Super User

Все о современном прессовании металла

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Какую роль играет метод прессования металла в современной промышленности
• Что предусматривает технология обработки металлов прессованием
• Какие существуют виды и способы прессования металла
• Какие существуют виды промышленного оборудования, используемого для прессования металла

Сегодня все чаще при обработке металла используется штамповка, для выполнения которой необходимо прессование металла. При помощи этого технологического процесса заготовке придают необходимую форму, а именно выдавливают определенный рельеф, узоры или пробивают отверстия.

Прессование металла представляет собой обработку давлением, во время которой металл выдавливается из замкнутой полости через отверстие в матрице, совпадающее по сечению с прессуемым профилем.

Данный метод получил научное обоснование в 1813 году, после чего начал использоваться преимущественно для изготовления прутков и труб из оловянисто-свинцовых сплавов. В современной промышленности роль исходной заготовки играют слитки или прокат из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и сплавов на их базе (медь, алюминий, магний, титан, цинк, никель, цирконий, уран, торий).

Обработка давлением подразумевает, что изготовление полуфабрикатов и готовых деталей происходит при помощи пластического деформирования заготовки, не требуя снятия стружки. Главные достоинства данного способа состоят в экономичности, производительности и высоком выходе годного продукта. Эта технология позволят изготавливать детали различных форм, чьи размеры варьируются от миллиметра до нескольких метров.

Прессование металла позволяет добиться двух ключевых целей:

1. Получить предмет сложной формы из простых заготовок.
2. Улучшить кристаллическую структуру исходного литого материала, повысив его физико-механические свойства.

Прессование металла применяется при работе с 90 % всей выплавляемой стали и немалыми объемами цветных металлов и их сплавов. Данная технология пластической обработки подходит для операций с заготовками в горячем и даже в холодном состоянии. Во втором случае важно, чтобы материал имел высокую податливость и значительную природную жесткость. Кроме того, эта технология подходит для обработки металлических порошков, неметаллических материалов, таких как пластмассы.

Этот современный способ позволяет изготавливать различные профильные заготовки: прутки диаметром 3–250 мм, трубы диаметром 20–400 мм с толщиной стенки 1,5–15 мм, профили сложного сечения сплошные и полые с площадью поперечного сечения до 500 см2.

Среди главных достоинств метода прессования металла стоит назвать такие возможности:

• пластическая обработка с высокими вытяжками даже при работе с малопластичными металлами и сплавами;
• получение изделия практически любого поперечного сечения, что не всегда реально при выборе других технологий обработки;
• получение широкого сортамента изделий при замене матрицы на одном прессовом оборудовании;
• производство изделий, отличающихся высоким качеством поверхности и точностью размеров поперечного сечения – эти показатели нередко превышают принятую точность при пластической обработке другими способами, в том числе при прокатке.

Однако здесь есть и свои недостатки:

• высокий расход материала на единицу изделия, так как при производстве получается большой пресс-остаток;
• заметная неравномерность механических и других свойств по длине и поперечному сечению изделия в некоторых случаях;
• сравнительно высокая стоимость используемого инструмента.

Сегодня в производстве чаще всего используется прессование листового металла. Высокая популярность, которую штамповка завоевала в наше время, связана с развитием таких направлений:

• производство изделий различных геометрических форм и размеров такого качества и точности изготовления, что их можно использовать по прямому назначению без дальнейшей обработки;
• полная механизация и автоматизация производственных процессов за счет использования роторно-конвейерного оборудования, предназначенного для штамповки листового металла;
• серийное производство изделий, имеющих особенно точные геометрические параметры – подобные детали при необходимости можно легко заменить друг на друга.

Обработка давлением основана на процессе пластической деформации при помощи формы без перемены массы. При расчетах размеров и формы тела используется закон постоянства объема: объем тела до и после пластической деформации принимается неизменным. В виде формулы его можно представить следующим образом: V1 = V2 = const (V1 и V2 – объемы тела до и после деформации). Форма тела изменяется по трем главным осям, все точки перемещаются в направлении наименьшего сопротивления – этот принцип называется законом наименьшего сопротивления.

Иными словами, при свободном изменении формы тела в различных направлениях наибольшая деформация происходит в направлении, в котором большинству перемещающихся точек оказывается минимальное сопротивление.

Во время прессования металл выдавливают из замкнутой полости через отверстие, таким образом производится пруток либо труба с профилем, равным сечению отверстия. В качестве исходного материала выступают слитки или отдельные заготовки.

Для прессования используют два метода: прямой и обратный. В первом случае пуансон пресса движется в том же направлении, в каком происходит истечение металла через отверстие матрицы. Тогда как при обратном методе заготовка находится в глухом контейнере, и она остается неподвижной, а истечение материала из отверстия матрицы, закрепленной на конце полого пуансона, происходит в обратном направлении относительно движения пуансона с матрицей.

Законы постоянства объема и наименьшего сопротивления распространяются на все способы обработки металлов давлением. Закон постоянства объема применяют, чтобы определить размеры заготовок, а закон наименьшего сопротивления – чтобы понять, какие размеры и форму поперечного сечения получит заготовка с определенным сечением. Важными характеристиками подобной обработки является наличие очага и коэффициента деформации.

Обратное прессование, если сравнивать его с прямым, требует меньших усилий, и после него остается меньший пресс-остаток. Но у этого способа есть и свой минус – на готовом прутке прослеживается структура литого металла из-за меньшей деформации в процессе производства. Главное достоинство прессованных изделий состоит в точности их размеров. Немаловажно также, что при помощи прессования металлов удается получить обширный ассортимент изделий даже с очень сложными профилями.

