Особенности прессования различных сплавов

Рассмотрим особенности прессования некоторых основных сплавов.
Алюминиевые сплавы обладают рядом замечательных свойств — они легки, имеют высокую прочность, хорошо сопротивляются коррозии и легко поддаются различной обработке — давлением, литьем, резанием. Поэтому в производстве пресс-изделий среди других прессуемых сплавов преобладают алюминиевые. В настоящее время во всем мире производят более 3 млн. т различных прессованных профилей, труб, прутков и панелей.
Пресс-изделия из алюминиевых сплавов выпускают двух видов — сплошного поперечного сечения и полые. Первые составляют около 80—85 % от всего сортамента прессуемых профилей. Форма поперечного сечения пресс-изделий чаще одинакова по всей длине, однако возможно прессование изделий, поперечное сечение которых переменно. Применение таких профилей в технике весьма эффективно — дает возможность сократить механическую обработку и перевод металла в стружку, повысить срок службы деталей в конструкции. Пресс-изделия в зависимости от сплава и требований к свойствам поставляются заказчику в различном состоянии: после прессования без термообработки, после отжига, после закалки, после закалки и старения (см. далее). Температура закалки зависит от марки сплава и должна выдерживаться довольно точно. Например, для сплава Д16 она составляет 485—503 °С, для сплава АВ 510—530 °С, В95— 465—475 °С. Старение профилей после закалки — это дополнительная термическая обработка. Для некоторых сплавов оно проводится при комнатной температуре и называется естественным, для других — при повышенных температурах (около 150—170°С) и называется искусственным, оно около 10 часов и проводится в специальных печах.
Основной способ прессования алюминиевых сплавов — горячее прессование с прямым истечением без смазки. Истечение металла при этом отличается большой неравномерностью и приводит к неоднородности структуры пресс-изделия. Особенность структуры алюминиевых профилей — крупнокристаллический ободок. Он образуется потому, что вследствие контактного трения на поверхности пресс-изделий возникает зона более высокой деформации, структура металла которой мелкозернистая. Структура тех сплавов, которые подвергаются закалке в закалочных печах, при нагреве под закалку преобразуется в крупнокристаллический ободок по всей длине пресс-изделия.
Алюминиевые сплавы прессуют в основном из круглых заготовок. Для повышения пластичности и улучшения прессуемости многие алюминиевые заготовки подвергают длительному высокотемпературному отжигу, который называют гомогенизацией; например, сплавы типа АМг6 гомогенизируют при 500±1°С, при этом выдержка при температуре гомогенизации заготовок, у которых диаметр больше 200 мм, равна 8 ч; сплавы Д1 и Д16 при 490±10°С и выдержке 6—12 ч; сплавы В95, В96 при 460±10°С и выдержке 6—14 ч. Сортамент пресс-изделий— профили, панели, трубы, прутки. Число видов прессованных профилей исчисляется десятками тысяч. Прессованием сплошных заготовок через комбинированные матрицы можно получить полые профили практически любой конфигурации как наружного, так и внутреннего контура.
Техника прессования алюминиевых сплавов относительно других металлов находится на самом высоком уровне. Все промышленно освоенные прогрессивные разновидности процесса применяются в прессовании алюминиевых сплавов. Самый распространенный алюминиевый сплав для прессования — типа АД31. Он прессуется с высокими вытяжками и относительно небольшими давлениями, допускает скорость истечения до 100 м/мин, хорошо сваривается при прессовании через комбинированную матрицу. Пресс-изделия из сплава АД31 имеют хорошую поверхность, закаливаются на воздухе сразу после выхода из матрицы и поэтому не требуют нагрева перед закалкой в специальных печах. Сплав прессуется в профили самой разнообразной и сложной формы. В больших масштабах прессуют также профили из термоупрочняемых сплавов типа АВ, 1915, 1925, Д1, Д1G, В95 и из нетермоупрочняемых сплавов типа АД1, АМг—1, АМг2, АМг6. Алюминиевые сплавы, особенно мягкие, прессуют с высокими вытяжками — около 20—40; известны примеры прессования с вытяжкой 1000 и даже более. Типичные давления на пресс-шайбе 400—800 МПа. В табл. 2 приведены основные условия прессования различных алюминиевых сплавов.
Как следует из данных таблицы, отдельные сплавы (типа АМг6, В95, Д16) допускают очень невысокие скорости истечения. Это — серьезный недостаток таких сплавов, которые обладают рядом ценных свойств и поэтому широко применяются в различных отраслях техники. Ограничение скоростей истечения объясняется следующим. При горячем прессовании, как при любой деформации, энергия деформации в значительной степени преобразуется в тепло: чем более прочный сплав, тем этого тепла выделяется больше. При прессовании на низких скоростях деформационное тепло успевает рассеиваться через инструмент в более холодную окружающую среду. Но если скорость прессования повышать, то могут создаться такие условия, при которых тепла в прессуемой заготовке образуется больше, чем рассеивается, и температура заготовки из алюминиевого сплава начинает повышаться. Известны примеры, когда она повышается на десятки и даже сотни градусов.
Для ряда алюминиевых сплавов — таких как АД1, АМЦ, АД31 и для некоторых других, повышение температуры (до некоторого предела) не оказывает отрицательного воздействия. Про такие сплавы говорят, что они прессуются в широком температурном интервале. Для других сплавов, как Д16, В95, уже при небольшом повышении температуры относительно температуры наивысшей пластичности резко снижается пластичность и в профиле начинают образовываться разрушения металла — термические трещины. Это значит, что такие сплавы прессуются в узком температурном интервале. Профиль с термическими трещинами является браком, и возникновение их — сигнал прессовщику о снижении скорости истечения. Поэтому прессовщик при прессовании медленно прессуемых высокопрочных алюминиевых сплавов должен выдерживать максимально возможные скорости прессования, так как от этого прямо зависит съем продукции с пресса и, следовательно, сменная выработка, но и не слишком их увеличивать, так как может начаться образование термических трещин. Разработаны и применяются способы увеличения скоростей истечения медленно прессуемых высокопрочных алюминиевых сплавов. Прежде всего — это перевод прессования с прямого метода на обратный *, а также снижение начальной температуры прессования, прессование со смазкой.



