждый технологический процесс может быть представлен в виде совокупности отдельных технологических операций. Такое представление называется технологической схемой.
        Типовую технологическую схему процесса прессования можно разделить на следующие этапы: 
            1) подготовка заготовок к прессованию;
            2) подготовка инструмента;
            3) прессование;
            4) обработка отпрессованных полуфабрикатов;
            5) подготовка прессовой установки к следующему циклу прессования.
Подготовка заготовок может включать в себя следующие операции:
резка на мерные длины в зависимости от длины контейнера; механическая обработка поверхности; нагрев заготовок перед прессованием. В большинстве случаев, инструмент перед прессованием нагревают. Этап прессования состоит из таких операций как: передача нагретой заготовки в рабочее пространство пресса; установка заготовки на подающем устройстве; загрузка заготовки в контейнер; установка пресс-шайбы; прессование; остановка процесса; отвод пресс-штемпеля и контейнера от матрицы; отделение пресс остатка от матрицы.
Области применения прессовой продукции

       Прессованная продукция - профили, трубы, прутки, панели служит оптимальным заготовками для изготовления различных деталей машин и широко применяется в технике.
       Важным преимуществом прессованной продукции является и возможность объединения в одном пресс-изделии нескольких частей детали, выполняющих различные функции. Например, панель, т.е. изделие, которое выполняет и ограждающую, и несущую функции для придания упрочнения и жесткости конструкции, ранее изготавливали путем клепки катаного листа и уголковых или тавровых профилей (стрингеров). Клепка - трудоемкая операция, а отверстия под заклепку, проделанные в листе и профилях, могут служить источником начала разрушения всей сборной конструкции. Перевод производства на прессование позволяет полностью устранить недостатки сборных панелей и получать изделие из литой заготовки за один ход пресса.
      Прессованная панель представляет собой монолитную деталь, где полотно и стрингеры соединены между собой как одно целое, следовательно, все работы по соединению полотна и стрингеров путем сборки не нужны.
      Наконец, еще одно важнейшее преимущество прессованных изделий состоит в том, что их можно сделать такой сложной конфигурации, какую другими способами обработки давлением или даже резанием получить невозможно. Для иллюстрации назовем хотя бы трубу из алюминиевого сплава длиной 15 м, диаметром около 90 мм» в стенках которой (толщиной 4 мм) имеется несколько продольных сквозных отверстий по всей длине. Никаким
другим способом, кроме прессования, такое изделие получить невозможно.Подобных примеров можно привести много.
                                            
Прессованные профили можно получить не только любой сложности конфигурации, но и со значительно более тонкими стенками, чем катаные. Поэтому конструкции, в которые устанавливаются прессованные профили, существенно легче. Кроме того, прессованные профили имеют более точные размеры поперечного сечения, чем катаные.
Общеизвестно широкое использование прессованных профилей в самолетостроении. Например, в транспортных самолетах они служат основой несущей конструкции.
Способы изготовления пресс-изделий
    Прессование сплошных профилей и панелей
    Панели представляют собой тонкостенные профили, поперечное сечение которых вписывается в вытянутый прямоугольник. Их изготовляют из легких сплавов и широко применяют в качестве обшивочного материала в самолетостроении, судостроении, транспортном строительстве и ряде других отраслей машиностроения.
     В настоящее время промышленностью освоен выпуск более 250 наименований прессованных панелей, которые классифицируют следующим об-
разом:
    а) по конфигурации сечения ребер жесткости – прямоугольные, трапециевидные, Г-образные, Т-образные и др.;
    б) по способу прессования – прессуемые: из контейнера круглого сечения в форме полосы; из плоскоовального контейнера; из круглого контейнера в виде ребристых труб;
     в) по изменению сечения по длине панели – панели постоянного сечения, изменяющегося сечения и с законцовками.
   Для характеристики панелей введен показатель: коэффициент ширины, равный отношению ширины плоскости панели к диаметру описанной окружности отпрессованного профиля.
    При прессовании плоских панелей из круглого контейнера их ширина не может превышать 0,8-0,85 внутреннего диаметра втулки контейнера. Увеличение ширины полотна панелей было достигнуто прессованием через канал матрицы специальной формы.
    Панели наибольшей ширины можно получать при прессовании их в форме трубы из полой заготовки. При этом прессуемая тру6а может иметь ребра (стрингеры) различной формы: прямые, фасонные, в виде уголка, тавра, с бульбой и пр. После прессования на выходе из канала матрицы труба разрезается по образующей, а затем разворачивается и правится в плоскую панель.
     Панели, отпрессованные из плоскоовального контейнера, не нуждаются в развертке. Процесс позволяет получать панели произвольного асимметричного сечения с переменной толщиной полотна по ширине. При этом в отличие от прессования из круглого контейнера уменьшается неравномерность истечения вследствие лучшего подобия сечений заготовки и пресс-изделия.
    Панели, полученные из ребристых труб и из плоского контейнера, правятся растяжением на валковых и роликовых правильных машинах, а также прокаткой в плитах. Возможна локальная правка панелей на прессах.
    В настоящее время промышленностью освоено производство панелей из плоскоовального контейнера шириной до 1000 мм, из круглого - до 2500 мм.
     Нагрев круглых заготовок перед прессованием панелей осуществляют в индукционных печах токами промышленной частоты, а плоских заготовок чаще в газовых печах.
      При прессовании панелей в виде ребристых труб наиболее распространенный дефект - разнотолщинность, которая является результатом расцентровки пресса и нарушения соосности контейнеродержателя с контейнером матрицы, матрицы и пресс-штемпеля относительно оси прессования, а также следствием изгиба игл при прессовании. Уменьшить изгиб игл можно путем уменьшения зазора между слитков, оправкой и контейнером.
     