Технологический процесс прессования металла состоит из таких операций, как:

• подготовка заготовки к обработке, то есть разрезка, обтачивание на станке, поскольку от качества поверхности заготовки зависит качество и точность профиля;
• нагрев заготовки и удаление окалины;
• помещение заготовки в контейнер;
• прессование;
• отделка изделия, которая предполагает отделение пресс-остатка, разрезку.

Для такой обработки используют гидравлические прессы с вертикальным или горизонтальным расположением плунжера, их мощность составляет до 10 000 т. Данный процесс делится на разновидности, исходя из наличия или отсутствия поступательного перемещения заготовки относительно стенок приемника. В расчет не принимаются только небольшие участки вблизи матрицы, которые именуют мертвыми зонами, там не происходит перемещения металла.

Самым распространенным методом, безусловно, является прессование с прямым истечением, позволяющее получать сплошные и полые изделия. Однако сегодня активно набирает популярность обратный (обращенный) метод, а также другие схемы истечения металла. У каждого из названных способов есть свои преимущества. Допустим, боковое истечение обеспечивает удобный прием пресс-изделия и минимальную разницу механических свойств изделия в поперечном и продольном направлениях.

В металлургии, электротехнической и судостроительной промышленности широко используется обработка металла волочением. Этот способ предполагает протягивание прутков через отверстие с меньшими выходными размерами, чем исходное сечение прутка. Таким образом изготавливают тонкую проволоку диаметром до 0,002 мм, прутки диаметром до 100 мм, тонкостенные трубы. Данный метод подходит для обработки различных сталей и сплавов, любых цветных металлов (золота, серебра, меди, алюминия) и их сплавов. Благодаря изготовлению волочением изделий круглого и фасонного сечений удается добиваться высокой точности и чистоты, недостижимых при прокатке.

Обычно волочение осуществляют при комнатной температуре, когда пластическая деформация сопровождается наклепом. Последний, совместно с термической обработкой, позволяет улучшить механические свойства материала. Данная технология работы предполагает такие этапы:

• предварительный отжиг заготовок, позволяющий добиться мелкозернистой структуры металла и повысить его пластичность;
• травление заготовок в подогретом растворе серной кислоты, чтобы устранить окалину, провоцирующую повышенный износ матрицы;
• заострение концов заготовок в ковочных вальцах или под молотом для пропуска через отверстие матрицы и захвата клещами стана;
• волочение;
• отжиг для устранения наклепа;
• отделка готовой продукции, которая состоит из обрезки концов, правки, резки на мерные длины, пр.

Исходным материалом при волочении являются катаные и прессованные заготовки. Тогда как роль инструментов играют матрицы (волоки или фильеры), волочильные доски, кольца и оправки из инструментальных сталей и твердых сплавов. Для изготовления этим способом тончайшей проволоки выбирают алмазные волоки, обладающие повышенными твердостью и стойкостью.

Виды и способы прессования металла

В производстве используются несколько видов прессования металла:

1. Холодное прессование металла.

Данный метод также называют ударным или холодным выдавливанием, он представляет собой формообразование полой детали за счет вытеснения материала заготовки пуансоном в открытые полости штампа. Этот вид обработки бывает прямым, обратным и комбинированным – все зависит от того, совпадает направление истечения металла с перемещением пуансона, противоположно ему или происходит одновременно в различных направлениях. Кроме того, существует радиальное прессование, где направление истечения металла перпендикулярно направлению деформирующего усилия.

Холодное прессование позволяет изготавливать детали разных форм. Экономически целесообразной считается точность изготовления деталей в рамках 9–11 квалитетов, тогда как уровень шероховатости поверхности должен находиться в пределах Ra 2,5– 0,63.

В качестве выходных могут использоваться прутковые или профилированные заготовки либо производимые из листов. Технология выдавливания подходит для изготовления из стали, цветных металлов, их сплавов таких деталей, как стаканчики, гильзы, баллончики, трубки, валики, болты, гайки, маховики, фланцы, пр. Стоит отметить, что сталь стала применяться для холодного прессования металла относительно недавно, так как она значительно труднее поддается выдавливанию, чем другие металлы.

Данная технология предполагает совпадение направлений выдавливания пресс-изделия из канала матрицы и движения пресс-штемпеля. Прямое прессование используется чаще других, позволяя изготавливать сплошные и полые детали широкого диапазона поперечных сечений, близких к размеру поперечного сечения контейнера.

Главной особенностью здесь является обязательное перемещение металла относительно неподвижного контейнера – это может происходить без смазки или с ее использованием. В первом случае заготовку в виде слитка располагают между контейнером и пресс-штемпелем с пресс-шайбой, задвигают в контейнер и осаживают там, экструдируют через канал матрицы до начала формирования пресс-утяжины. Далее извлекают практически готовое изделие, удаляют пресс-остаток.

Силы трения обеспечивают высокие сдвиговые деформации на поверхности заготовки, что способствует обновлению слоев, формирующих периферийные зоны профиля. В результате удается производить детали с поверхностью высокого качества, поскольку в прилегающем к матрице объеме заготовки образуется большая по высоте упругая зона металла. Она практически исключает появление дефектов на поверхности изделия из зоны контакта заготовки с контейнером.