Когда нужно получить пресс-изделия очень большой длины, например, тонкий пруток длиной более 1000 м (в процессе выпрессовки из матрицы пруток сматывается на специальном приспособлении в бухту), разработан способ непрерывного или, вернее, полунепрерывного прессования. Суть этого способа в следующем: заготовку отпрессовывают примерно на две трети ее длины и прессование останавливают; при этом в контейнере остается недопрессованной примерно 1/3 заготовки, в которой еще не началось образование утяжки. Затем в контейнер закладывают следующую заготовку и продолжают прессование опять же до момента, когда остается недопрессованной 1/3 заготовки. И так каждый цикл. Таким образом в изделие выпрессовывается вся заготовка и пресс-остаток отсутствует, исключается операция по удалению пресс-остатка из контейнера и отделение его от пресс-шайбы. При прессовании удовлетворительно сваривающихся сплавов отдельные пресс-изделия сваривают в одно целое, правда при этом высококачественной Сварки в стыке не получается, и такие пресс-изделия применяются для неответственного назначения. Выход годного и производительность труда при полунепрерывном прессовании заметно выше, чем при циклическом.
Прессование алюминиевых сплавов через комбинированные матрицы также имеет свои особенности. Дополнительно к тому, что уже отмечалось выше, укажем на недопустимость даже следов смазки на заготовке или инструменте во избежание низкокачественного шва. При прессовании изделий ответственного назначения после каждой прессовки необходимо очищать матрицу от пресс-остатка. Это делается не так, как при прессовании через обычную матрицу, т. е. пресс-остаток не отделяется ножом, а отрывается от профиля движением контейнера назад относительно хода прессования. Затем пресс-штемпелем из контейнера выталкиваются матрица с пресс-остатком, и они разделяются в специальном приспособлении. При прессовании изделий неответственного назначения через комбинированные матрицы с утопленным рассекателем пресс-остаток отделяется ножом, а затем металл, оставшийся при этом в сварной зоне матрицы, удаляется последующей прессовкой.
При прессовании полых изделий небольших размеров применяется полунепрерывный метод (см. выше). Получающееся пресс-изделие, например, трубу из сплава АД1 диаметром 10 мм со стенкой толщиной 1 мм и длиной несколько сотен метров наматывают на барабан с механическим приводом, установленным в конце стола пресса (сматывают в бухту).
Типичная технологическая схема производства прессованных изделий из алюминиевых сплавов включает следующие операции: 1) отливку слитков — сплошных круглых для прессования профилей и прутков, полых круглых — для труб, сплошных плоских — для панелей; 2) отжиг — гомогенизацию слитков; 3) обточку слитков и проточку отверстий в полых слитках для прессования профилей ответственного назначения, резку их в меру; 4) нагревание заготовок в индукционных или газовых печах перед прессованием; 5) прессование; 6) закалку термически упрочняемых сплавов или на столе пресса, или в специальных закалочных устройствах — вертикальных закалочных печах (ВЗП); 7) правку на растяжных машинах чаще всего путем растяжки изогнутых профилей после прессования и особенно после закалки в ВЗП; 8) обрезку концов, а также отбор образцов для испытаний механических свойств и контроля структуры для профилей ответственного назначения; 9) искусственное старение — для термически упрочняемых сплавов, когда требуется получить наиболее высокие механические свойства; 10) сдачу профилей на склад.

* Прессование алюминиевых сплавов обратным методом имеет и другие преимущества: можно на том же прессе использовать заготовку большего объема (за счет увеличения ее длины и диаметра), уменьшить размер пресс-остатка, увеличив тем самым выход годного. Все это позволяет при переходе с прямого прессования на обратное увеличить съем продукции с пресса примерно в 2 раза.

Профессия — прессовщик