Инструменты применяемые в процессе прессования.

Значение технологического инструмента для обеспечения устойчивого ведения процесса, получения высокого качества продукции, необходимого съема профилей с пресса и снижения себестоимости производства велико. Особенно важно, чтобы были квалифицированно спроектированы, хорошо изготовлены и правильно эксплуатировались прессовые матрицы.

Весь набор прессового инструмента при установке на прессе представляет собой инструментальную наладку. Конструкцию наладки видоизменяют в зависимости от устройства пресса и вида прессуемых изделий: если, например, на прессе осуществляют переход от прессования сплошных профилей к прессованию полых трубным методом, то помимо матрицы меняют пресс-шайбу, пресс-штемпель и устанавливают оправку.

Известно несколько наладок, широко применяемых на гидравлических прессах и различаемых по виду пресс-изделий, способу прессования и типу используемого прессового оборудования:

для прессования профилей из алюминиевых и магниевых сплавов сплошного сечения с прямым истечением на прессах с мундштучным матрицедержателем;

для прессования профилей из алюминиевых и магниевых сплавов сплошного сечения с обратным истечением на прессах с мундштучным матрицедержателем;

для прессования профилей из алюминиевых и магниевых сплавов сплошного сечения с прямым и обратным истечением на прессах с поперечно-перемещающимся матрицедержателем салазкового типа;

для прессования полых профилей из алюминиевых сплавов с неподвижной иглой на трубопрофильных прессах с прошивной системой;

для прессования полых профилей из алюминиевых сплавов с подвижной иглой на прутково-профильных прессах без прошивной системы;

для прессования полых профилей из алюминиевых сплавов на прутково-профильных прессах через язычковую матрицу;

для прессования профилей из титановых сплавов на прутково-профильных прессах через разъемные матрицы;

для прессования профилей из алюминиевых сплавов периодически изменяющегося сечения на прутково-профильных прессах через разъемные матрицы.

Эти инструментальные наладки представляют собой системы: матричный комплект — контейнер — пресс-штемпель или матричный комплект — контейнер — оправка — пресс-штемпель и различаются или устройством матричного комплекта, или введением оправки. Последовательность операций при проведении прессования или смене матриц очевидна.

Прессовый инструмент в процессе эксплуатации изнашивается под

воздействием силовых, температурных и абразивных нагрузок. Прессование отличается высоким уровнем напряженности, создаваемой в контейнере посредством передачи давления от пресса на обрабатываемый металл через пресс-шайбу и пресс-штемпель. Обычная напряженность при прессовании легких сплавов 600— 800 МПа, а иногда 1000 МПа и более. К силовому нагружению обычно прибавляются термические напряжения, которые возникают в результате перепада температур между объемами металла инструмента. контактирующими с горячим прессуемым металлом и металлом, находящимся в наружных слоях. Кроме того, поверхности контейнера, матрицы и оправки подвергаются интенсивному абразивному истиранию в результате перемещения по ним под сильным давлением прессуемого металла. Абразивный износ сопровождается адгезионными сцеплениями обрабатываемого металла с инструментом. Таким образом, основная часть инструмента находится под комплексным воздействием различных разрушающих факторов и нередко прессование того или иного пресс-изделия происходит в условиях, близких к условиям предельных возможностей инструмента, т.е. инструмент иногда является ограничивающим фактором при прессовании.

Матрица — основная часть прессового инструмента — представляет собой металлический диск с прорезанным в нем каналом по форме профиля, который устанавливается в передней части контейнера и замыкает его полость с заготовкой. Диаметр матрицы зависит от размеров контейнера и заготовки, толщину рассчитывают, исходя из конструктивных и технологических соображений. Основные элементы матрицы - зеркало или заходная часть, рабочий канал, поясок, выходная часть.

