Современные способы прессования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(национальный исследовательский университет)

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Современные способы обработки материалов»

Современные способы прессования

Челябинск 2013

Введение

Способность металлов принимать значительную пластическую деформацию в горячем и холодном состоянии широко используется в технике. При этом изменение формы тела осуществляется преимущественно с помощью давящего на металл инструмента. Поэтому полученное изделие таким способом называют обработкой металлов давлением или пластической обработкой. Обработка металлов давлением представляет собой важный технологический процесс металлургического производства. При этом обеспечивается не только придание слитку или заготовке необходимой формы и размеров, но совместно с другими видами обработки существенно улучшаются механические и другие свойства металлов. Огромное развитие получают процессы прессования, позволяющие изготовлять профили практически с неограниченными возможностями по форме их сечения, особенно при обработке труднодеформируемых металлов и сплавов. Высокая производительность процессов обработки металлов давлением, сравнительно низкая их энергоемкость, а также незначительные потери металла при производстве изделий выгодно отличают их по сравнению, например, с обработкой металла резанием, когда требуемую форму изделия получают удалением значительной части заготовки в стружку. Существенным достоинством пластической обработки является значительное улучшение свойств металла в процессе деформирования. Динамичный и пропорциональный рост черной и цветной металлургии, производство изделий из металлов и сплавов пластической обработкой основываются на дальнейшем развитии теории обработки металлов давлением, являющейся научной базой разработки технологических операций получения изделий из металлов и сплавов. Теория пластической обработки металлов позволяет оценить экономическую целесообразность принятого способа деформации, выявить влияние условий обработки на свойства получаемых изделий, определить силовые и энергетические параметры процесса и указать пути их рационального изменения, дает возможность управлять процессом обработки с точки зрения улучшения способности металлов пластически деформироваться. Знание закономерностей обработки металлов давлением помогает выбирать наиболее оптимальные режимы технологических процессов, требуемое основное и вспомогательное оборудование и технически грамотно его эксплуатировать.

прессование конформ лайнекс экстролинг

1. 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.

Рисунок 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.

Такое преимущество как осуществление больших степеней деформации за один переход, характеризуется коэффициентом вытяжки л, который определяется по формуле:

; (1)

где - площадь поперечного сечения контейнера, - площадь поперечного сечения изделия.

При прессовании = 4 ч 60 , а в отдельных случаях = 1000. Для сравнения при прокатке, за один проход, , а при ковке её величина составляет от 2 до 3.

Возможность получения при прессовании высокого коэффициента вытяжки, обусловлена благоприятной схемой напряжённого состояния металла в процессе деформации, в результате чего металл испытывает большие степени деформации без разрушения. Однако для реализации процесса прессования с большой величиной вытяжки, необходимо приложить большое давление, регламентированное сопротивлением металла пластической деформации и величиной силы трения на границе контакта деформируемого металла с инструментом. Для снижения сил трения используют различные смазочные материалы такие как графит, стекло и др.

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.

Появление утяжин в значительной степени определяется геометрией области течения металла в контейнере и условиями деформирования. Утяжина по внешнему виду напоминает «воронку», которая возникает при сливе воды в отверстие. Для предотвращения попадания утяжины в пресс-изделие, заготовку недопрессовывают, при этом в контейнере остается часть заготовки (пресс-остаток), которая отделяется от пресс-изделия после окончания цикла прессования. Образование большинства остальных дефектов обусловлено определенными скоростными и температурными условиями процесса.

Трубы, прутки и профили можно изготавливать не только прессованием, но и прокаткой [2]. К основным недостаткам процесса прессования, по сравнению с этим способом, можно отнести:

- Значительно большая величина потерь на отходах металла. Причиной этого является необходимость удаления пресс-остатка вследствие образования пресс-утяжины;

- Большая неравномерность механических свойств по длине и поперечному сечению изделия;

- Меньшая производительность процесса, обусловленная меньшими скоростями истечения металла.

2. 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.

