§6. Производство профилей волочением
Схема процесса волочения
G ≤ G
2β = 20 - 40°
lq / dср = 2lq / (d0 + d1)
Волочение характеризуется наличием растягивающего напряжения, действующего вдоль оси исходной заготовки. Напряжение волочения не должно превосходить предел текучести материала при t° обработки. Чтобы повысить предел текучести, обработку проводят в холодном состоянии, в тоже время холодное волочение создает наклеп; для его устранения применяется промежуточный отжиг. Образующаяся окалина удаляется травлением. Деформация происходит в относительно коротком очаге длиной ld. Характерной геометрической величиной для очага деформации является угол конусности или ld /dср = 2∙lд /(d0 + d1).
Усилие волочения:
- при волочении прутков оно достигает 250 кН
- при волочении микронной проволоки от 0.1 до 10 Н.
Длина калибрующего пояска lz может находиться в пределах 0.2 – 1 от диаметра проволоки. Выходной угол 60 - 70°.
Преимущество противонатяжения Pθ – уменьшение силы давления протягиваемого металла на волоку.
σθ ≤ 40%∙σв
В процессе волочения не происходит изменения во времени напряжения и деформации, т. е. процесс является стационарным. При волочении проволоки концы заготовок сваривают и процесс становится непрерывным. Волочение, как правило, применяют для обработки металла в холодном состоянии. Только в некоторых случаях для трудно-деформируемых металлов (вольфрам, молибден) применяют горячее (теплое) волочение.
Обжатие (уменьшение поперечного сечения) при холодном волочении за один проход может достигать 55% и зависит от свойств металла и условий трения. Величина суммарных обжатий зависит от пластичности и изменяется от 30 до 95%. В процессе волочения получают проволоку с диаметром 0.005 –40 мм, прутки с диаметром 5–50 и до 150 мм, трубы диаметром 0.6–400 мм с толщиной стенки 0.05-15 мм, кроме этого получают профили с различной формой поперечного сечения.
При калибровке может быть достигнута точность размеров, соответствующая 7 – 8 квалитетам и параметр шероховатости по Ra = 0.32 мкм.
Повышение скорости волочения означает повышение производительности станов, однако существуют границы ее повышения, они носят технический характер (динамические нагрузки); технологический характер (царапины, прочность швов) и теплотехнический характер (возможность охлаждения после повышения температуры). Сильно усложняется процесс волочения упрочняющихся металлов (аустенитные стали) и металлов с малой пластичностью (вольфрам, молибден, быстрорежущие стали). В этих случаях необходимо применять промежуточные отжиги. В очаге деформации при волочении давление достигает 10³ - 10 МПа и t° = 200 - 300°C.
В этих условиях применяемые смазки должны быть химически стабильными. Часто применяют сухие смазки, а также жирные кислоты, растительные и животные жиры.
§7. Прессование
§7.1 Сущность процесса и его разновидности
Процесс прессования используется при производстве полуфабрикатов (прутков, профилей, труб) значительной длины, которая существенно превышает размеры их поперечных сечений, из алюминиевых и медных сплавов, сталей, титана, тугоплавких металлов и сплавов.
Сущность процесса заключается в выдавливании металла из замкнутой полости через отверстие (канал) рабочего инструмента (матрицы).
Схема процесса прессования
а) с прямым истечением металла б) с обратным истечением
1. - контейнер; 2. - пресс – штемпель; 3. – заготовка; 4. – матрица;
5. - пресс - изделие
Прямое прессование (рис. а)
Метод используется для получения сплошных и полых полуфабрикатов из различных металлов и сплавов. Особенность – обязательное перемещение металла под действием пресс – штемпеля.
Достоинства:
- возможность получения полуфабрикатов в широком диапазоне размеров, вплоть до размеров близких к диаметру втулки контейнера;
- высокое качество поверхности полуфабрикатов, достигаемое за счет перехода поверхностных слоев заготовки в пресс – остаток.
Недостатки:
- повышенные затраты энергии, связанные с деформацией заготовки в контейнере;
- значительная неравномерность деформации по сечению и длине пресс – изделия, приводящая к неравномерности механических свойств и структур;
- большая величина пресс – остатка.
Обратное прессование (рис. б)
(истечение металла происходит в обратном направлении движ. 2).
Достоинства:
- усилие прессования в 1.25 – 1.3 раза меньше, чем при прямом прессовании, а пресс – остаток меньше примерно в 3 раза;
- слиток неподвижен относительно контейнера, что исключает течение металла вне очага деформации;
- повышается равномерность деформации, снижается усилие прессования по сравнению с прямым методом;
- появляется возможность увеличить скорость истечения металла, что ведет к увеличению производительности процесса.
Недостатки:
- ограничение размеров поперечных сечений полуфабрикатов и числа одновременно прессуемых профилей в связи с применением полого пресс – штемпеля;
- ухудшение качества поверхности полуфабрикатов, т.к. поверхностные слои слитка попадают в поверхностные слои пресс – изделий;
- пониженная прочность удлиненного матричного узла;
- увеличение стоимости процессов и вспомогательного цикла.
Скорость прессования влияет на качество заготовки. Скорость истечения стали составляет 6 – 8 м/с, алюминия до 25 м/с, магниевые сплавы 0.01-0.05 м/с. Прессование труб диаметром менее 20 мм экономически более выгодно, чем прокатка. Заготовки для прессования бывают, как правило, полыми или сплошными цилиндрическими с круглыми поперечными сечениями. Полые заготовки применяют в основном для прессования труб на игле, для прессования полых труб.
Слитки для прессования профилей и труб имеют обычно отношение длины к диаметру равное 2 – 3.5 и 1.0 – 2.0.
Процесс прессования проводится на вертикальных и горизонтальных гидравлических прессах. Как правило, заготовки перед прессованием нагревают в печах. Прессование металлов и сплавов производится в широком температурном интервале, от комнатной до 1000°C. Основную массу полуфабрикатов из алюминиевых и титановых сплавов после прессования подвергают термической обработке, изделия из медно – никелевых сплавов, как правило, не термообрабатывается