Разновидности матриц. По форме заходной части матрицы разделяют на плоские (применяют наиболее часто) и конические, имеющие заходную часть в виде конуса. В плоской матрице торец, контактирующий с передним торцом заготовки, называют зеркалом. Существуют и другие формы заходной части матриц, являющиеся в основном переходными между плоскими и коническими, но их применяют значительно реже. Подавляющую часть алюминиевых профилей прессуют через плоские матрицы. В ходе прессования на плоских матрицах образуется большая мертвая зона, которая препятствует проникновению различных дефектов в пресс-изделие. При прессовании через конические матрицы объем мертвой зоны значительно уменьшается и ¦она не задерживает продвижение через матрицу в пресс-изделие различных загрязнений с поверхности заготовки. Если прессование идет со смазкой, то коническая матрица обеспечивает лучшую сохранность смазочного слоя на всем пути продвижения прессуемого металла — от контейнера до выхода из канала матрицы. Поэтому прессование со смазкой ведут обычно на матрицах, у которых образующая заходной конической воронки, строго говоря, повторяет форму границы, отделяющей мертвую зону от пластически деформируемого металла заготовки. При этом образование мертвой зоны полностью исключено и частицы металла, которые входят в небольшие заторможенные объемы при прессовании через обычную коническую матрицу и могут быть вовлечены потоком движущегося металла в слои пресоизделий, образуя тем самым поверхностные дефекты, при прессовании с описанной формой заходной воронки практически отсутствуют. Однако такую матрицу изготовить значительно труднее, чем коническую или тем более плоскую.

По числу каналов матрицы разделяют на одно- и многоканальные. Одноканальные матрицы чаще всего применяют для прессования профилей сложной конфигурации и крупных сечений, многоканальные -для прессования профилей более простых сечений и на прессах меньших усилий. Использование многоканального прессования часто поз

воляет интенсифицировать процесс прессования на имеющемся оборудовании и улучшить его экономичность.

Матрицы для прессования алюминиевых и магниевых сплавов чаще изготавливают монолитными в отличие от разъемных или составных, состоящих из нескольких частей, применяемых для прессования титана.

Разъемные матрицы позволяют облегчить удаление отпрессованного профиля с пресс-остатком и разделить профиль и пресс-остаток вне пресса, не задалживая его время. Кроме того, разъем матрицы позволяет наносить на рабочие пояски защитное покрытие в виде диоксида циркония, необходимое для повышения стойкости матриц при прессовании титана, под углом 90 град к обрабатываемой поверхности. Это очень важно для получения хорошего сцепления покрытия и основы, а также получения качественной матрицы. Если матрица разъемная, то это условие выполняется независимо от толщины профиля и ширины канала матрицы.

Матрицы в процессе эксплуатации выходят из строя по разным причинам: при прессовании алюминиевых и магниевых сплавов — из-за прогиба и выкрашивания рабочих поясков, образования трещин в углах канала или в перемычке между каналом и наружной частью, прогиба консольного участка, абразивного износа и пр. Матрицы для прессования титана и его сплавов выходят из строя в основном вследствие " размыва" канала прессуемым металлом, нагретым до температуры около 1000°С и выше; при этом частицы металла матрицы выносятся на поверхность отпрессованного профиля. Крепление матриц в матричном узле осуществляют различными способами, которые определяются конструкцией матрицедержателя, входящего в комплект прессовой установки. Применяют различные наружные формы матриц — с конусом или буртом для крепления, матричные обоймы с замковым соединением, промежуточными коническими кольцами и другие детали крепежа. Контейнеры. Контейнер работает в условиях многоцикловых силовых и температурных нагружений, а при прямом прессовании — и под действием трения прессуемого металла, что приводит к интенсивному износу. Пресс-штемпели и пресс-шайбы