3. Области применения прессовой продукции

Прессованная продукция - профили, трубы, прутки, панели служит оптимальными 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.

4. Классификация процесса прессования

По условиям контактного взаимодействия процесс прессования можно разделить на следующие виды:

1) Прямое прессование. Контейнер неподвижен, а слиток под действием пресс-штемпеля перемещается навстречу матрице;

2) Обратное прессование с неподвижным контейнером. Контейнер неподвижен и слиток неподвижен. Матрица, установленная на полый пресс- штемпель, перемещается;

3) Обратное прессование с неподвижным пресс-штемпелем. Контейнер и слиток движутся с одинаковой скоростью на матрицу, установленную на неподвижном пресс-штемпеле;

4) Прессование с активным действием сил трения.

Вторым признаком, по которому классифицируют процессы прессования является дискретность, т.е. цикличность процесса. По данному признаку можно разделить процесс прессования на следующие типы.

- Дискретное. Слиток определённой длины, пресс-шайба и пресс-штемпель вводятся в контейнер, происходит процесс прессования. Пресс-остаток(недопрессованная часть слитка) отделяется от профиля вместе с пресс-шайбой.

- Полунепрерывное. Отличается от дискретного тем, что пресс-остаток от прессования предыдущей заготовки не отделяют, а используют для дальнейшего прессования. Процесс ведут с закреплённой на пресс-штемпеле пресс-шайбой, что обеспечивает вывод последней из втулки контейнера. После прессования одной заготовки пресс-остаток остаётся в контейнере и туда попадает новый слиток. Под действием высокого давления и соответствующей температуры происходит сваривание пресс-остатка с новой заготовкой что приводит к получению пресс-изделия неограниченной длины на выходе из матрицы. Необходимыми условиями для осуществления сваривания заготовок при полунепрерывном прессовании являются отсутствие смазки и подогрев контейнера до температуры, близкой к температуре прессования.

- Непрерывное прессование. Данный способ принципиально отличается от предыдущих тем, что для осуществления деформации и экструдирования заготовки через отверстие матрицы используются активные силы трения. В качестве заготовки может использоваться слиток неограниченной длины.

В последние годы получили развитие технологии и оборудование непрерывного прессования [1], которые позволяют решать некоторые из указанных проблем путем реализации необходимой степени деформации в одном узле - узле непрерывного деформирования. При этом, наряду с основным видом обработки - прессованием, в очаге деформации в зависимости от вида непрерывного прессования могут совмещаться такие операции, как прокатка, осадка, раздача и др. Основными способами непрерывного прессования являются Конформ, Лайнекс и совмещенная прокатка-прессование.

5. Прямое прессование

С точки зрения конструкции инструмента, прямое прессование является одним из самых простых способов получения пресс-изделий с различной формой поперечного сечения. Схема данного процесса представлена на рисунке 4.

Процесс дискретного прямого прессования сплошных профилей состоит из следующих стадий (рисунок 4).

При последующем движении пресс-штемпеля, после прижатия контейнера 5 к матрице 7, закрепленной на передней поперечине 10, происходит процесс прессования заготовки через матрицу. В результате чего образуется пресс-изделие.

Процесс прессования идет до тех пор, пока величина пресс-остатка не достигнет заданной величины. После этого контейнер отодвигается назад, освобождая пространство между матрицей и контейнером для подвода пресс-ножниц и приемника пресс-остатка.

Движением ножа пресс-ножниц 8 пресс-остаток вместе с пресс-шайбой отделяется от пресс-изделия и удаляется при помощи устройства 6. Одновременно с этим пресс-штемпель отодвигается в исходное положение.

6. Обратное прессование

Применение способа обратного прессования, позволяет существенно снизить неравномерность течения металла за счёт того, что слиток в процессе обратного прессования не передвигается относительно контейнера. Более того, при обратном прессовании достигается снижение усилия до 40% по сравнению с прямым прессованием. Схема процесса обратного прессования представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема процесса обратного прессования сплошных профилей: 1 - заготовка,2 - контейнер, 3 - заглушка, 4 - полый пресс-штемпель, 5 - матрица, 6 - пресс-изделие.