Но метод прямого прессования далеко не идеален, у него есть минусы:

• необходимы дополнительные усилия на преодоление силы трения поверхности заготовки о стенки контейнера;
• задается неравномерная структура и механические свойства пресс-изделий, что приводит к анизотропии свойств;
• получается большой объем пресс-остатка, поскольку требуется удалять слабо сформированную часть выходного конца пресс-изделия;
• трение между деформируемой заготовкой и деталями прессового инструмента приводит к быстрому изнашиванию последних.

В данном случае направления истечения металла в матрицу и движения пресс-штемпеля оказываются противоположными. Заготовку помещают между контейнером и полым пресс-штемпелем, после чего задвигают в контейнер, осаживают и экструдируют через канал матрицы. Далее извлекают получившееся пресс-изделие, отделяют пресс-остаток, удаляют матрицу, а пресс-штемпель возвращают в исходную позицию.

Слиток не перемещается относительно контейнера, поэтому между ними практически нет трения, если не считать угловой полости вблизи матрицы – там наблюдается активное трение. В целом, общее усилие прессования снижается, поскольку не требуются затраты энергии на преодоление сил трения.

Если сравнивать с прямым прессованием, у обратного способа есть такие достоинства:

• снижение и постоянство усилия прессования, поскольку этот показатель не повышается из-за трения поверхности заготовки о стенки контейнера;
• более высокая производительность прессовой установки, которая достигается за счет увеличения скорости истечения сплавов из-за снижения неравномерности деформации;
• повышенный выход годного продукта, благодаря увеличению длины заготовки и сокращению толщины пресс-остатка;
• более продолжительная служба контейнера, поскольку он не подвержен трению с заготовкой;
• повышенная однородность механических свойств и структуры в долевом сечении пресс-изделия.

К недостаткам этой технологии стоит отнести:

• снижение максимального поперечного размера пресс-изделия и количество параллельно изготавливаемых профилей, что вызвано уменьшением проходного отверстия в матричном блоке;
• необходимость предварительной подготовки поверхности заготовок при помощи обточки или скальпирования – таким образом удается получать пресс-изделия с качественной поверхностью;
• сокращение ассортимента выпускаемых пресс-изделий, поскольку повышается стоимость комплекта инструмента и ухудшается прочность матричного узла;
• больший расход вспомогательного времени цикла;
• повышенная сложность конструкции матричного узла;
• снижение допустимого усилия на пресс-штемпель, что связано с его ослаблением из-за центрального отверстия.

Горячее прессование или спекание под давлением предполагает одновременное воздействие давления и температуры на твердосплавную смесь. Стоит отметить, что эта технология используется достаточно давно. Наиболее успешно ее применяют в производстве волок, волочильных матриц, размольных шаров, валков и сердечников снарядов, поскольку таким образом удается изготавливать очень твердые и износостойкие изделия с минимальной пористостью.

Специальную твердосплавную смесь порошков металлов для прессования загружают в графитовые формы и при +1300…+1600 °С подвергают давлению 70–150 кг/см2. Нагрев матрицы производят при помощи прямого пропускания тока или токопроводящих пуансонов. Наиболее целесообразным считается использование гидравлического давления при больших объемах производства и пневматического для небольших партий.

Во время нагревания твердосплавных матриц пуансоны входят в матрицу при температурах спекания кобальта, окончательное уплотнение осуществляется при появлении жидкой фазы. При слишком высоких температурах спекания и давлении прессования происходит выдавливание части жидкой фазы сквозь зазоры пресс-формы.

Специалисты достаточно точно устанавливают степень спекания при помощи контроля температуры, времени спекания и уплотнения (измерения движения пуансона). Отказаться от избыточно высоких матриц позволяет утряска или предварительное прессование – таким образом удается более плотно загрузить форму. При данной обработке используется соотношение плотности прессовки к плотности спеченного изделия от 2,5:1 до 2:1.

Длина заготовки подбирается в соответствии с уровнем прочности пресс-штемпеля и величиной рабочего хода пресса, а значит, прессование может производится только с заготовками ограниченной длины. Важно отметить, что каждая заготовка прессуется с пресс-остатком. Такое ограничение приводит к снижению выхода годного продукта и уменьшению производительности пресса. Поясним, что выход годной продукции считается показателем экономичности, который соответствует отношению готового продукта к массе заготовки.

Частично устранить данный недостаток можно, отдав предпочтение технологии полунепрерывного прессования или прессованию «заготовка за заготовкой». Этот процесс может протекать без смазки и со смазкой – все зависит от используемого сплава и назначения будущего изделия.

Особенность полунепрерывной технологии без смазки состоит в том, что каждая последующая заготовка загружается в контейнер, когда предыдущая экструдируется на три четверти от своей длины. При использовании такого приема заготовки свариваются по торцам. Длина оставляемой в контейнере заготовки ограничена, поскольку продолжение прессования способно вызвать образование пресс-утяжины. Загрузка в контейнер следующей заготовки устраняет опасность образования утяжинной полости, что позволяет изготавливать качественные пресс-изделия. Теоретически возможно получение пресс-изделия неограниченной длины, которая зависит лишь от числа использованных заготовок. Иногда при прессовании изделие сматывают в бухту.

Минус данного способа состоит в низкой прочности сварки элементов, полученных из отдельных заготовок. Обычно этот недостаток связан с попаданием различных загрязнений в пресс-остаток. Кроме того, место сварки может сильно растягиваться из-за особенностей характера истечения металла.

