Оборудование для нагрева заготовок и прессования

Заготовки нагревают перед прессованием в специальных нагревательных печах. В зависимости от сплава и температуры нагрева, а также от местных условий современные нагревательные печи могут быть индукционными, газовыми и электросопротивления. Наиболее распространены для нагрева алюминиевых, медных, титановых сплавов и различных сталей — индукционные печи промышленной частоты. В этих печах имеется индукционная обмотка, находящаяся под током, внутри которой вследствие этого создается электромагнитное поле. В слитках, помещенных в этом поле, возбуждается нагревающий их электрический ток. В результате перед выходом из печи температура слитков достигает нужной величины.

Индукционный нагрев, который отличается от других видов нагрева тем, что тепло в заготовке образуется внутри нее, а не передается путем теплопередачи с поверхности заготовки вглубь, позволяет поднять температуру в наиболее короткие сроки и наиболее равномерно. Индукционные печи хороши также тем, что они имеют высокий энергетический коэффициент полезного действия, занимают небольшую площадь, процесс нагрева в них легко автоматизировать, уменьшается угар металла. Единственный недостаток этих печей — высокая стоимость изготовления. Газовые печи применяются для нагрева алюминиевых, медных сплавов и сталей. Они отапливаются природным газом, стоимость их относительно невысока, но равномерность нагрева ниже, чем в индукционных печах (рис. 21). В печах электросопротивления нагревательными элементами служат нихромовые спирали или ленты, устанавливаемые в каналах, расположенных в футеровке боковых стенок и свода печи. Для ускорения нагрева воздух в печи интенсивно циркулирует с помощью вентиляторов.

Рис. 21. Общий вид печи для газового нагрева круглых заготовок перед прессованием

Нагревательные печи, как и гомогенизационные, полностью механизированы. Они снабжены приспособлениями для захвата заготовок из стеллажей, на которых их привозят из литейного цеха, и передачи на приемный стол печи. Передвижение заготовок в печи на длину, равную длине одной заготовки, осуществляется толкателем. Очередную выходящую из печи заготовку еще один механизм передает на приемное устройство — «лапу» пресса. Это устройство, поворачиваясь вокруг своей оси, доставляет нагретую, подготовленную к прессованию заготовку непосредственно к контейнеру. Подача ее в контейнер производится пресс-штемпелем. Таким образом, на всем пути движения заготовки полностью исключен ручной труд — все операции выполняются механизмами, а контроль за соблюдением заданных технологических режимов осуществляют приборы.

Прессование производится на специальном оборудовании, называемом прессами. Для получения профилей, прутков, труб и панелей в подавляющем большинстве случаев применяют гидравлические прессы.

Каким образом удается в прессе получить такие громадные усилия, которые позволяют из больших металлических заготовок (наибольший диаметр заготовок для
прессования алюминиевых сплавов достигает 1100 мм) выдавливать профили сложной конфигурации, как если бы эти заготовки были сделаны из мягкой пластичной массы, например, пластилина?

Принцип действия всякого гидравлического пресса основан на изучаемом в средней школе законе Паскаля. Согласно этому закону, в любых сообщающихся сосудах, заполненных жидкостью, давление во всех их частях одинаково. Представим себе гидравлическую систему, состоящую из двух сообщающихся между собой цилиндров: первый из них очень большого диаметра, диаметр второго относительно первого весьма небольшой. Если второй цилиндр является цилиндром какого-либо насоса например, поршневого, то создать высокое давление в нем, поскольку он имеет малый диаметр, не потребует особенно больших усилий. Вспомним работу ручного гидравлического домкрата, с помощью которого один человек может вручную, не прибегая к чрезмерным усилиям, поднять груз такой массы, который без помощи домкрата не под силу не только одному, но и десяткам человек. Если в упомянутой замкнутой гидравлической системе соединить второй цилиндр (малого диаметра) с первым цилиндром (большого диаметра), то во всей системе установится одинаково высокое давление. Конечно, для заполнения большого объема первого цилиндра потребуется много времени, если мы будем туда направлять жидкость высокого давления только из одного насоса. Но ведь насосов, работающих на один большой объем, может быть много, могут быть приняты и другие решения.

Представим себе, что в первом цилиндре установлен поршень, который в нем может передвигаться. При работе насоса жидкость высокого давления, например, 20 МПа, будет поступать в большой — рабочий цилиндр и передвигать поршень. Принимая во внимание большой диаметр поршня, нетрудно посчитать, что при давлении жидкости 20 МПа, он будет создавать очень большие усилия. Например, при диаметре поршня 100 мм усилие при его передвижении составит п/4· (100 мм)2·20 МПа =  0,16 МН.

Если на поршень установить шток, то он может передавать усилие на обрабатываемый металл. По описанной схеме и работает гидропресс: насос или несколько насосов (насосная установка) создает высокое давление в жидкости, которая по трубопроводу поступает в цилиндр пресса. В качестве жидкости используется вода, специальная эмульсия или машинное масло. В цилиндре передвигается поршень, называемый плунжером. На конце плунжера установлен рабочий инструмент, передающий давление пресса на заготовку. Чтобы в заготовке создать высокое напряжение, необходимое для выдавливания ее в виде пресс-изделия, заготовку помещают в замкнутый объем — полость контейнера. Для размещения всех необходимых частей пресса — создающих давление прессования, приемника заготовок (контейнера), технологического инструмента, приспособлений, выполняющих вспомогательные операции, служит станина, включающая массивные переднюю и заднюю поперечины — крестовины. Эта конструкция и воспринимает все громадное давление пресса. Для достижения необходимой жесткости конструкции поперечины стянуты продольными колоннами. Станина установлена на мощной фундаментной плите, которая укреплена на фундаменте. Фундамент пресса — это крупный железобетонный монолит, сооружаемый в период строительства цеха. Обычно фундамент расположен ниже уровня пола цеха, чтобы после установки на него пресса основная часть его узлов могла легко обслуживаться работающими.

Контейнер укреплен на передней крестовине пресса, а главный рабочий цилиндр пресса вместе с плунжером — на задней. При осуществлении операций цикла прессования необходимо передвижение контейнера, поэтому на передней крестовине установлены дополнительные гидравлические цилиндры, с помощью которых это передвижение и производится. Возвратно-поступательные движения плунжера пресса вместе с инструментом — пресс-штемпелем, а также контейнера должно осуществляться строго по оси пресса. Поэтому все его продольно передвигающиеся части имеют направляющие. Такова в самых общих чертах простейшая схема гидравлического пресса для прессования.