  Прессование профилей и труб переменного сечения
     Стремление повысить коэффициент использования металла (КИМ) конструкции привело к разработке технологии изготовления пресс-изделий с измененным поперечным сечением по длине. Это изменение может быть различным – ступенчатым или плавным; переменное сечение может быть только в одном месте - на переднем конце трубы или профиля или в других местах, например на утяжинном конце или в середине; с переменным сечением можно изготавливать сплошные и полые профили.
    Профили сплошного сечения прессуют тремя основными способами.
     1. Прессование ведут одновременно через несколько матриц с последовательной сменой их и установкой разъемных матриц большого сечения.
 После того как профиль отпрессуют через первую матрицу, процесс останавливают, матрицу разбирают и удаляют, а на ее месте устанавливают вторую матрицу, через которую прессуют второе сечение профиля. Процесс повторяют столько раз, сколько нужно иметь последовательно увеличивающихся сечений. Этот способ имеет ряд недостатков: низкую производительность вследствие большого вспомогательного времени, невозможность полу-
чения таких профилей, у которых утолщенная ступень предшествует тонкой, и др.
    2. Прессование профиля вначале ведут одновременно через обе – профильную и законцовочную матрицы, установленные одна в другой и удерживаемые двухпозиционным упором. Прессование наиболее распространенного профиля переменного сечения (со ступенчатым изменением сечения подлине) из алюминиевого сплава, имеющего в утолщенной части (закон-цовке) длиной около 2000 мм поперечное сечение в виде прямоугольника, а в профильной в виде тавра, вписывающегося в габаритные размеры сечения законцовки, осуществляют с использованием специальной инструментальной
наладки.
   Основное отличие наладки - составная матрица, которая включает матрицу для прессования профильной части пресс-изделия и матрицу для прессования законцовки. Профильная матрица - разъемная, состоит из нескольких частей и входит в законцовочную матрицу. Прессование обычно начинают с профильной части, при этом прессуемый металл проходит вначале через законцовочную, а потом через профильную матрицу. После того как
прессование профильной части заканчивается, процесс останавливают и разъемную профильную матрицу по частям вынимают, а законцовочную оставляют. Затем прессование возобновляется, но прессуют уже только законцовочную часть. Последующая обработка законцовочного профиля состоит примерно из тех же операций, что и обработка профиля постоянного поперечного сечения.
    Эту схему, более производительную, чем первую, успешно применяют для получения пресс-изделий переменного сечения - профилей с законцовкой – из алюминиевых и титановых сплавов, однако она так же, как и первая схема, не дает возможности получать пресс-изделия периодически повто- ряющегося сечения.
          

3. Прессование профиля с законцовкой ведут в две операции на двух прессах. Первая операция заключается в прессовании заготовки, которая в поперечном сечении представляет собой законцовочную часть заданного профиля. После того как заготовка отпрессована, она режется на мерные части и на другом прессе из нее в контейнере, полость которого соответствует размерам законцовки готового профиля, распрессовывают его профильную часть. Законцовкой этого профиля остается недопрессованная в контейнере
часть заготовки, которая затем выпрессовывается пресс-штемпелем.Отношение площадей поперечного сечения законцовочной и профильной частей достигает 15, поэтому вытяжка при прессовании профильной части большая; иногда это требует повышения начальной температуры заготовки. Уменьшение вытяжки в законцовке может привести к недостаточной
проработке литой структуры, что компенсируется предварительной подпрессовкой заготовки в контейнере перед началом прессования.
  
    Течение металла при прессовании

   Решающее влияние на качество пресс-изделий и энергосиловые параметры процесса прессования оказывает характер течения деформируемого металла в контейнере во время выдавливания, т.е. характер взаимного перемещения отдельных объемов металла, их деформированное состояние. Этим определяется неравномерность структуры и механических свойств в объеме пресс-изделий, протяженность боковых и осевых пресс-утяжин. Поэтому ис-
следование влияния различных факторов на характер течения металла позволяет эффективно влиять на результаты процесса прессования, имеет важное научное и практическое значение. Сложность закономерностей характера течения металла и зависимость их от множества факторов, взаимосвязь их друг с другом делают невозможным точного теоретического решения задачи течения металла при прессовании. Поэтому на практике нашли широкое применение в основном экспериментальные методы исследования характера течения металла при прессовании.