Специалисты называют минусом технологии прессования цикличность процесса, поэтому в последнее время идет активная работа над такими методами непрерывного прессования, как «конформ», «экстроллинг», «лайнекс».

На данный момент в промышленности больше всего используется способ «конформ». Особенность используемой в этом случае установки состоит в том, что в ее конструкции контейнер образуется поверхностями канавки подвижного приводного колеса и выступом неподвижной вставки. Последняя прижимается к колесу гидравлическим или механическим устройством. В результате сечение контейнера представляет собой закрытый калибр. Благодаря силам трения заготовка втягивается в контейнер и заполняет его. Как только достигается упор, давление в заготовке нарастает до величины, необходимой для экструдирования материала через канал матрицы в виде прессованного полуфабриката.

Роль заготовки в технологии непрерывного прессования играет пруток или обычная проволока, а все операции идут без остановки, а именно: процессы деформирования, то есть втягивания в камеру прессования по мере поворота колеса, предварительного профилирования, заполнения канавки в колесе, создания рабочего усилия, экструдирования.

В очаге деформации возникает всестороннее неравномерное сжатие, за счет чего удается добиваться высоких вытяжек даже при работе с малопластичными сплавами. Тогда как пластичные сплавы прессуются при комнатной температуре с высокими скоростями истечения. «Конформ» позволяет изготавливать проволоку и мелкосортные профили с высокой вытяжкой – данная особенность наиболее актуальна для проволоки, так как ее производство выгоднее таким способом, чем более привычным волочением.

Сегодня к «конформу» прибегают при работе с алюминиевыми и медными сплавами. А также он считается целесообразным для получения полуфабрикатов из дискретных металлических частиц, таких как гранулы, стружка. Российские производства уже освоили, например, технологию изготовления «конформом» лигатурного прутка из гранул алюминиевых сплавов.

Стоит отметить, что возможности метода непрерывного прессования ограничены, поскольку пока нет подробных исследований в сферах формоизменения металла, учета граничных сил трения, закономерностей деформации различных металлов и сплавов. Это налагает такие ограничения:

• максимальный линейный размер поперечного сечения заготовки составляет 30 мм, что обеспечивает ее изгиб при движении по калибру;
• инструмент сильно нагревается под действием сил трения, из-за чего возникают проблемы с соблюдением температурного режима;
• при работе с алюминиевыми сплавами последние налипают на инструмент, выдавливаются в зазор калибра с образованием дефекта типа «ус», пр.

5 видов промышленного оборудования, используемого для прессования металла

По своей конструкции оборудование для прессования механического типа делится на:

• эксцентриковое;
• кривошипное.

Вторую группу станков применяют при холодной и горячей штамповке, а также при вытяжке, вырубке, прорубке. Гидравлический пресс необходим для штамповочных и кузнечных операций, выполняемых с объемными заготовками.

По своим функциональным возможностям прессовальные станки бывают таких видов:

• универсальные;
• специальные;
• специализированные.

Первые отличаются наиболее обширным функционалом, поэтому подходят практически для всех ковочных операций. Специализированные штампы предназначены для выполнения какого-то одного процесса. И самая ограниченная функциональность свойственна специальным прессам – это оборудование подходит для штампования изделий одного вида, причем вся работа в данном случае базируется на одной технологии.

Оборудование любого типа, предназначенное для штамповки, состоит их таких элементов:

• приводной электродвигатель;
• механизм передачи движения;
• исполнительный механизм.

Среди прессовальных станков выделяют следующие категории:

Здесь главным элементом считается кривошипно-шатунный механизм – он преобразует поступающее к нему от привода вращательное движение в возвратно-поступательное движение ползуна. Исполнительный механизм этого аппарата напрямую связан с ползуном, который развивает усилие до 100 т. Отметим, что ползун движется с одинаковой периодичностью.

Этот механизм позволяет работать с габаритными, толстостенными металлическими деталями. Гидравлическое оборудование позволяет выполнять операции по листовой, объемной штамповке, ковке, гибке и способно обеспечивать усилие в пределах 150–2000 т и даже более – все зависит от конкретной модели.

Речь идет о формовочном прессе, где нагретые металлические болванки преобразуют в изделия цилиндрической формы.

Она необходима для изготовления квадратных/круглых поковок, близких к профилю готовых изделий.

Речь идет о новом оборудовании, чей принцип действия основан на свойствах сердечника. Тот находится в проволочной катушке под электрическим током и совершает перемещения под воздействием электромагнитного поля. Исполнительный механизм станка направляется к обрабатываемой заготовке именно под воздействием сердечника электромагнита. Основными отличиями электромагнитных прессов специалисты называют высокую производительность, экономичность.

Почему следует обращаться к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Процесс прессования представляет собой выдавливание металла, помещенного в замкнутую полость контейнера, через отверстие матрицы. Этот способ находит широкое применение при деформировании как в горячем, так и в холодном состоянии металлов, имеющих не только высокую податливость, но и обладающих большой жесткостью.

Прессованием изготавливаются разнообразные виды изделий: цельные сечением 3250мм ; различные полые профили с постоянным и переменным сечением 20÷400мм и толщиной стенки 1÷3мм ; трубы20400мм при толщине стенки 1,512мм ,. Некоторые виды изделий представлены на Рисунок 28. Профили, получаемые прессованием, часто оказываются более экономичными, чем изготовляемые прокаткой, а в некоторых случаях их невозможно произвести другим способом.

Виды отпрессованных изделий.