Метод обратного прессования имеет следующие преимущества по сравнению с прямым:

1) высокие скорости прессования вследствие уменьшения неравномерности течения металла;

2) низкие усилия прессования, практически не изменяющиеся в течении процесса, что позволяет прессовать изделия с большим коэффициентом вытяжки и при меньших температурах;

3) относительная однородность структуры и механических свойств по длине пресс-изделий;

4) рост выхода годного благодаря уменьшению толщины пресс- остатка;

5) более высокая производительность прессовой установки вследствие высоких скоростей истечения;

6) более длительный срок службы контейнера в результате неподвижного контакта с заготовкой.

К недостаткам обратного прессования можно отнести следующее:

1) уменьшение возможного поперечного размера и числа одновременно прессуемых пресс-изделий по сравнению с прямым способом в связи с использованием полого пресс-штемпеля;

2) необходимость применения заготовок с хорошим качеством поверхности;

3) ограниченная номенклатура пресс-изделий

4) увеличение вспомогательного времени цикла по сравнению с традиционным прессованием.

Следует отметить, что номенклатура изделий, прессуемых обратным способом на прессах с одинаковыми втулками контейнеров, меньше, чем при прямом способе прессования. Это связано с тем, что диаметр окружности, описанной вокруг профиля, не может превышать диаметр внутренней полости пресс-штемпеля.

7. Конформ

Способ Конформ, схема которого приведена на рисунке 3, основан на применении подвижного вращающегося инструмента в виде колеса с врезанной канавкой и примыкающего к нему неподвижного инструмента, называемого башмаком, причем в торце башмака установлена матрица, которая перекрывает канавку колеса. В качестве заготовки используется пруток 7, который задается в ручей 2, выполненный на рабочем колесе 1 в виде кольцевой канавки и с внешней стороны закрытый прижимным башмаком 3, на внутренней поверхности которого выполнен выступ 4, охватывающий заготовку 7. В башмаке 3 закреплен блок инструмента с прессовой матрицей 5.

Рисунок 3 - Принципиальная схема реализации процесса непрерывного прессования по способу Конформ : 1 - рабочее колесо, 2 - кольцевая канавка, 3 - башмак, 4 - кольцевая вставка, 5- вставка, 6 - матрица, 7 - заготовка, 8 - изделие, 9 - валок.

При задаче прутковой заготовки в зазор между башмаком и колесом, она продвигается в камеру прессования, образуемую поверхностями башмака и канавки, под действием сил трения по поверхности контакта с вращающимся колесом и достигает матрицы. В зоне, непосредственно перед матрицей заготовка подвергается интенсивному пластическому деформированию («раздавливанию») за счет которого разогревается до высоких температур и заполняет все сечение канавки (зона захвата при выдавливании); это способствует увеличению сил трения между поверхностью канавки и заготовкой. При вращении колеса силы трения от стенок канавки создают в заготовке продольные силы, необходимые для выдавливания материала заготовки через отверстие в матрице. Зона неполного контакта заготовки с поверхностью канавки (зона первичного захвата) служит для развития давления, необходимого для пластического деформирования материала и заполнения объема в зоне перед матрицей.

В качестве заготовки можно использовать обычную проволоку, причем процесс ее деформирования - втягивание в камеру прессования по мере поворота колеса, предварительное профилирование и заполнение канавки в колесе, создание рабочего усилия и, наконец, прессование - идет непрерывно, т.е. реализуется технология непрерывного выдавливания.

К недостаткам способа «Конформ» можно отнести следуюшее:

? высокая энергоемкость процесса, так как затраты на преодоление сил трения по поверхностям инструментального узла требуют применения для привода электродвигателей большой мощности;

? неравномерность деформации;

? достаточно сложная конструкция прессового узла.