Пресс-штемпели служат для передачи давления от плунжера к пресс-шайбе, а затем к прессуемому металлу и испытывают полное усилие, которое развивает пресс. Для предохранения торца пресс-штемпеля от контакта с нагретой заготовкой используют сменные пресс-шайбы, которые не скреплены с пресс-штемпелем, а после каждого цикла прессования удаляются из контейнера вместе с пресс-остатком для разделения и использования в следующем цикле. Известен вариант прессования, когда пресс-шайба закреплена на пресс-штемпеле и после окончания цикла возвращается в исходное положение через полость контейнера. Различают пресс-штемпели сплошные и полые в поперечном сечении: первые — для прессования сплошных профилей, а также труб на профильных прессах, когда прессование осуществляется наподвижной оправке, ввернутой в пресс-штемпель и перемещающейся вместе с ним; вторые — для прессования труб на трубных прессах с неподвижной оправкой, а также при обратном прессовании, при этом пресс-штемпель является одновременно и матрицедержателем. Конструктивно пресс-штемпели выполняют цилиндрическими по всей длине стержня (в большинстве случаев) или ступенчатыми (бутылочными), если они нагружаются особо высокими давлениями; при этом резко возрастает сопротивление продольному изгибу.

Иглы, оправки и другой инструмент

Инструмент для прессовой прошивки называют иглой, а для формирования внутренней полости в трубах и полых профилях — оправкой. Иногда один и тот же инструмент выполняет обе эти функции. При прессовании из полой заготовки оправку крепят в пресс-штемпеле (прессование с подвижной иглой на прутково-профильном прессе) или в иглодержателе (прессование на трубопрофильном прессе с прошивной системой). При прессовании из сплошной заготовки игла-оправка является составной частью комбинированной язычковой матрицы.

И иглы, и оправки испытывают высокие силовые и температурные нагрузки: игла при прошивке — напряжения от сжатия и продольного изгиба, оправка при прессовании — напряжения растяжения, которые возникают от сил трения между оправкой и прессуемым металлом, движущимся по ней, а также радиальные сжимающие напряжения. Часто эти напряжения сочетаются с напряжениями от изгиба вследствие эксцентричного приложения нагрузки; при прессовании алюминиевых сплавов образующиеся налипы прессуемого металла на оправке увеличивают силы трения, которые ее растягивают. И игла, и оправка обычно имеют относительно небольшой диаметр и потому быстро нагреваются до температуры прессуемого металла. Они выходят из строя вследствие поломок по поперечному сечению в рабочей части или в резьбе по месту крепления; из-за вытягивания, иногда с образованием шейки; вследствие образования глубоких рисок, надиров, трещин, сколов и разгара поверхности.

К основным преимуществам прессования в сравнении с другими методами получения деформированных изделий относятся: повышение пластичности металла и, как следствие, возможность вести прессование с большими деформациями и получать пресс-изделия разнообразной и сложной конфигурации поперечного сечения за один переход; прессование хрупких и труднообрабатываемых металлов и сплавов; сравнительно высокая точность геометрии пресс-изделий; возможность быстрого перевода процесса с прессования одного типа профиля на другой путем замены в основном только матрицы, а поэтому высокая мобильность процесса.

К недостаткам процесса прессования относятся: цикличность, прерывность процесса; относительно невысокий выход годного металла, который обусловливается необходимостью оставлять пресс-остаток и удалять концевую обрезь на пресс-изделиях; повышенная неравномерность деформации, а также структуры и механических свойств металла по длине и поперечному сечению пресс-изделий; ограниченная скорость истечения при прессовании некоторых сплавов, в частности высокопрочных алюминиевых; высокая стоимость инструмента и в ряде случаев сравнительно низкая его стойкость. Эти недостатки, а также пути уменьшения их влияния на качество продукции и экономику процесса мы рассмотрим ниже.

Список литературы:

1. Технология конструкционных материалов/А.М.Дальский, Т.М.Барсукова, Л.Н.Бухаркин и др.; Под общ. Ред. А.М.Дальского-М.; Машиностроение, 1993, 448 с.

2. Технология металлов и других конструкционных материалов/Б.А.Кузьмин, Ю.Е.Абраменко, Е.К.Ефремов и др.; Под ред. Б.Ф.Кузьмин, - М; Машиностроение, 1981, 351 с

3. Технология металлов и материаловедение/ Б.В.Кнорозов, Л.Ф.Усова, А.В.Третьякова и др. – М; Металлургия, 1987, 800с