Основным преимуществом прессования металла относятся:

возможность пластической обработки с большими вытяжками;

обработка малопластичных металлов;

возможность получения практически любого поперечного сечения изделия;

универсальность оборудования для получения различных изделий;

высокое качество поверхности, точность.

К недостаткам можно отнести:

повышенный расход металла на единицу изделия;

повышенный расход энергии;

периодичность процесса;

высокая стоимость инструмента.

Различают 2 основных способа прессования: прямой (Рисунок 29 а ) и обратный (Рисунок 29б ).

При прямом методе нагретый слиток цилиндрической формы, помещенный в контейнер, подвергается трехстороннему сжатию. Давление металлу передается пресс – штемпелем, матрица – неподвижна.

При обратном методе прессования пресс – штемпель делается полым и на его конце укрепляется матрица. При движении пресс – штемпеля справа налево, матрица, являющаяся одновременно и пресс – шайбой, давит на торцевую часть слитка, при этом металл вынужден вытекать в обратном направлении, т.к. контейнер в противоположном направлении закрыт массивной упорной шайбой. Если при прямом методе вся масса слитка перемещается внутри контейнера в направлении движения (течения) металла, то при обратном прессовании слиток неподвижен относительно стенок контейнера, вследствие чего значительно уменьшается действие сил трения при прессовании. В результате усилия прессование обратным методом снижается на 2530%, но конструкция пресса при этом усложняется. К преимуществам обратного метода относится также и снижение потерь металла, 1518% металла уходит в отходы при прямом методе, в так называемую выдру (пресс-остаток), и 56% при обратном.

Схемы прессования:а – прямой метод,б – обратный метод.

Прессование труб производится обычно прямым методом, хотя возможно прессование коротких труб большого диаметра (300400мм.) обратным методом.

Рассмотрим прессование трубы прямым методом (Рисунок 30). Слиток помещается в контейнер, включается главный гидроцилиндр и начинается движение пресс–шайбы, при этом происходит распрессовка слитка, то есть заполнение контейнера металлом. Следующей операцией, перед прессованием, является прошивка металла в контейнере стальной иглой.

Игла связана со штоком специального прошивного цилиндра, расположенного по оси пресса среди главного гидроцилиндра. Передний конец иглы проходит через распрессованый металл, выдвигаясь на некоторое расстояние в отверстие матрицы, и останавливается. Затем включается главный цилиндр пресса, начинает движение пресс–шайба и металл начинает течь через кольцевой зазор, образованный стенками отверстия матрицы и наружной поверхностью иглы.

Схема прессования полой заготовки.

Во время прессования возникает очаг деформации, который зависит от способа прессования, коэффициент трения, податливости металла. Различают три основных вида очага деформации, Рисунок 31.

Первый вид (Рисунок 31а ) характерен тем, что деформация сосредоточена вблизи матрицы.

Такой вид наблюдается при обратном прессовании, а также при прямом, если коэффициент трения низок (тщательная обработка стенок контейнера и качественная смазка). Прессование идет без «заворота» металла, механические свойства прутка по сечению и длине отличаются стабильностью.

Второй вид (Рисунок 31б ) очага деформации имеет место при средних значениях коэффициента трения и незначительных изменениях механических свойств сечения слитка в контейнере (при захоложенных периферийных слоях).

Очаг деформации распространяется на всю длину заготовки. Течение внутренних слоев происходит с некоторым опережением внешних. Появляются как бы два объема деформируемого тела: внешний и внутренний –. Однако прессование и в этом случае идет без «заворота».

Виды очага деформации.

Третий вид (Рисунок 31в ) очага деформации имеет место при высоком коэффициенте трения между стенкой контейнера и слитком, а также значительной жесткости внешних слоев заготовки по сравнению с внутренними. Очаг деформации характеризуется высокой неравномерностью течения металла и состоит из трех объемов. Объем, расположенный непосредственно перед матрицей, отличается наибольшей интенсивностью течения металла. Объемпо мере развития деформации течет от периферии к оси заготовки, создает пережим в первом объеме - возникает вихревое движение металла. Объемпримыкает к пресс–шайбе, он увеличивается к концу прессования. Процесс прессования прекращают до момента входа этого объема в матрицу, т.к. начнется процесс «заворота» и снижение качества изделия ввиду вовлечения в готовое изделие окалины, окисление частиц металла с поверхности слитка, другой структуры металла.

В местах перехода контейнера в матрицу появляются мертвые углы, в которых металл испытывает упругую деформацию. Наряду с отрицательной ролью мертвых зон (увеличивают пресс–остаток), они играют некоторую и положительную. В мертвых зонах скапливаются различные загрязнения металла. При определенных условиях эти примеси могут попасть в готовое изделие.

В технике прессованием называют один из методов обработки металлов давлением. Он представляет собой процесс, при котором разогретая до высокой температуры заготовка, помещенная в замкнутую форму, выдавливается через отверстие, имеющее меньшее сечение чем то, которым обладает исходная заготовка. Прессование позволяет изготавливать изделия различного сечения, имеющие сложные профили. В качестве исходного материала при осуществлении этого технологического процесса чаще всего используются стальные прокатные заготовки или же слитки из цветных металлов и их сплавов.

Среди преимуществ тех изделий, для выпуска которых используется прессование , следует отметить высокую точность геометрических размеров. В этом отношении они намного превосходят изделия, выпускаемые прокаткой.

Методы прессования металла

На сегодняшний день на производствах используется два метода прессования металла : прямой и обратный.