 Течения металла при прямом прессовании прутка через однока-
нальную матрицу
    
    Процесс прессования, заключающийся в выдавливании пресс-штемпелем из замкнутого объема контейнера материала заготовки через открытый канал матрицы, форма и размеры которого соответствуют получаемому пресс-изделию, имеет много разновидностей, обладающих рядом особенностей. Главным определяющим признаком процесса прямого прессования является обязательное перемещение заготовки относительно контейнера
при неподвижной относительно контейнера матрицы.
    По изменению силовых и деформационных условий и соответствующих им картин течения прессуемого металла процесса прямого прессования можно выделить три основных стадии:
    - начальная стадия процесса, когда происходит распрессовка заготовки в контейнере и заполнение прессуемым металлом рабочего канала матрицы, при этом резко возрастает рабочее усилие;
   - основная стадия процесса, характеризуемая почти установившимся течением металла и плавным падением усилия прессования;
   - заключительная стадия, во время которой нарушается установившееся
течение металла и происходит рост усилия прессования.
    
   Течения металла при прямом прессовании через многоканальную
матрицу

   Многониточное прессование ведется через многоканальные матрицы с числом каналов 2 - 30, при этом профили могут иметь как одинаковые поперечные сечения, так и разные. Основные особенности, определяющие область применения этого процесса и отличающие его от прессования через одноканальную матрицу при одинаковых заготовках и скоростях истечения,таковы:
   - уменьшение средней длины пресс-изделий пропорционально числу
нитей;
   - сокращение длительности процесса, которое при одинаковых скоростях истечения прямо связано с уменьшением длины каждой нити и особенно заметно при прессовании с малыми скоростями истечения, когда основным временем цикла является время прессования, а не вспомогательных операций;
   - уменьшение полного давления прессования вследствие увеличения суммарного поперечного сечения всех нитей и, следовательно, уменьшения общей вытяжки;
   - увеличение контактной поверхности в каналах матрицы;
   - уменьшения неравномерности деформации во время прессования несимметричных или с одной плоскостью симметрии профилей сечением до 1000 мм2.
    В связи с изложенными особенностями многониточное прессование применяется:
  - если увеличение числа нитей сопровождается хотя и не прямо пропорциональным этому увеличению, но заметным ростом производительности;
  - номинальное давление пресса многократно превышает необходимое для прессования одной нитки;
   - в условиях, когда желательно ограничение роста температуры металла в пластической зоне в процессе прессования;
   - при необходимости получения профилей с очень малой площадью поперечного сечения диаметром до 40 мм.
   Прутки диаметром более 40 мм прессовать в многоканальные матрицы нежелательно, т.к. снижается их стойкость.

При прессовании через многоканальную матрицу снижается развитие пресс-утяжины по длине прутка, уменьшается высота пресс-остатка и неравномерность механических свойств пресс-изделий по длине. Однако механические свойства прутков, полученные прессованием через многоканальные матрицы, несколько ниже свойств прутков, выпрессованных из одноканальной матрицы с одной и той же вытяжкой.


      Течения металла при прямом прессовании профилей сплошного
   сечения


    При прессовании некруглых сплошных профилей из круглых заготовок происходит возникновение дополнительных по сравнению с круглыми профилями деформаций и напряжений, приводящие к короблению пресс-изделий, образование местных складок (гофров) и даже к разрывам на его отдельных участках, местным разрушениям.
  
   Методы определения температурных условий
процесса прессования
   
     
     Метод позволяет измерять температуру не в деформационной зоне, а на границе прессуемого металла и инструмента, по существу - температуру инструмента. Помимо слишком большой инерционности, обусловленной массой инструмента и его заметным теплоотводящим действием, метод обладает также таким существенным недостатком, как практически невыполнимой тарировкой термопар при измерениях на промышленных наладках. Этот недостаток весьма существенный, так как показания термопары в большой степени зависят от условий, в которых находится горячий спай. Метод дает приближенное представление о температурных изменениях в деформационной зоне. Преимуществом метода является возможность вести массовое экспериментирование в типовых температурно-скоростных условиях прессования.
  Проектирование прессового инструмента 
   
   Прессовым инструментом называют детали, которые непосредственно контактируют с обрабатываемой заготовкой и воспринимающие усилия пресса в процессе всех стадий прессования.К прессовому инструменту относиться матрица, форкамера, пресс-шайба, втулка контейнера, пресс-штемпель, направляющая проводка и игла оправка при прессовании труб и других полых изделий.

