Размеры и геометрия пресс-изделий
Размеры и геометрию пресс-изделий определяют следующим образом. После отрезки неровных концов профилей, которая производится вслед за правкой на растяжных машинах, замеряют и сравнивают с чертежными размеры поперечного сечения профиля: толщину стенки, габаритные размеры,- величину радиусов и углов, т. е. все те размеры, которые указаны в чертеже. Замеряют также прогибы широких полок, общую продольную и поперечную кривизну, скрутку (если эти величины оговариваются в технических условиях). Все замеры выполняют различными универсальными и специальными мерительными устройствами. Например, толщину стенки профиля измеряют штангенциркулем, стенку трубы — микрометром, линейкой или штангенциркулем в зависимости от величины, углы и скрутку — угломером, общую продольную кривизну — линейкой по величине стрелы прогиба — расстоянию между нитью, натянутой от одного конца профиля до другого, и самим профилем.
При измерении чаще всего получается, что фактический размер не равен номинальному чертежному размеру. Но если он укладывается в поле допуска, то считается удовлетворительным, а сам профиль годным. Например, на чертеже толщина стенки профиля указана равной 4—0,3 мм (здесь 4 мм — номинальный размер, а 0,3 мм — допускаемое отклонение от этого размера или поле допуска, которое означает, что допустимые размеры находятся между 4,0 и 3,7 мм включительно). Если фактическая толщина стенки равна 3,75 мм, это означает, что профиль является годным.
Получение точного профиля — очень важная задача. Точный профиль легко собирать в конструкции, он имеет такую прочность, на которую эта конструкция рассчитана. Но добиваться точности размеров профиля — это не только не превышать допускаемых отклонений, но и уменьшать их (сужать поле допусков). Очень часто, особенно в авиастроении, добиваются минимально возможной массы машины за счет сужения поля допусков на профили и другие полуфабрикаты. Задача создания оптимальной конструкции тем труднее, чем шире поле допусков, и тем легче, чем оно уже. В самолетостроении известны случаи, когда машину задуманной конструкции не удалось создать потому, что она оказалась переутяжеленной именно из-за слишком больших допусков на профилях.
Как получить наиболее точный профиль?
Точность профиля есть результат совместной работы конструктора инструмента, технолога и прессовщика. Действительно, точность размеров профилей зависит главным образом от двух причин: от того, насколько хорошо спроектирована и изготовлена матрица и оправка (для полых профилей) и насколько правильно прессовщик ведет процесс прессования.
При этом следует учитывать особенности прессуемого металла, например, если металл имеет большую прочность или прессуется при высоких температурах, то отпрессовать из него профиль точных размеров значительно труднее, чем из мягкого податливого металла при невысоких температурах прессования.
Поперечные размеры профиля определяются размерами матричного канала, но в то же время и отличаются от них по ряду причин, среди которых наиболее важные—это усадка при охлаждении профиля после горячего прессования и упругая деформация матрицы под воздействием усилий прессования. Если профиль имеет простую форму, то такая деформация матрицы равномерна по сечению; если профиль сложный и несимметричный, то деформация в различных частях сечения матрицы различна.
Для того, чтобы судить о величине возможных изменений размеров профиля при горячем прессовании, разберем следующий пример. Прессуем профиль из алюминиевого сплава, один из размеров которого должен быть равен 600 мм. Температура прессуемого металла равна 450°С, температура стальной матрицы 400°С, соответствующий профилю размер на холодной матрице задаем равным 600 мм. Какой размер получим после прессования и охлаждения, если условно предположим, что все остальные технологические факторы, влияющие на точность размеров, будут исключены? Инженерные расчеты показывают, что этот размер будет меньше на 3,6 мм, т. е. равным 596,4 мм, и отступает от номинального размера на довольно большую величину — примерно 0,5 %. Объясняется это тем, что линейный коэффициент теплового расширения у алюминия больше, чем у стали, и усадка профиля после охлаждения с температуры прессования будет большей. Поэтому для получения размера профиля равного 600 мм на матрице нужно задать тот же размер равным 603,6 мм.
Как видно, чтобы получить профили как можно более точных размеров, недостаточно выдержать номинальные размеры канала матрицы, нужно их рассчитать таким образом, чтобы были учтены все факторы, влияющие на изменение размеров, как это сделано выше на примере влияния теплового расширения и усадки. Поэтому в практике проектирования матриц пользуются различными инженерными формулами, которые позволяют уменьшить отступления размеров отпрессованного профиля от указанных в чертеже. При этом учитывают, кроме того, некоторое уменьшение поперечных размеров профиля, которое происходит при его правке растяжением.
Условия прессования также влияют на точность профилей: чем меньше неравномерность деформации, тем точность выше. Поэтому при обратном прессовании, уменьшении вытяжки, прессовании при более низких температурах, применении конических матриц создаются условия для повышения точности размеров. Из этих же соображений, при прочих равных условиях отпрессовать точным простой профиль проще, чем сложной конфигурации; при высоких скоростях истечения профили получаются менее точных размеров, чем при более медленном прессовании. Но все-таки наиболее важное значение имеют прочность и жесткость матриц, а при прессовании труб, кроме того, — прочность и жесткость оправки.