Прямой метод прессования металла заключается в том, что заготовку, нагретую до определенной температуры, размещают в замкнутой полости специального контейнера. На нее пуансоном посредством пресс-шайбы передается давление. В результате этого через отверстия, расположенные в матрице, металл выдавливается.

Для обратного метода прессования металла используются контейнеры, которые с одного конца замыкаются упорными шайбами, а давление на заготовку осуществляется и через пунсон, и через матрицу. Поэтому получается, что металл перемещается в том направлении, где матрица встречается с пуансоном.

На практике более распространенным является метод прямого прессования , а метод прессования обратного используется намного реже. Дело в том, что он демонстрирует гораздо более высокую производительность, причем обеспечивает очень хорошее качество поверхностей готовых деталей. Во многих случаях метод прямого прессования металла достойно конкурирует с прокаткой.

С помощью прессования на современных промышленных предприятиях изготавливают трубы и прутки, имеющие различный профиль. При этом трубы выпускаются только с использованием метода прямого прессования , а прутки, в большинстве случаев, – обратного.

Для осуществления процесса прессования используются чаще всего вертикальные или горизонтальные гидравлические прессы. Как правило, горизонтальные используются для того, чтобы изготавливать прутки и трубы больших размеров, а вертикальные – для того, чтобы выпускать тонкостенные трубы длиной до 3 метров и диаметров до 40 миллиметров, а также прутки небольшого диаметра.

Сравнение прессования с другими методами обработки

Как известно, профили, трубы и прутки изготавливаются отнюдь не только методом прессования . Для этого широко используется также и прокатка. Прессование металла имеет по сравнению с ней как свои достоинства, так и недостатки.

Преимуществами прессования является то, что:

В ходе прессования материал приобретает вид напряженного состояния, в результате чего пластичность металла существенно повышается, и поэтому его можно обрабатывать с высокими степенями деформации;

Этот метод позволяет очень быстро перенастраивать оборудование на производство деталей других форм и размеров;

. Прессование дает возможность выпускать профили самых сложных очертаний и профили сплошные;

. Прессование позволяет получать меньшие допуски линейных размеров полуфабрикатов.

К недостаткам прессования следует отнести:

Существенные потери материала на отходах, обусловленные прессутяжками;

Значительная неравномерность тех механических свойств, которые изделие имеет по поперечному сечению и длине;

Относительно невысокая производительность процесса по сравнению с прокаткой.

Прессование металла – это основной технологический процесс, который используется для выпуска профилей, прутков и труб малыми сериями, но при большом сортаменте.

При прессовании металл, заключенный в приемнике-контейнере, выдавливается через отверстие в матрице и получает форму поперечного сечения, соответствующую форме матричного отверстия.
Прессование называют также экструдираванием.
Различают два основных вида прессования: с прямым истечением металла и обратным.

Прессование с прямым истечением - пуансон перемещается относительно стенок контейнера при отсутствии перемещения матрицы (направление движения пуансона, пресс-шайбы и металла совпадают).
Применяют при прессовании сплошных и полых профилей. При этом можно получать конусное отверстие, переменное сечение стенки и др. При прессовании полых профилей заготовку либо вначале протыкают иглой, либо используют «язычковую» матрицу.
В «язычковую» матрицу вмонтирован рассекатель, который заканчивается язычком-иглой. Прессуемый металл рассекается на два потока. В обжимаемой зоне происходит сварка разделенных частей полого профиля.

Разновидностью прессования с прямым истечением металла является прессование с боковым истечением.
Его преимущества:
- экономия габаритов установки;
- получение механических свойств готового изделия с минимальной разницей в поперечном и продольном направлениях;
- получение изделий максимально возможной длины.
При прессовании с обратным истечением заготовка относительно стенок контейнера не перемещается за исключением небольшого объема вблизи матрицы, Поэтому влияние трения на усилие прессования и течение металла в этом процессе значительно меньше.

Иногда применяют совмещенное прессование, где прямое и обратное истечение металла происходят одновременна (например, используется при прессовании труб большого диаметра - D≥100 мм).
Основная схема напряженного состояния при прессовании - всестороннее неравномерное сжатие; схема деформированного состояния - одна деформация увеличения размеров (удлинения) и две -уменьшения размеров.


По сравнению с ковкой, прокаткой и волочением прессование обладает следующими преимуществами:
- механическая схема деформации -всестороннее сжатие с одной деформацией растяжения - обеспечивает наибольшую пластичность деформируемого металла. Поэтому прессованию можно подвергать малопластичные металлы, которые деформировать другими средствами невозможно;
- возможность получения сплошных и полых профилей очень сложной конфигурации. Размеры и форму сверенного сечения можно менять по длине профиля плавно или ступенчато;
- при прессовании легко осуществляется переход с одного профиля на другой простой заменой матрицы. Поэтому прессование целесообразно применять при мелкосерийном производстве;
- обеспечивается высокая точность размеров сечения по сравнению с горячей прокаткой, так как упругие деформации инструмента ничтожно малы.
Недостатки процесса прессования:
- механическая схема деформации требует повышенного усилия деформации - тяжелые условия работы для матриц, игл, оснастки (частая смена, изготавливаются из специальных марок стали и сплавов);
- процесс характеризуется значительной неравномерностью свойств по сечению и длине в результате неравномерности деформации (больше, чем при прокатке);
- повышенный расход металла по сравнению с прокаткой из-за невозможности вести процесс прессования до конца.
Все это ограничивает применение процесса прессования:
- либо цветные металлы и сплавы с низким сопротивлением деформации;
- либо труднодеформируемые металлы и сплавы
О неравномерности деформации при прессовании можно судить по искажению координатной сетки.