Правильно спроектированный инструмент играет определяющую роль при производстве высококачественных пресс-изделий с максимально возможной производительностью при минимальных затратах на их производство. Особое значение при этом имеет грамотно спроектированная и точно изготовленная матрица. При этом важно правильно организовать ее эксплуатацию и восстановление.В процессе эксплуатации прессовый инструмент изнашивается под воздействием силовых и температурных нагрузок. При прессовании алюми-
ниевых сплавов инструмент работает при температурах 300-550 °С, при прессовании сплавов на основе меди 700 – 800 °С, при прессовании сталей и титановых сплавов 700-1000 °С. Давление на инструмент при прессовании может достигать 1200 – 1300 МПа [3]. Дополнительное влияние на прессовый инструмент оказывают термические напряжения, которые возникают в результате перепада температур между инструментом и металлом. Помимо этого все рабочие поверхности инструмента подвергают интенсивному абразивному истиранию сопровождаемому износом поверхности инструмента. Основная часть инструмента находиться под комплексным воздействием различных разрушающих факторов и нередко прессование происходит в условиях близких к предельным возможностям инструмента. Таким образом,инструмент один из ограничивающих факторов при прессовании.

  Материалы для изготовления прессового инструмента

  В качестве материалов для изготовления инструмента, используемого при прессовании легких сплавов, чаще всего применяют различные инструментальные стали, работающие при температуре не выше 500-530 °С. Для изготовления инструмента для прессования титановых сплавов, сплавов на основе меди и сталей применяют жаропрочные сплавы на никелевой основе.Общие требования, предъявляемые к современным инструментальным материалам: высокие прочностные характеристики при температурах деформации, отсутствие хрупкости, достаточная теплостойкость при рабочих температурах процесса, удовлетворительная прокаливаемость в крупных сечениях, максимально возможная теплопроводность, хорошие износостойкость и обрабатываемость, по возможности отсутствие в химическом составе де-
фицитных легирующих, относительно невысокая стоимость . Следует иметь в виду, что отдельные детали инструмента воспринимают различные нагрузки и соответственно меняются требования к инструментальным материалам, из которых эти детали изготавливаются.В ряде случаев, когда необходимо иметь особо высокую сопротивляе мость абразивному износу, целесообразно в качестве инструментальных материалов применять твердые сплавы. Матрицы из твердых сплавов имеют твердость HRC ≤ 80, однако они хрупки, из них трудно изготовить матрицу для прессования профиля сложной конфигурации, почти невозможно подвергать корректировке. Вследствие низкой теплопроводности твердого спла
ва в инструменте возникают значительные термические напряжения при эксплуатации, что может привести к его разрушению.
      Широкие возможности получения новых высокоэффективных инструментальных материалов открывает порошковая, в частности гранульная металлургия. Она позволяет получать металл такого химического состава, который невозможно получить литьем, например сплав, который имеет запрограммированный переменный химический состав и свойства, оптимально отвечающие условиям эксплуатации инструмента.
   

       Пресс-матрицы, пресс-штемпели, контейнеры, пресс-шайбы, иглы,
   оправки.

 
    Матрица основная часть прессового инструмента. Матрица служит для формирования контура пресс-изделия и определяет точность его геометрических размеров и качество пресс-изделий. Матрица устанавливается в передней части втулки контейнера и замыкает ее полость с заготовкой.Основные элементы матрицы – заходная часть, поясок, рабочий канал,
выходная часть.

   

     Поясок рабочего канала матрицы – элемент матрицы, который позволяет управлять течением прессуемого металла путем изменением его высоты, а также угла наклона к продольной оси матрицы.
  Элементы проектирования прессового инструмента  
                                             

     Основной критерий оптимальности матрицы состоит в том, что для получения прямолинейного профиля с допустимыми геометрическими размерами скорости истечения металла различных участков профиля должны быть примерно одинаковыми. На распределение потоков металла при прессовании профилей оказывает влияние ряд факторов, к которым прежде всего относятся расположение канала (каналов) на зеркале матрицы, геометрия рабочего (тормозного) пояска и др.
    Каналы лучше располагать на одной линии это исключает соприкосновение профилей во время движения по выходному столу и обеспечивает возможность их захвата зажимным устройством пуллера.
                                                                                                 
      Размеры отпрессованных изделий и соответствующие им размеры канала матрицы разняться ввиду теплового расширения изделий и матрицы и уменьшения сечения изделий при охлаждении и правке растяжением, “утягивания” менее массивных элементов профиля к более массивным, а также упругой деформации матричного комплекта.
                                    
