Силовые условия процесса

При разработке технологии прессования нового профиля весьма важным является определение силовых условий — какую силу нужно приложить к пресс-шайбе, чтобы металл в виде заданного профиля начал выдавливаться через матрицу; какая при этом удельная нагрузка на единицу площади сечения контейнера или пресс-шайбы, т. е. какова их напряженность, и, следовательно, какой мощности пресс в соответствии с необходимым усилием нужно выбрать. В понятие «силовые условия» входит также давление на матрицу; эта величина требуется для расчета матрицы на прочность.

Силовые условия определяются экспериментально или расчетными способами — аналитически. Простейший способ определения усилия, которое развивает пресс при прессовании того или иного профиля, — с помощью манометра, который показывает давление рабочей жидкости в главном цилиндре пресса. Зная давление и внутренний диаметр главного цилиндра, мы определяем усилие Р, затрачиваемое на прессование, по формуле

где р — давление жидкости, D — внутренний диаметр главного цилиндра.

Исследования показывают, что сила, необходимая для прессования, изменяется по ходу процесса. Кривая, зафиксированная на бумаге или пленке (рис. 15), которая отражает изменение силы (показана на вертикальной оси) в зависимости от величины хода плунжера пресса (показана на горизонтальной оси), носит название индикаторной диаграммы. Эта диаграмма является одной из наиболее важных характеристик процесса.


Рис. 15. Типичные индикаторные диаграммы процессов прессования: 1 — прямого; 2 — обратного

На рис. 15 мы видим, что при прямом прессовании после приложения нагрузки давление быстро растет и достигает наибольшего значения к началу выдавливания (Н на рис. 15). Затем кривая постепенно снижается и достигает минимума к окончанию прессования (К на рис. 15), когда в контейнере остается заданный пресс-остаток. Уменьшение давления по ходу прямого прессования объясняется тем, что по мере выпрессовывания заготовки уменьшается поверхность ее трения по контейнеру и соответственно снижается необходимое усилие прессования. Разность между максимальным и минимальным значениями усилия и определяет ту наибольшую величину силы, которая затрачивается на преодоление трения в начале прессования. При обратном прессовании, как это было показано выше, передвижение заготовки относительно стенок контейнера отсутствует. Поэтому индикаторная диаграмма изменяется по-другому, по достижении максимума в момент начала прессования кривая становится параллельной горизонтальной оси, т. е. давление остается постоянным. Обращает на себя также внимание то, что прессование из-за отсутствия трения начинается при значительно меньшем давлении, чем в процессе прямого прессования. Могут быть и другие виды индикаторных диаграмм, отражающие различные условия прессования.

Давление, действующее на матрицу, при прямом прессовании равно давлению на пресс-шайбу за вычетом давления, идущего на преодоление трения; при обратном прессовании давление на пресс-шайбу равно давлению на матрицу. На практике упрощенно принимают, что при прямом прессовании давление на матрицу равно примерно 70 % наибольшего давления на пресс-шайбу. Эту величину и берут при расчете матриц на прочность. Довольно часто требуется определить необходимое давление прессования, не проводя каких-либо опытов, т. е. аналитически. Для этой цели выведены различные инженерные формулы, по которым можно подсчитать искомое давление прессования. Чаще всего пользуются формулой И. Л. Перлина, рассчитанные по которой значения давления лучше всего сходятся с полученными из эксперимента.

В основу расчета по формулам положены величины сопротивления деформации сплава, определенные для тех температурно-скоростных условий, при которых происходит само прессование. Расчетная величина давления складывается из давления, необходимого для осуществления основной деформации, т. е. обжатия заготовки до заданных размеров профиля при отсутствии внешнего трения, а также давления, необходимого для преодоления трения на боковой стенке контейнера, боковой поверхности обжимающей части пластической зоны у матрицы, поверхности калибрующего пояска матрицы, поверхности контакта между пресс-шайбой и прессуемым металлом. Все названные величины также определяют по формулам, которые в качестве составных элементов входят в общую формулу для расчета давления прессования. Эти формулы приводятся в различных справочниках или в других книгах, в которых теория и технология прессования рассматриваются на инженерном уровне.

Так как давление или соответствующее ему усилие прессования являются важнейшими факторами процесса, рассмотрим более подробно влияние основных характеристик прессования на величину усилия прессования.

Сопротивление деформации — чем оно больше, тем выше необходимое усилие; степень деформации — зависимость между нею и усилием прессования такая же; с увеличением длины заготовки при прямом прессовании усилие повышается, при обратном — остается почти без изменений; смазка на контактных поверхностях снижает усилие прессования.

Способ прессования (прямой или обратный) также влияет на изменение усилия: при обратном прессовании требуется усилие на 30—50 % меньшее, чем при прямом. Это дает возможность понизить начальную температуру заготовки, например, для увеличения скоростей истечения при прессовании труднодеформируемых алюминиевых сплавов. Если же скорость истечения не ограничивается температурными условиями, то можно значительно удлинить заготовку, а это, как уже указывалось, совершенствует условия процесса. При прессовании через комбинированную матрицу усилие возрастает за счет дополнительных деформаций рассечения слитка на несколько частей и увеличения сил трения.

Продольный профиль канала матрицы влияет на усилие таким образом: при прессовании через плоскую матрицу требуются более высокие усилия, чем через коническую; форма калибрующего пояска и его длина также могут изменять величину, необходимого усилия.