Изгибы линий координатной сетки свидетельствуют о значительной неравномерности деформации, увеличивающейся от центра к периферии и от переднего конца к заднему.
Вблизи матрицы в углах образуются «мертвые» зоны (закрашены черным цветом), в которых металл не деформируется пластически. Они имеют положительное значение, так как в них задерживаются все поверхностные дефекты слитка, накапливаются и не переходят в готовый профиль.

25.11.2019

В каждой отрасли, где происходит производство жидкой или вязкой продукции: в фармацевтическом деле, в косметической отрасли, в пищевом и химическом секторах – везде...

25.11.2019

На сегодняшний день обогрев зеркал является новой опцией, позволяющей сохранить чистую поверхность зеркала от горячего пара после приёма водных процедур. Благодаря...

25.11.2019

Штрих код является графическим символом, изображающим чередование полосок чёрного и белого цвета либо других геометрических фигур. Его наносят в составе маркировки...

25.11.2019

О том, как грамотно выбирать топку для камина, задумываются многие хозяева загородных жилых имений, которые хотят создать в своём доме максимально уютную обстановку,...

25.11.2019

И в любительском, и в профессиональном строительстве весьма востребованными являются профильные трубы. С их помощью сооружают способные выдерживать большие нагрузки...

24.11.2019

Спецобувь - часть экипировки рабочего, предназначенная для защиты ног от холода, высоких температур, химикатов, механических повреждений, электричества и т. д....

24.11.2019

Все мы привыкли, выходя из дома, обязательно смотреть в зеркало, чтобы проверить свой внешний вид и лишний раз улыбнуться своему отражению....

23.11.2019

Испокон веков главными делами женщин по всему свету являлись стирка, уборка, приготовление еды и всевозможные действа, способствующие организации уюта в доме. Однако, то...

23.11.2019

Индивидуальным застройщикам сегодня предлагается огромный выбор кровельных и других материалов. Самые разные разновидности черепицы, битумные покрытия, профнастил и...

Прессование – процесс получения изделий путем выдавливания нагретого металла из замкнутой полости (контейнера) через отверстие инструмента (матрицы). Существуют два способа прессования: прямой и обратный. При прямом прессовании (рис. 17, а ) металл выдавливается в направлении движения пуансона. При обратном прессовании (рис. 17, б ) металл движется из контейнера навстречу движению пуансона.

Исходной заготовкой для прессования является слиток или горячекатаный пруток. Для получения качественной поверхности после прессования заготовки обтачивают и даже шлифуют.

Нагрев ведется в индукционных установках или в печах-ваннах в расплавах солей. Цветные металлы прессуются без нагрева.

Рис. 17. Прессование прямое(а) и обратное (б) :

1 – контейнер; 2 – пуансон; 3 – заготовка; 4 – игла; 5 – матрица; 6 – профиль

Деформация при прессовании

При прессовании реализуется схема всестороннего неравномерного сжатия, при этом нет растягивающих напряжений. Поэтому прессовать можно даже стали и сплавы с низкой пластичностью, например, инструментальные. Даже такие хрупкие материалы как мрамор и чугун поддаются прессованию. Таким образом, прессованием можно обрабатывать материалы, которые из-за низкой пластичности другими методами деформировать невозможно.

Коэффициент вытяжки µ при прессовании может достигать 30-50.

Инструмент для прессования

Инструмент – это контейнер, пуансон, матрица, игла (для получения полых профилей). Профиль получаемого изделия определяется формой отверстия матрицы; отверстия в профиле – иглой. Условия работы инструмента очень тяжелые: большие контактные давления, истирание, нагрев до 800-1200 С. Его изготавливают из высококачественных инструментальных сталей и жаропрочных сплавов.

Для уменьшения трения применяют твердые смазки: графит, порошки никеля и меди, дисульфид молибдена.

Оборудование для прессования

Это гидравлические прессы, с горизонтальным или вертикальным расположением пуансона.

Продукция прессования

Прессованием получают простые профили (круг, квадрат) из сплавов с низкой пластичностью и профили очень сложных форм, которые нельзя получить другими видами ОМД (рис. 18).

Рис. 18. Прессованные проф
или

Преимущества прессования

Точность прессованных профилей выше, чем прокатанных. Как уже говорилось, можно получать профили самых сложных форм. Процесс универсален с точки зрения перехода с размера на размер и с одного типа профиля на другой. Смена инструмента не требует больших затрат времени.

Возможность достижения очень высоких степеней деформации делает этот процесс высокопроизводительным. Скорости прессования достигают 5 м/c и более. Изделие получается за один ход инструмента.

Недостатки прессования

Большой отход металла в пресс-остаток (10-20 %), так как весь металл не может быть выдавлен из контейнера; неравномерность деформации в контейнере; высокая стоимость и большой износ инструмента; необходимость мощного оборудования.

Волочение

Волочение – изготовление профилей путем протягивания заготовки через постепенно сужающееся отверстие в инструменте – во локе.

Исходной заготовкой для волочения является пруток, толстая проволока или труба. Заготовка не нагревается, т. е. волочение – это холодная пластическая деформация.

Конец заготовки заостряется, его пропускают сквозь волоку, захватывают зажимным устройством и протягивают (рис. 19).