                                                 
     При расчете исполнительных размеров канала матрицы необходимо учитывать его возможное изменение из-за деформации матрицы и всего матричного комплекта, из-за прогиба матрицы, под действием передаваемого от пресс-штемпеля давления на прессуемый металл, что скажется на изменении размеров прессуемого изделия. 
                                            

    Теоретически рассчитать стойкость прессового инструмента не представляется возможным. Оценить стойкость инструмента можно только на основе анализа большого числа данных по среднестатистической стойкости инструмента из опыта многолетней практики работы заводов. В таб. 3.2 приведена ориентировочная усредненная стойкость инструмента для
прессования профилей из алюминиевых сплавов.
                                       
      Как видно из таб. 3.1.2 наименьшая стойкостью обладает матрица, таким образом, повышение стойкости матриц является одной из наиболее важных задач при производстве прессового инструмента.

     Технические характеристики вертикальных гидравлических прессов
   
       Горизонтальные прутково-профильные и трубопрофильные прессы производят в двух модификациях - для прямого прессования и прессы для прямого и обратного прессования.
                     
     Прутково-профильные прессы имеют более простую конструкцию, так как они не оснащаются прошивным устройством. На рис. 3.34 представлена конструкция современного прутково-профильного пресса усилием 25 МН. Пресс имеет подвижный контейнер, перемещающийся вдоль оси пресса, и поперечно-перемещающийся матрицедержатель.                                                
  Установление температурно-скоростных режимов
   
     Температурно-скоростные режимы при прессовании металла определяют качество изготовляемой продукции и производительность прессовой установки. Главный критерий при выборе температурного интервала - интервалы максимальной пластичности и величины допустимых скоростей и степеней деформаций при этих температурах, позволяющих получать изделия без нарушения их сплошности.При прессовании нагретых заготовок целесообразно использовать режимы прессования в изотермических условиях или градиентный нагрев заготовок. Это позволяет интенсифицировать процесс и повысить качество прессуемых изделий.
    Как правило, температура прессования выбирается из рекомендуемого температурного диапазона для прессуемого сплава. В таблице 4.1.1 приведены рекомендуемые температурные диапазоны прессования алюминиевых сплавов.
                   

При выборе температурного интервала следует учитывать, что для обеспечения высокой пластичности деформируемого металла, позволяющей вести прессование с большими скоростями истечения без образования трещин, необходимо иметь минимально возможное сопротивление деформации прессуемого металла, что очень важно для повышения стойкости инструмента.
      Управление и контроль качества пресс-изделий
   В процессе изготовления пресс-изделий при нарушении технологических режимов на всех стадиях процесса возможно образование устранимых и неустранимых дефектов.
   При прессовании профилей из мягких термоупрочняемых сплавов возможно образование на поверхности профиля дефекта типа "снежинка". Так,на сплаве АД31 такой дефект появляется из-за засоренности металла плавки мельчайшими пленами оксидов из-за некачественного рафинирования расплава флюсом в плавильной печи или миксере. Этот дефект обнаруживается на поверхности профилей при анодировании и относится к неустранимому браку. Риски на пресс-изделиях получаются вследствие повреждения по-
верхности рабочего пояска матрицы от механических воздействий, что чаше связано с попаданием стальной или другой стружки в расплав слитков или с неправильной эксплуатацией матриц и их хранением.Риски могут возникать от воздействия не растворившихся при гомогенизации интерметаллидов на износ матриц. Такой дефект устраняется зачисткой матрицы. Возможно образование рисок в результате царапания по-
верхности пресс-изделий на выходном лотке пресса.
    
    Особенности формирования структуры и свойств прессования
         
Однородная структура образуется при прессовании в изотер-
мических условиях, которые при неустановившемся характере течения соз-
дать гораздо труднее, так как в процессе прессования постоянно выделяется
деформационное тепло. Последнее обстоятельство сказывается на характере
распределения структуры и свойств в пресс-изделии.
    Устранить влияние нежелательных изменений температуры на протяжении всего процесса можно, задавая переменное температурное поле в заготовке, изменяя скорость прессования или организуя регулируемый отвод тепла от инструмента, с которым непосредственно контактирует деформируемая заготовка.
    
