Особенности прессования стали

Стали. Сортамент прессованных изделий включает широкий диапазон профилей, труб и прутков, получаемых из многих сталей, в том числе из труднообрабатываемых и хрупких. В качестве примера ниже даны размеры профилей, получаемых на прессах

Минимальная толщина стенок опрессованных стальных профилей составляет 1,5 мм, а наибольшая длина 15—25 м.

Для производства труб и профилей применяют главным образом гидравлические вертикальные прессы усилием от 3 до 20 МН, горизонтальные — усилием от 5 до 120 МН и редко — механические прессы. Заготовка для прессования стали может быть катаной, кованой или литой. Для прессования труб канал в заготовке прошивают или просверливают и растачивают.

Оптимальный температурный интервал горячего прессования 1000—1200 °С; понижение или повышение температуры относительно оптимальной может привести к возникновению хрупкости и трещинообразованию. Повышение температуры в результате деформации может достигать 200 °С, что следует учитывать, особенно при обработке сталей, имеющих узкий температурный интервал обработки.

При прессовании хрупких сталей особое значение приобретают равномерность температурного поля в заготовке. Захолаживание наружных слоев приводит к возникновению сколов на границе мертвой зоны, а сколы служат причиной возникновения надрывов и расслоений на поверхности пресс-изделий.

При высокой температуре процесса образуется окалина при нагреве заготовок, вредно действующая на поверхность пресс-изделий и стойкость инструмента. Поэтому при прессовании сталей необходимы мероприятия, направленные на защиту поверхности заготовок от интенсивного окисления: нагрев заготовок в инертной атмосфере, быстрые методы нагрева, а также применение различных покрытий. На практике стальные заготовки, если не требуется выполнения каких-либо специальных условий, нагревают в индукционных печах, а затем выравнивают температуру подлине и сечению заготовки в электропечах сопротивления. Если при нагреве в индукционной печи требуется создать инертную атмосферу, или безокислительную, применяют вертикально расположенные индукторы.

Высокая температура заготовок приводит к резкому понижению стойкости прессового инструмента, поэтому прессование осуществляют с высокими скоростями — до 600 мм/с, чтобы сократить длительность контакта обрабатываемого металла с инструментом. Кроме того, применяются смазки, обладающие не только антифрикционными, но и теплоизолирующими свойствами. Наиболее распространены силикатные, в основном, стеклянные смазки. Состав этих смазок, их структура, величина вязкости и степень измельчения выбирают в зависимости от марки стали и вида пресс-изделия. Смазки наносят на заготовку в виде суспензии или путем обкатки поверхности нагретой заготовки по слою рассыпанной твердой смазки. Кроме того, применяются смазочные шайбы, закладываемые в контейнер между матрицей и заготовкой, и смазочные втулки, которые устанавливаются внутрь отверстия в заготовке при прессовании труб.

Технологический процесс строят таким образом, чтобы время прохождения заготовки от нагревательного устройства до контейнера, а также время холостого хода пресса, т. е. время подхода пресс-штемпеля к заготовке, загруженной в контейнер, было минимальным.

Заготовки для прессования чаще всего имеют размеры, которые характеризуются отношением длины к диаметру 2,5—3, в редких случаях это отношение может возрасти до максимума, равного 6. Вытяжки, в зависимости от величины сопротивления деформации, пластичности, марки стали, вида пресс-изделия и других условий могут достигать 50 и даже более.

Для прессования профилей из сталей некоторых марок, особенно если требуются большие вытяжки для получения длинных пресс-изделий, необходимы весьма высокие давления на пресс-шайбе. Например, при прессовании высокопрочных нержавеющих сталей типа ВНС-2уш из контейнера диаметром 95 мм давление достигает 1,3 ГПа.

Максимальные давления, на которые рассчитывают контейнеры для прессования сталей, приведены ниже:

В последние годы освоено прессование тонкостенных профилей из сталей различных марок с наименьшей толщиной стенок 1,5 мм. Эти профили, имея поверхность повышенного качества и высокоточные размеры поперечного сечения, не требуют механической обработки и представляют собой новый прогрессивный конструкционный материал. С применением таких профилей в различных отраслях машиностроения уменьшается масса конструкции, повышается ее надежность и ресурс, а также существенно снижается трудоемкость и металлоемкость производства.

Получение указанных характеристик обеспечивается специальной технологией. Отличительными признаками ее являются применение разъемных или монолитных матриц с покрытиями из диоксида циркония, специальные смазки, различные для контейнера и матрицы оптимальные температурно-скоростные режимы прессования. Теплозащитный слой диоксида циркония наносится на матрицы путем плазменного напыления.

Освоено также прессование законцовочных профилей из сталей ряда марок, таких как 30ХГСА, ВНС-2, ВНС-5. При изготовлении конструкции из этих профилей существенно повышается коэффициент использования металла. Ниже приведены геометрические характеристики профилей с законцовками из стали:

В настоящее время начато освоение прессования полых профилей из сталей некоторых марок через комбинированную матрицу.