Основы технологии процесса прессования и его разновидности

Основные схемы

Выше в общих чертах мы рассмотрели схему прессования металлов (см, рис, 2), которая является наиболее распространенной (прямое прессование). Прессуемый по этой схеме профиль выпрессовывается в том же направлении, в котором движутся плунжер пресса и пресс-штемпель. Его принципиальное отличие — движение прессуемой заготовки относительно стенок контейнера, вследствие которого между стенками контейнера и заготовкой возникает трение. В условиях высоких давлений, характерных для прессования, на его преодоление затрачивается значительная энергия — около 30—40 % мощности пресса. Кроме того, трение, сдерживая движение периферийных слоев заготовки, еще больше усиливает неравномерность истечения металла, т. е. усугубляет один из основных недостатков процесса — неравномерность деформации по сечению заготовки.

Рис. 7. Последовательность выполнения технологических и вспомогательных операций при прямом прессовании сплошных профилей: I — подача заготовки с пресс-шайбой на ось пресса, возврат ножниц и приемника пресс-остатка в исходное положение; II — подача заготовки с пресс-шайбой в контейнер пресса ходом пресс-штемпеля; III — прижим контейнера к матрице, прессование; IV — выталкивание пресс-остатка с пресс-шайбой ходом контейнера; V — подача приемника пресс-остатка на ось пресса, отделение пресс-остатка с пресс-шайбой от изделия ножницами, возврат пресс-штемпеля в исходное положение; 1 — пресс-штемпель; 2 — пресс-шайба; 3 — податчик заготовок; 4 — заготовка; 5 — контейнер; 6 — приемник пресс-остатка; 7 — матрица; 8 — ножницы; 9—прессующая траверса пресса; 10 — передняя поперечина пресса