   Технология прессования алюминиевых сплавов
     
       Прессуемые сплавы и сортамент пресс-изделий 

    Характерным для современного уровня развития техники является повышение роли алюминиевых сплавов в народном хозяйстве. Основное преимущество алюминия, применяемого в качестве основы в сплавах, малая плотность этих сплавов при относительно высокой удельной прочности.Деформируемые алюминиевые сплавы, из которых изготавливают прессованные изделия, делят на термически упрочняемые и термически не-
упрочняемые (ГОСТ 4784).
     Сортамент прутков составляет прутки, которые выполняют с круглой,четырех-, шестигранной и другой выпуклой формой поперечного сечения.Классы точности изготовления прутков должны соответствовать ГОСТ 21488-97.
     Сортамент прессованных профилей включает более 20 тыс. наименований. Все профили делятся на три вида: сплошного сечения постоянной длины; сплошного сечения переменной длины и полого сечения постоянной длины, которые в свою очередь делятся на общего и специального назначения.
    Профили сплошного сечения разбиты на пять групп: прямо-, косоугольные, радиусные и дуговые, бульбообразные, панели. Среди них выделяют профили: полосы, угольники, тавры,двутавры, швеллеры, зетовые и произвольной формы .
    В соответствии с ГОСТ 8617-81 профили изготавливают с номинальным размером поперечного сечения до 350 мм и длиной:
    - от 1 до 6 м – при площади поперечного сечения до 0,8 см2;
    - от 1 до 8 м – при площади поперечного сечения свыше 0,8 до 1.5 см2;
    - от 1 до 10 м – при площади поперечного сечения свыше 1,5 до 200
см2;
    Полые профили классифицируют по форме поперечного сечения канала на три группы: круглого сечения; квадратного, прямоугольного и близких к ним сечений; произвольного сечения, которые в свою очередь делятся по распределению канала относительно осей сечения профиля: симметричного относительно двух осей; симметрично относительно одной оси; ассиметричного.
     Если поперечное сечение профиля представляет кольцо, то такие профили называют трубами, которые регламентируются их диаметром и толщиной стенки (ГОСТ 18482-79). Трубы, как и профили, делятся по конфигурации сечения на две группы: с постоянным по длине; с плавно или ступенчато изменяющимся по длине.
    Трубы первой группы имеют сечения круглой или фасонной формы(каплевидной, прямоугольной, квадратной, шестиугольной, звездообразной).Трубы второй группы обычно изготавливают круглой или звездообразнойформы.
     Области применения и технические требования к готовой продук-
ции

     Прессованная продукция из алюминиевых сплавов используется как полуфабрикат для деталей машин и агрегатов, а также как оптимальные заготовки для пластической деформацией штамповкой, волочением и др.Наиболее широкое применение получили прессованные изделия в строительных конструкциях: строительство уличных эстакад, пешеходных мостов, связывающих зданий, галерей, перекрытий павильонов, изготовлении панельно-каркасных балочных ферм, купольных сооружений зданий,стадионов, складских помещений, теплиц, а также каркасов стен, рам, дверей, витражей, перегородок, подвесных потолков и т.п. Типичные виды панелей и профильные трубы для теплообменников показаны на рис.
                                
   Прессованные алюминиевые профиля применяются для изготовления деталей в авиационной и космической техники, автомобиле-, вагоно-, судо- строении: интегральных конструкций крыла и фюзеляжа, изготовлении кузовов, фургонов, рам, контейнеров и др.
     
      Прессовый инструмент
     В состав прессового инструмента (инструментальной наладки) для получения сплошных пресс-изделий входят: матрица, контейнер, прессштемпель, пресс-шайба, подкладка под матрицу, матрицедержатель, направляющая проводка (если отсутствует механизм для натяжения профилей в процессе прессования). Для прессования труб или при прошивке заготовок используют, кроме того, иглу и оправку.
     Матрицу и подкладку под матрицу устанавливают в матрицедержатель.
Фиксируют матрицу с подкладкой штифтом, запрессованным в торец матрицы, обращенный к подкладке. Такое соединение обеспечивает точное совпадение каналов матрицы и профилированного отверстия в подкладке, которая служит, по существу, опорой матрицы. Собранный таким образом матричный комплект (матрица, подкладка, матрицедержатель) устанавливается неподвижно в специальную U-образную опору – мундштук в передней поперечине пресса и фиксируется в нем.
      Пресс-штемпель передает давление пресса на заготовку. Для предохранения торца пресс-штемпеля от контакта с нагретой заготовкой используют сменные пресс-шайбы, как правило, не скрепленные с пресс-штемпелем из-за сложности их совместной центровки. Пресс-штемпель изготавливают на несколько миллиметров меньше диаметра втулки контейнера. Крепят прессштемпель в прессующей поперечине пресса посредством разных соединений.В непосредственном контакте с прессуемым металлом в процессе выдавли-
вания находятся матрица, внутренняя втулка контейнера и пресс-шайба. При работе они испытывают значительные силовые и тепловые циклические нагрузки, что требует изготовлять их из высокопрочных легированных сталей.
       
     
       Основные технологические схемы производства профилей 
 Технологический процесс может быть представлен в виде совокупности технологических операций, выполняемых на разных машинах и агрегатах.
      Типичная технологическая схема процесса производства пресс-изделий состоит из следующих операций:
      - подготовка заготовок к прессованию;
      - подготовка инструмента;
      - нагрев заготовок и инструмента перед прессованием;
     - прессование;
     - обработка отпрессованных полуфабрикатов (термообработка пресс-изделий, их правка, покраска и разделка на мерные длины);
     - подготовка прессованной установки к следующему циклу прессования.
     
