Прессование труб и полых профилей

Выше мы рассмотрели технологию прессования профилей, которые имеют сплошное поперечное сечение. А как прессуют полые профили — трубы, фасонные профили с одним или несколькими отверстиями различной формы? Известны две основные разновидности технологии прессования полых профилей: 1) с оправкой из полой заготовки; 2) из сплошной заготовки. На рис, 9 показана схема инструментальной оснастки и последовательность прессования труб из полой заготовки. Часто его осуществляют на специальных трубных прессах. Эти прессы отличаются от профильных тем, что имеют дополнительный гидравлический цилиндр для независимого передвижения оправки — так называемую прошивную систему. Полость в заготовке, куда входит оправка, изготавливают путем прошивки на прессе, проточки на токарном станке или получают при отливке.

При прессовании на прессах с прошивной системой оправка входит в полость заготовки и через нее — в матрицу. В то время как металл выпрессовывается, она удерживается прошивной системой в матрице в одном и том же положении, и скорость движения металла относительно оправки при этом наивысшая. Такой способ называется прессованием труб с неподвижной оправкой. Зазор между матрицей и оправкой, заполняемый металлом, и определяет поперечное сечение трубы.

Но трубы можно прессовать и на профильных прессах. При этом оправка крепится в пресс-штемпеле и также входит в полость заготовки, а затем в матрицу. При движении пресс-штемпеля и выдавливании металла оправка также движется вперед. Такой способ называется прессованием с подвижной оправкой. Скорость движения металла относительно оправки здесь меньше, чем в предыдущем способе.

Рис. 9. Последовательность выполнения операций при прессовании труб из полой заготовки на трубном прессе с прошивной системой:
I — подача заготовки с пресс-шайбой на ось пресса; II — подача заготовки в контейнер пресса пресс-штемпелем, выдвижение иглы; III — отвод пресс-штемпеля от контейнера и смазка иглы; IV — ввод иглы в матрицу; V — прессование; VI — отвод контейнера и пресс-штемпеля от матрицы, возврат иглы в исходное положение; VH — подача приемника пресс-остатка на ось пресса, отделение пресс-остатка с пресс-шайбой от изделия пилой; VIII — выталкивание пресс-остатка с пресс-шайбой из контейнера ходом пресс-штемпеля; IX — возврат пресс-штемпеля и приемника пресс-остатка в исходное положение, прижим контейнера к матрице 1 — пресс-штемпель; 2 — игла; 3 — пресс-шайба; 4 — податчик заготовок; 5 — заготовка; 6 — контейнер; 7 — матрица; 8 — прессующая траверса; 9 — передняя поперечина; 10 — пила; 11—приемник пресс-остатка.

Прессование труб и полых профилей имеет некоторые особенности. Прессовщики обычно стремятся к получению труб с малой разностенностью, т. е. добиваются наименьшего различия между толщиной стенок труб в различных местах поперечного сечения, а также по длине. Вполне понятно, что чем меньше разностенность, тем качество труб выше. Разностенность труб зависит от большого числа условий, но в первую очередь — от разностенности заготовки: чем больше разностенность заготовки, тем больше и разностенность отпрессованной из нее трубы.

Кроме того, разностенность трубы связана с жесткостью оправки и ее длиной: чем короче и жестче оправка, тем она меньше отклоняется от оси трубы и, следовательно, меньше разностенность. Особенно трудно добиться правильного (концентричного) расположения оправки относительно канала матрицы, если форма отверстия не круглая, а имеет сложную несимметричную конфигурацию. При прессовании таких профилей выпрессовываемый металл будет стремиться повернуть оправку и отжать ее в сторону. В результате образуется разностенность и несоответствие внутреннего и наружного контуров полого профиля.

Важным показателем качества труб является качество их внутренней поверхности. Для ее улучшения необходимо иметь достаточно чистую внутреннюю поверхность заготовки и смазывать оправку перед прессованием какой-либо технологической смазкой. Для облегчения схода отпрессованной трубы с оправки ее делают слегка конусной — это снижает количество царапин и надиров внутри труб.

Особый интерес в настоящее время представляет прессование полых профилей из сплошной заготовки, во-первых, потому, что получение полой заготовки представляет собой далеко не простую задачу, требует затрат труда значительно больших, чем для заготовки сплошного сечения, а также специального оборудования. Кроме того, и это чрезвычайно важно, таким способом можно прессовать полые пресс-изделия любой конфигурации как наружного, так и внутреннего контура. Интересна матрица особой конструкции (рис. 10): она объединяет в себе и непосредственно матрицу, т. е. деталь инструмента, который оформляет наружную конфигурацию профиля, и оправку, формирующую внутренний контур. На этом рисунке стрелками показано движение потоков металла, огибающих рассекатель (верхнюю часть матрицы) и входящих в сварочную зону, где разделенные потоки металла свариваются в монолитное пресс-изделие. Такую матрицу называют комбинированной, иногда еще язычковой. Для нее характерна очень небольшая длина оправки и жесткая установка оправки относительно матрицы. При такой конструкции получаются полые профили с наименьшей разностенностью, а оправка здесь может быть любой формы, так как она не будет скручиваться и изгибаться при прессовании. Следовательно, имеются все условия для получения доброкачественных изделий любой сложной конфигурации.

Рис. 10. Схема прессования полых профилей из сплошной заготовки через комбинированную (язычковую) матрицу:
1 — контейнер; 2 — пресс-шайба; 3 — матрица; 4 — заготовка; 5 — пресс-изделие

Стрелками показано движение потоков металла, огибающих рассекатель (верхнюю часть матрицы) и входящих в сварочную зону, где разделенные потоки металла свариваются в монолитное пресс-изделие.

Суть процесса такова. При прессовании нагретой заготовки она разделяется частью матрицы — «ножом» рассекателя на несколько потоков, которые огибают нож и входят в так называемую сварочную зону. Здесь под воздействием высоких давлений и температур потоки соприкасаются и при отсутствии различных загрязнений в месте контакта свариваются вокруг оправки. Затем металл уже в виде прочно сваренной заготовки, внутри которой находится оправка, выпрессовывается через канал матрицы, образуя заданное полое пресс-изделие. Конечно, так можно прессовать не каждый металл. Например, мягкие алюминиевые сплавы хорошо свариваются в условиях прессовой сварки и прессуются в профили сложной конфигурации. Из таких сплавов в промышленных масштабах прессуют очень длинные трубы, в стенках которых по всей их длине расположено несколько отверстий малого диаметра. Никакими другими способами, кроме как прессованием через комбинированную матрицу, такие трубы не получить. Можно назвать еще много примеров прессования очень сложных профилей из мягких алюминиевых сплавов. Однако высокопрочные алюминиевые сплавы свариваются неудовлетворительно, поэтому через комбинированные матрицы их не прессуют. Ряд титановых сплавов может свариваться вполне удовлетворительно, но прессование их через комбинированные матрицы также невозможно — на сегодня еще отсутствуют инструментальные материалы, из которых можно было бы создать достаточно стойкую комбинированную матрицу, выдерживающую температуру около 1000°С и давления порядка 600—800 МПа. А ведь именно при таких условиях прессуются титан и сталь. Поэтому в настоящее время через комбинированные матрицы прессуют в основном мягкие алюминиевые и некоторые магниевые сплавы. Из них в больших количествах получают такие профили, которые применяют в самых различных отраслях техники — от авиастроения до строительства зданий.