8. Лайнекс

Способ Лайнекс основан на использовании активных сил трения, возникающих между плоскими поверхностями звеньев бесконечных цепей и верхней и нижней плоскостями заготовки, имеющей прямоугольное поперечное сечение. Схема данного способа приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Схема процесса непрерывного прессования способом Лайнекс: приводные цепи, 2 - матрица, 3 - заготовка, 4 - изделие.

При этом величина давления прессования оказывается зависимой от соотношения (разности) сил трения на несмазанных и смазанных плоскостях заготовки. Этот способ применяют для производства алюминиевых шин и проволоки на заводах фирмы Venscuck (США).

9. Процессы экстролинга и совмещенной прокатки-прессования

Процесс Экстролинг был предложен и запатентован Б. Авитцуром в 1976 году и представляет собой способ совмещения процессов прокатки и прессования в одном очаге деформации. Характеризуется тем, что за счет активных сил контактного трения между валками и заготовкой, выдавливание осуществляют через прессовую матрицу. Схема процесса показана на рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема устройства для процесса Экстролинг: рабочие валки, 2 - матрица, 3 - заготовка, 4 - изделие.

Процесс совмещенной прокатки-прессования (СПП) был разработан в развитие процесса Экстролинг.

Отличие разработанного способа и устройств для его реализации, от способа Экстролинг, заключается в том, что применяются валки с разными катающими диаметрами с образованием закрытого калибра, а матрица расположена не в плоскости, проходящей через оси валков, а смещена от неё в направлении прокатки, при этом создается дополнительная зона деформации с активными силами трения, действующими со стороны валков.

Силы трения со стороны валков создают давление, достаточное для экструдирования заготовки в пруток через матрицу 4. Соотношение диаметров валков D_д/D_р = 0,9 -1,1 обеспечивает создание окова валков.

10. Прессование при различных температурных условиях

Установлено, что температурные условия являются одним из наиболее важных факторов в процессе прессования. Они оказывают сильное влияние как на силовые условия протекания самого процесса прессования, так и на конечные результаты этого процесса.

Нагрев прессуемой заготовки способствует снижению сопротивления деформации металла и повышению пластических характеристик. С другой стороны, повышение температуры приводит к ухудшению условий работы инструмента.

Поэтому при определении температурных условий процесса одной из основных задач является достижение оптимальных соотношений между облегчением силовых условий и уменьшением отрицательного влияния на инструмент высоких температур.

По температурным условиям процессы прессования можно разделить на следующие виды.

1. Горячее прессование

2. Изотермическое прессование

3. Холодное прессование.

Заключение

Производство прессованием профилей сложной формы и сечений часто оказывается более экономичным процессом, чем штамповка их с последующей механической обработкой. Это объясняется тем, что прессованием можно получить изделия требуемых размеров с малыми допусками и тем самым сократить до минимума последующую холодную обработку заготовки. Кроме этого, высокая пластичность деформируемых металлов при прессовании благодаря всестороннему сжатию позволяет использовать этот процесс как основной способ производства изделий из цветных металлов и сплавов - труб, прутков и профилей, отличающихся очень большим сортаментом и малыми сериями. В последнее время в связи с возникновением потребности в широком сортаменте профилей из малопластичных легированных сталей, а также из титана и его сплавов применение прессования значительно расширилось.

Библиографический список

1 Корягин, С.И. Способы обработки материалов: Учебное пособие / С.И. Корягин, И.В. Пименов, В.К. Худяков. - Калинингр. ун-т - Калининград, 2000. - 448 с.

2 Баричко, Б.В.Технология процессов прессования: учебное пособие / Б.В. Баричко, Я.И. Космацкий, К.Ю. Панова. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011 . - 70 с.

3 Конспект лекций по дисциплине «Технология прессования» / С.В. Беляев, И.Н. Довженко, Р.Е. Сколов и др. - Красноярк, 2007. - 310 с.

Размещено на Allbest.ru