      Характер течения металла при прессовании
     Характер истечения при прессовании алюминиевых сплавов в общих чертах такой же, как других металлов и сплавов, однако есть и характерные отличия:
     - предрасположенность алюминиевых сплавов «прилипать» к поверхности технологического инструмента, что ведет к увеличению контактного трения;
    - высокие теплопроводность и теплоемкость алюминиевых сплавов,
вследствие чего температурное поле в заготовках из них по сравнению с полем в заготовках других металлов более равномерное.
    Схема течения металла для случая прилипания металла заготовки к поверхности контейнера показана на рис. 5.4. Пресс-шайба практически срезает этот металл, что приводит к возникновению «вторичных» потоков металла внутри контейнера, «завихрений», приводящих к образованию разных пресс-утяжин [11]. В таких условиях особенно проявляется влияние реологических свойств на характер течения металла, что сказывается на расширении объемов мертвых зон и зон интенсивных сдвиговых деформаций.                                                 
   
    Температурно-скоростные режимы
     Известно, что от величины тепловыделения зависит скорость истечения металла через канал матрицы, равная произведению скорости прессования (скорости движения пресс-штемпеля) на коэффициент вытяжки.Для большинства алюминиевых сплавов существуют критические скорости истечения, превышение которых приводит к характерному разрушению поверхности, а иногда и всего пресс-изделия. Причиной этого является резкое снижение пластичности сплавов в результате повышения температуры в приконтактных слоях.
     Для условий прессования алюминиевых сплавов характерно большое различие в допустимых скоростях истечения, зависящих от химического состава металла. В то время как технически чистый алюминий, например марки АД1, прессуется с высокими скоростями истечения (около 100 м/мин), многие промышленные сплавы, напримерД16, В95, АМг6, прессуются с низкими скоростями (1–3 м/мин). Если скорость истечения повышать, то образующееся деформационное тепло не будет успевать рассеиваться в окружающую
среду, и температура металла начнет расти. При определенном повышении скорости истечения температура может превысить предельно допустимую, и металл пресс-изделия начнет разрушаться. Если же прессование проводить при относительно невысоких скоростях истечения, установленных технологическими инструкциями, то температура металла не превышает допустимой,и процесс проходит нормально.
   
     Силовые условия прессования
 
     Давление и усилие прессования необходимо знать для выбора пресса, оптимальных размеров контейнера и расчета прессового инструмента.Давление прессования зависит от коэффициента вытяжки λ. С повышением λ и сложности поперечного сечения профиля давление прессования возрастает. Также увеличение сил трения повышает давление прессования. Алюминиевые сплавы, особенно легкопреесуемые, прессуют с вытяжкой
около 20–100; известны примеры прессования с вытяжками 1000 и более. Типичное давление на пресс-шайбе, при котором прессуют алюминиевые сплавы, равно 400–800 МПа, однако известны примеры промышленного прессования при давлении более 1000 МПа.
    Силовые условия прессования определяются рядом факторов, среди которых наиболее важный – это сопротивление деформации металла (σs), которое зависит от температуры (t), скорости (έ) и длительности прессования(τ). На давление прессования оказывает влияние использование смазки. Сопротивление деформации может быть представлено как табличной величиной (табл. 5.1), так и графической зависимостью (рис. 5.5).
 
       
                                
    Прессование без пресс-остатка
 
      Процесс прессования возможно осуществлять без образования прессостатка. В этом случае пресс-остаток используют для дальнейшего прессования, такой способ прессования называется полунепрерывный.
     
Процесс ведут с закрепленной на пресс-штемпеле пресс-шайбой, при этом облегчается вывод ее из втулки контейнера. После прессования одной заготовки в контейнер с пресс-остаком подают новый слиток. При прессовании нового слитка пресс-остаток сваривается со следующим слитком. В результате обе заготовки оказываются сваренными по торцевым поверхностям.В пресс-изделии такие поверхности изогнуты, что при хорошей сварке уве-
личивает прочность стыка. Во время этого процесса для обеспечения условий лучшей свариваемости недопустима смазка и необходим подогрев контейнера до температуры, близкой к температуре прессования.
     На рис. 5.6 приведена схема процесса, согласно которой в предварительно смазанный контейнер 1 помещают заготовку 2 и отпрессовывают ее на заданную величину при помощи пресс-шайбы с вогнутой рабочей поверхностью 3 (рис. 5.6, а). Затем пресс-штемпель 4 с закрепленной пресс-шайбой 3 выводят из контейнера и туда подается вторая заготовка 5. Далее осуществляется совместное прессование двух заготовок до момента полного выхода
первой. Затем в контейнер подается очередная заготовка и далее цикл повторяется.
    Для выхода воздуха и газов из полости контейнера при прессовании в пресс-шайбах выполнены каналы диаметром 1,5-2 мм, а для удержания смазочного материала – кольцевые проточки глубиной 0,5–1 мм.
               Дальнейшим резервом повышения производительности прессового оборудования и выхода годного является внедрение процессов непрерывного прессования. На рис. 5.7 представлены несколько способов непрерывного прессования при подаче заготовки: задающими вальцами (рис. 5.7, а), непосредственно жидкостью высокого давления (рис. 5.7, б), «бесконечной» гусеничной лентой (рис. 5.7, в). К непрерывным методам прессования можно отнести такие виды прессования как «конформ», «лайнекс» и «экстроллинг».
                         Рис. 5.7. Схемы непрерывного прессования при подаче заготовки
                                                                                                                