На рис. 7 показана последовательность выполнения основных технологических и вспомогательных операций при проведении прямого прессования профилей на современном гидравлическом прессе. В исходном положении, перед подачей нагретой заготовки пресс-штемпель находится в крайнем левом (заднем) положении. Заготовка вынимается из нагревательной печи и подается к задающему механизму. Туда же подается и пресс-шайба, которая была отделена от пресс-остатка предыдущей прессовки. Затем задающий механизм передает заготовку вместе с пресс-шайбой на ось пресса между пресс-штемпелем и торцем контейнера (позиция I), После этого в цилиндр пресса направляется жидкость низкого давления, и плунжер движется вперед вместе с пресс-штемпелем, который заталкивает заготовку с пресс-шайбой в полость контейнера. Затем контейнер с помощью цилиндров передвижения прижимается к матрице, с оси пресса удаляется в исходное положение податчик заготовок, освобождая пространство для дальнейшего движения пресс-штемпеля (позиция II). В цилиндр пресса поступает жидкость высокого давления, под действием которой пресс-штемпель движется вправо до соприкосновения с заготовкой, распрессовывает ее в контейнере, в результате чего устраняются все зазоры между прессуемым металлом и инструментом, и начинается прессование профиля (позиция III).
Прессование идет до тех пор, пока длина пресс-остатка не достигнет заданной величины, после чего процесс останавливают. Затем контейнер несколько отводят назад от матрицы и в образовавшемся пространстве между ними оказывается пресс-шайба с пресс-остатком, при этом пресс-остаток с профилем представляют собой одно целое (положение IV). В зазор между контейнером и матрицей входит нож прессовых матриц и отрезает от профиля пресс-остаток с пресс-шайбой (положение К), которые транспортируются в разделительное устройство, расположенное вне пресса. В этом устройстве пресс-шайба и пресс-остаток разделяются, пресс-шайба направляется к механизму подачи заготовок, а пресс-остаток удаляется в отход. Профиль передвигается по рольгангу и передается на последующую обработку; одновременно ползун ножниц возвращается в верхнее исходное, а пресс-штемпель передвигается в крайнее заднее положение. На этом цикл прессования заканчивается и начинается новый.
Прямое прессование отличается простейшей схемой и относительно высоким качеством поверхности профилей. Однако у этого способа есть и значительные недостатки. Расчет показывает, что длина пресс-штемпеля изготовленного из имеющихся в современной практике инструментальных сталей при одном и том же диаметре ограничена определенной величиной. Исходя из максимально возможной длины пресс-штемпеля и схемы прессования, можно определить, что наибольшее отношение длины заготовки к диаметру L/D), не должно превышать 3—4. Если попытаться использовать более длинные заготовки при том же диаметре, то это приведет к увеличению поверхности трения, а, значит, и росту необходимого давления. В этом случае при прочих равных условиях пресс-штемпель не выдержит повышенной нагрузки и разрушится. В этом существенный недостаток прямого прессования, так как увеличивается доля металла, оставляемого в пресс-остатке, и уменьшается выход годного; больше времени затрачивается на проведение подготовительно-заключительных операций. Другим существенным недостатком прямого прессования является большая неравномерность деформационных условий как по длине прессуемого профиля, так и по его поперечному сечению. Основная причина недостатка та же — трение по контейнеру. Эта неравномерность приводит к тому, что структура металла профиля и определяемые ею свойства неодинаковы в различных зонах. Так, на выходном конце профиля структура менее деформирована, чем на остальной его длине. Чем меньше вытяжка, тем длиннее выходная малодеформированная часть профиля. Поэтому прямое прессование с вытяжкой меньше 10 обычно не ведут. Часть профиля, в которой образуется утяжина, имеет значительную длину. Это означает, что в отход со стороны утяжины удаляется значительное количество металла.
Если мы прямым методом отпрессуем пруток, затем отрежем от него темплет — в данном случае диск, диаметр которого равен прутку, а высота 15—30 мм, а затем прошлифуем его одну сторону и протравим в специальных травителях, то выявится зернистое строение металла, называемое макроструктурой. После прессования эта структура, например, у алюминиевых сплавов, неравномерна: в центре зёрна крупнее, а на периферии, там, где металл испытывал большие деформации они мельче. Если такой пруток закалить и снова посмотреть его макроструктуру, то увидим, что ее неравномерность по сечению сохранилась, но изменилась на периферии. Там вследствие процесса рекристаллизации, произошедшего при закалке, зерна увеличились, образовав так называемый крупнокристаллический ободок. Толщина его может быть различной, но во всех случаях этот ободок, имея худшие свойства, ослабляет сечение пресс-изделия.
Прессовщики знают способ уменьшить вредное влияние трения при прямом прессовании — введение различных смазок между контейнером и заготовкой. Некоторые сплавы, которые обрабатывают при высоких температурах, как например, стали, без смазки вообще не отпрессовать, иначе заготовка приварится к стенке контейнера. Другие сплавы, как например, алюминиевые, прессуют также со смазкой, но ее применение вызывает некоторые осложнения.
Коренным способом устранения вредного влияния трения между контейнером и заготовкой является переход на обратное прессование. При таком прессовании отсутствует перемещение заготовки относительно контейнера, а значит, нет и трения. Схема процесса и выполнение отдельных операций цикла приведена на рис. 8. Как видим, она отличается от прямого прессования.

Рис. 8. Последовательность выполнения операций при обратном прессовании сплошных профилей:
I — подача заготовки с пресс-шайбой на ось пресса, возврат ножниц и приемника пресс-остатка в исходное положение; II — подача заготовки в контейнер, выдвижение матрицедержателя в положение прессования, закрытие затвора; III — прессование; IV — открытие затвора, выталкивание матрицы из контейнера ходом пресс-штемпеля; V — выталкивание пресс-остатка с пресс-шайбой ходом контейнера; VI — подача приемника пресс-остатка на ось пресса, отделение пресс-остатка с пресс-шайбой от изделия ножницами, возврат пресс-штемпеля; 1 — прессующая траверса; 2—пресс-штемпель; 3 — пресс-шайба; 4 — заготовка; 5 — податчик заготовок; 6 — контейнер; 7 — приемник пресс-остатков; 8 — матрица; 9 — удлиненный матрицедержатель; 10 — затвор; 11 — передняя поперечина пресса; 12 — ножницы