Деформация при волочении

При волочении на заготовку действуют растягивающие напряжения. Металл должен деформироваться только в сужающемся канале волоки; за пределами инструмента деформация недопустима. Обжатие за один проход небольшое: вытяжкаµ = 1,1÷1,5. Для получения нужного профиля проволока протягивается через несколько отверстий уменьшающегося диаметра.

Так как осуществляется холодная деформация, то металл наклепывается – упрочняется. Поэтому между протягиваниями через соседние волоки выполняется отжиг (нагрев выше температуры рекристаллизации) в трубчатых печах. Наклеп снимается, и металл заготовки снова становится пластичным, способным к дальнейшей деформации.

Инструмент для волочения

Инструмент – этоволока , или фильера , представляющая собой кольцо с профилированным отверстием. Изготавливают волоки из твердых сплавов, керамики, технических алмазов (для очень тонкой проволоки, диаметром менее 0,2 мм). Трение между инструментом и заготовкой уменьшают с помощью твердых смазок. Для получения полых профилей применяют оправки.

Рабочее отверстие волоки имеет по длине четыре характерные зоны (рис. 20): I – входная, или смазочная, II – деформирующая, или рабочая, с углом α = 8÷24º, III – калибрующая, IV – выходной конус.

Допуск на размер проволоки в среднем составляет 0,02 мм.

Оборудование для волочения

Существуют волочильные станы различных конструкций – барабанные, реечные, цепные, с гидравлическим приводом и др.

Барабанные станы (рис. 21) применяют для волочения проволоки, прутков и труб малого диаметра, которые можно сматывать в бунты.

Барабанные станы многократного волочения могут включать до 20 барабанов; между ними располагаются волоки и печи для отжига. Скорость движения проволоки находится в пределах 6-3000 м/мин.

Цепные волочильные станы (рис. 22) предназначены для изделий большого сечения (прутков и труб). Длина получаемого изделия ограничена длиной станины (до 15 м). Волочение труб выполняют на оправке.

Р
ис. 22. Цепной волочильный стан:

1 – волока; 2 – клещи; 3 – каретка; 4 – тяговый крюк; 5 – цепь; 6 – ведущая звездочка;

7 – редуктор; 8 – электродвигатель

Продукция, получаемая волочением

Волочением получают проволоку диаметром от 0,002 до 5 мм, а также прутки, фасонные профили (различные направляющие, шпонки, шлицевые валики) и трубы (рис. 23).

Рис. 23. Профили, получаемые волочением

Преимущества волочения

Это высокая точность размеров (допуски не более сотых долей мм), малая шероховатость поверхности, возможность получать тонкостенные профили, высокая производительность, малое количество отходов. Процесс универсален (просто и быстро можно заменить инструмент), поэтому широко распространен.

Важно также, что можно изменять свойства получаемых изделий за счет наклепа и термообработки.

Недостатки волочения

Неизбежность наклепа и необходимость отжигов усложняет процесс. Обжатие за один проход невелико.

Ковка

Ковкой называют получение изделий путем последовательного деформирования нагретой заготовки ударами универсального инструмента – бойков . Получаемую заготовку или готовое изделие называют поковкой .

Исходной заготовкой служат слитки или блюмы, сортовой прокат простого сечения. Нагревают заготовки обычно в печах камерного типа.

Деформация при ковке

Деформация в процессе ковки идет по схеме свободного пластического течения между поверхностями инструмента. Деформирование может выполняться последовательно на отдельных участках заготовки, поэтому её размеры могут значительно превышать площадь бойков.

Величину деформации выражает уковка :

где F max и F min – начальная и конечная площадь поперечного сечения заготовки, причем берется отношение большей площади к меньшей, поэтому уковка всегда больше 1. Чем больше значение уковки, тем лучше прокован металл. Некоторые из операций ковки показаны на рис. 25.

Рис. 25. Операции ковки:

а – протяжка;б – прошивка (получение отверстия);в – рубка (разделение на части)

Инструмент для ковки

Инструмент является универсальным (применимым для самых разных по форме поковок): бойки плоские или вырезные и набор подкладного инструмента (оправок, прожимок, прошивней и т. д.).

Оборудование для ковки

Применяются машины динамического, или ударного, действия – молоты и машины статического действия – гидравлические прессы .

Молоты подразделяются на пневматические , с массой падающих частей до 1 т, и паровоздушные , с массой падающих частей до 8 т. Молоты передают заготовке энергию удара за доли секунды. Рабочим телом в молотах является сжатый воздух или пар.

Гидравлические прессы с усилием до 100 МН предназначены для обработки самых тяжелых заготовок. Они зажимают заготовку между бойками в течение десятков секунд. Рабочим телом в них является жидкость (водная эмульсия, минеральное масло).

Применение ковки

Ковка чаще всего применяется в единичном и мелкосерийном производстве, особенно для получения тяжелых поковок. Из слитков весом до 300 т можно получить изделия только ковкой. Это валы гидрогенераторов, турбинные диски, коленчатые валы судовых двигателей, валки прокатных станов.

Преимущества ковки

Это, прежде всего, универсальность процесса, позволяющая получить самые разнообразные изделия. Для ковки не требуется сложного инструмента. В ходе ковки улучшается структура металла: волокна в поковке расположены благоприятно для того, чтобы выдерживать нагрузку при эксплуатации, литая структура измельчается.

Недостатки ковки

Это, конечно, низкая производительность процесса и необходимость значительных припусков на механическую обработку. Поковки получаются с низкой точностью размеров и большой шероховатостью поверхности.