             
       Напряженно-деформированное состояние металла при прессовании
 
   Схема первичных и вторичных активных сил, т. е. всех внешних сил, действующих на прессуемый металл, приведенная на рис. 2.65, показывает следующее:
     1. Если разделить прессуемый металл на продольные кольцевые (трубчатые) слои с бесконечно малыми толщинами стенок и исключить влияние внешнего трения с инструментом и внутреннего между слоями, то при прессовании такого многослойного объекта каждый слой будет находиться под всесторонним неравномерным сжатием. Это значит, что деформации удлинения – в основном пассивные.
                             

      2. В прессуемом металле при обычных условиях прессования и, когда сопротивление деформации по всему объему практически одинаково, внутренние слои движутся быстрее периферийных. В результате чего появляются дополнительные напряжения: в периферийных слоях – растягивающие, так как каждый внутренний слой, двигаясь быстрее соседнего внешнего, увлекает его за собой; а во внутренних – сжимающие, так как каждый внешний слой сдерживает движение соседнего внутреннего. Вследствие стремления к выравниванию напряжений возникает зона наружных слоев с дополнительными продольными напряжениями растяжения, уменьшающимися по направлению от периферии к оси, и зона внутренних слоев с дополнительными продольными напряжениями сжатия, увеличивающимися к оси.
     3. В зоне внутренних слоев дополнительные напряжения сжатия, налагаясь на основные напряжения сжатия, не изменяют вида напряженного состояния металла – оно остается таким же, как и основной вид, т. е. всесторонним неравномерным сжатием. На рис. 2.65, а эта зона схематически показана под индексом 1. В зоне наружных слоев (2 и 3) дополнительные напряжения растяжения, налагаясь на основные – продольные напряжения сжатия,уменьшают их, а при некоторых условиях, становясь больше основных продольных напряжений сжатия, изменяют вид напряженного состояния металла и переводят всестороннее неравномерное сжатие в двустороннее (поперечное) сжатие и продольное растяжение. Зона с разноименными напряжениями (3) находится ближе к выходу из ОЧПЗ ввиду того, что по направлению к выходу основные напряжения падают, а дополнительные возрастают.
    4. При практической однородности сопротивления деформации прессуемого металла по поперечным сечениям эпюра нормальных напряжений на пресс-шайбе показывает уменьшение этих напряжений к оси. Это находится в согласии с одним из основных законов общей теории пластической деформации о течении металла в направлении наименьшего сопротивления (в рассматриваемом процессе – в направлении к каналу матрицы), а также с эпюрой главных деформаций удлинения (рис. 2.65).
    5. Повышение продольных растягивающих нормальных напряжений от центра к периферии вызывает отмеченное ранее уменьшение толщины поперечных слоев на периферии и их утолщение в центральной зоне. При этом в прессуемом металле вследствие его целостности интенсивность снижения гидростатического давления от периферии к оси уменьшается по направлению к пресс-шайбе, а интенсивность утонения периферийных участков поперечных слоев и утолщения их центральных участков также понижаются по
направлению к пресс-шайбе.
      6. Утонение периферийных и утолщение центральных участков поперечных слоев вследствие различия их напряженного состояния служит дополнительным доказательством того, что и при отсутствии сил трения деформация при прессовании не может быть равномерной; силы трения лишь увеличивают неравномерность деформации, свойственную идеальному (без трения) процессу при заданных прочих условиях.Это подтверждается и простейшим анализом влияния сил трения на напряженное состояние. На рис. 2.65 показана полная элементарная сила ПОЛ dN , являющаяся результирующей элементарных сил КР dN и КР dТ . Эта сила больше КР dN (как гипотенуза силового треугольника), а поэтому она вызывает дополнительное утонение периферийных участков поперечных слоев и поворот главных деформаций элементарных объемов прессуемого металла.
    7. Неравномерность напряженного и деформированного состояния всего объема прессуемого металла при прессовании увеличивается с увеличением угла конусности матрицы.При рассмотрении деформированного состояния прессуемого металла было указано, что в рассматриваемом процессе во всех участках деформируемого объема окружные и радиальные главные деформации практически равны. Это определяет приближенное равенство окружных и радиальных главных нормальных напряжений.

      
 
© 2009 ООО Передовые Технологии ТД
Создание сайта Компания Мегагруп