3.3. Прессование металлов

Достоинства процессов прессования (особенности):

- реализуется одна из самых благоприятных схем нагружения, обеспечивающая максимальную пластичность – всестороннее неравномерное сжатие. Это позволяет обрабатывать даже малопластичные материалы. Благодаря этому возможна обработка с высокой степенью деформации: Fзаг/Fпресс. изд = (10 – 50)/1;

- возможность получения профилей сложной формы, в том

Рис. 3.24. Схема прессования полого профиля (а) и примеры прессованных профилей (б)

При производстве изделий из труднодеформируемых и малопластичных сплавов довольно широко используются процессы гидропрессования [13, 14].

При прессовании проталкиванию металла препятствуют силы трения, поэтому контактное трение является причиной исключительно высокой энергоёмкости процесса. Более 60% энергии пресса затрачивается на преодоление сил трения.

75

Силы трения можно снизить принудительной подачей смазки в матрицу и контейнер или заполнением зазоров между заготовкой, контейнером и матрицей газами, жидкостями или квазижидкими средами. На рис. 3.25 приведены схемы установок различных типов для прессования прутков и проволоки, а также для непрерывного

Спрессования проволоки.

и бА Д

Рис. 3.25. Основные схемы гидропрессования сплошныхИметаллических заготовок: а – компрессорное гидростатическое прессование;

б – бескомпрессорное (прямое) гидропрессование; в – гидромеханическое прессование; г – гидропрессование длинной заготовки; д – гидростатическое прессование с противодавлением; е – гидропрессование проволокой заготовки

сбобины; ж – гидропрессование проволоки с натяжением;

з– непрерывное прессование : 1 – пруток; 2 – контейнер; 3 – возвратные каналы; 4 – «проталкивающая» жидкость; 5 – камера; 6 – установка сжатия

«проталкивающей» жидкости; 7 – изделие; 8 – источник высокого давления «формующей» жидкости

76

В установки (см. рис. 3.25, а, б, г, д, е, ж) жидкость высокого давления подается от мультипликаторов или гидрокомпрессоров

(рис. 3.28 и 3.29).

связанной с ним системе возрастает. Вследствие разности диаметров поршня низкого давления D и плунжера d давление в цилиндре высокого давления будет в D2/d2 раз выше, чем в цилиндре низкого давления (рж до 800 – 1500 МПа).

Несмотря на возможность повышать давление многократно, установки с мультипликатором отличаются низкой производительностью, процесс подготовки установок весьма трудоемок.

Для создания давления в контейнере может быть применена система, состоящая из газового аккумулятора, гидрокомпрессора и

78

ресивера. Жидкостно-газовый аккумулятор подает рабочую жидкость в гидрокомпрессор под давлением 10 МПа. Из гидрокомпрессора жидкость поступает в ресивер – сосуд высокого давления. Ресивер служит для накопления в большом объеме (по сравнению с объемом

небольшое кол чество циклов: 2 – 3 при давлении 1500 – 2000 МПа, 10 – 15 при давленииА1000 – 1500 МПа. Поэтому их

конструированию и размещению в установке уделяют особое внимание. Уплотняющие элементы могут быть подвижными (крепятся на пуансоне) и неподвижными. Передающие среды должны удовлетворять требованиям: иметь минимальную

могут быть твёрдыми (свинец иДего сплавы, фторопласт, материалы на основе графита или дисульфита молибдена), жидкими, порошкообразными.

сжимаемость, сохранять свойства при различных температурах, не взаимодействовать с материалом заготовки, иметь низкую теплопроводность и теплоёмкость, сохранять химический состав, не быть токсичными, огне- и взрывоопасными, быть пластичными. Они

Следует учитывать, что вязкость жидкостей возрастает с увеличением давления. Например, при 400 МПа вязкость воды

И

увеличивается в 1,35 раза, керосина – в 50 раз, масла трансформаторного – в 4500 раз. Масло «замерзает» при 1000 МПа. При горячем выдавливании вязкость снижается.

При холодном гидропрессовании используют керосин, масло касторовое или веретенное (до 500 МПа), глицерин, этиленгликоль с глицерином, изопентан с бензином, бензин Б70, воду (при

79

р = 1000 МПа); при горячем гидропрессовании – битум, битум с графитом, стекла, расплавы солей, графит.

уплотнение, предложенное Бриджменом и основанное на использовании принципа так называемой некомпенсированной площади. Этот тип подвижного уплотнения показан на рис. 3.30, а, б, в. В пуансоне 1 имеется глухое отверстие, в которое плотно входит стержень грибка 5. Между грибком и пуансоном устанавливают набор шайб. Шайбы 2 и 4 изготовлены из меди М3, шайба 3 – из фторопласта 4. Во время работы установки давление на шайбы

всегда больше давления жидкостиДв контейнере. Шайбы, деформируясь, заполняют зазор между пуансоном и контейнером. Уплотнение может надежно работать и при отсутствии фторопластового кольца (рис. 3.30, в).

Надежное уплотнение получается при запрессовке в контейнер

И

7 медного кольца по схеме, представленной на рис. 3.30, г. Недостаток такого уплотнения – необходимость изготовления большого количества медных колец 6 (повторное использование кольца невозможно), а также трудность последующего извлечения кольца из контейнера. Второй недостаток свойственен и уплотнениям грибкового типа при выполнении их по схеме, представленной на рис. 3.30, а, б, в: грибок с уплотнительными

80

шайбами, как правило, остается в контейнере и для их извлечения приходится разбирать всю установку.

Рис. 3.30. Основные способы уплотнения пуансона

При давлениях жидкости до 3000 МПа для пуансона может использоваться неподвижная конструкция уплотнения сальникового типа (рис. 3.31, а), исключающая необходимость точной подгонки плунжера к внутреннему диаметру контейнераИ. При этом диаметр нажимного кольца 1 из закаленной стали ШХ15 точно подгоняли по размеру плунжера и его гнезду. Подпорные кольца 2, 3 и 5 изготавливали из бронзы, а уплотняющее кольцо 4 – из фторопласта и вставляли в гнездо с натягом.

Матрицы (рис. 3.31, б) в контейнере уплотнялись с помощью только двух колец; опорное кольцо 6 из бронзы или латуни устанавливали с небольшим зазором, а фторопластовое кольцо 7 – между матрицей 8 и контейнером – с натягом.

На рис. 3.32 показано неподвижная конструкция уплотнения матрицы при гидростатическом прессовании, которое представляет

81