В исходной позиции I перед подачей нагретой заготовки пресс-штемпель находится в крайнем левом (заднем) положении, контейнер — у передней поперечины пресса, удлиненный матрицедержатель — в крайнем правом (переднем) положении. Заготовку с пресс-шайбой подают на ось пресса между пресс-штемпелем и торцем контейнера (положение I). Контейнер надвигают на заготовку, затем удлиненный матрицедержатель с матрицей с помощью гидравлического цилиндра выдвигается в крайнее левое (заднее) положение таким образом, что матрица входит в контейнер (положение II); матрицедержатель запирается затвором, при этом возможность его смещения по продольной оси пресса исключается.
Перед началом прессования контейнер с заключенной в его полости заготовкой спереди закрыт матрицей, а сзади — пресс-штемпелем через пресс-шайбу. В процессе прессования пресс-штемпель давит на заготовку, профиль выпрессовывается в матрицу и через полый матрицедержатель выходит на стол пресса. Контейнер по мере выпрессовки продвигается вместе с пресс-штемпелем вправо и надвигается на неподвижную матрицу. При этом заготовка относительно стенок контейнера остается неподвижной.
Прессование заканчивается, когда пресс-остаток достигает заданной величины и контейнер упирается в переднюю поперечину (позиция III). Затем затвор матрицедержателя открывают и пресс-штемпелем проталкивают пресс-шайбу с пресс-остатком и профилем через контейнер (позиция IV). При этом в крайнее переднее положение передвигается матрицедержатель. После этого контейнер отводится влево, пресс-шайба с пресс-остатком и профилем выходят из полости контейнера и оказываются в промежутке между контейнером и матрицедержателем (положение К). В этот промежуток входят нож гидравлических ножниц и отрезает пресс-шайбу и пресс-остаток от профиля (положение VI).
Пресс-штемпель отводится в исходную позицию, отрезанный профиль выводится из матрицы и продвигается дальше по столу пресса, а пресс-остаток с пресс-шайбой на специальном приспособлении разделяются, пресс-шайба по желобу выводится к заготовке, подаваемой на ось пресса, а пресс-остаток — в отход. После этого начинается новый цикл прессования.
Так как трение заготовки по контейнеру отсутствует и увеличение ее длины не вызывает роста нагрузки на пресс-штемпель, при обратном прессовании заготовка может быть значительно длиннее и отношение L/D больше, чем при прямом и —достигать 6—7. Все другие отрицательные стороны прессования, связанные с действием трения, проявляются при обратном прессовании меньше — снижается неравномерность структуры и свойств по длине и сечению профиля, а крупнокристаллический ободок уменьшается или вовсе не образуется; утяжинная часть профиля становится короче, поэтому пресс-остаток оставляют меньшей толщины (это приводит к повышению выхода годного из-за того, что увеличивается длина заготовок, а значит, и отпрессованная длина профиля) сокращается вспомогательное время на единицу годной продукции.
У обратного прессования есть и некоторые недостатки, которые также следует иметь в виду. Как видно на рис. 3, пресс-изделие выходит из пресса через полый матрицедержатель. Полость матрицедержателя ослабляет его сечение и приводит к тому, что он работает под особо большими нагрузками. Размеры пресс-изделия ограничены диаметром полости в матрицедержателе, что несколько лимитирует возможности процесса. Кроме того, при обратном прессовании образуется значительно меньшая мертвая зона металла у матрицы. Это объясняется отсутствием трения заготовки о контейнер. Уменьшение мертвой зоны, в которой, как мы указывали выше, скапливаются различные загрязнения с поверхности заготовки, может привести к тому, что они могут выйти на поверхность профиля в виде запрессовок различных включений. Поэтому при обратном прессовании необходимо более тщательно готовить поверхность заготовок — обтачивать их и предохранять от загрязнений.
Для того, чтобы все операции цикла обратного прессования можно было механизировать как можно полнее и чтобы на них затрачивалось как можно меньше времени, необходимо работать на специализированном прессе.


Профессия — прессовщик