книги из ГПНТБ / Тепловые процессы при обработке металлов и сплавов давлением учеб. пособие для студентов металлург. спец. вузов

На макроструктуре металла матриц хорошо просматривается текстурованный приконтактный слой максимальной толщиной не­ сколько миллиметров в районе перехода конуса в очко. Отмечаемые при этом структурные изменения поверхностного слоя и характер распределения твердости по сечению (рис. 11.8) свидетельствуют о наличии зоны нагрева приконтактных участков матриц до темпера­ туры свыше 600° С.

ция процесса прессования вызывает повышенный разогрев, приво­ дящий к развитию смятия.

При деформации рабочего контура матриц в процессе прессова­ ния цветных металлов на горизонтальных и вертикальных гидро­ прессах отмечались одинаковые закономерности.

Износ входной части матриц нельзя связывать с процессом отно­ сительного скольжения прессуемого металла. Рядом исследователей показано [338 и др.], что значительное скольжение металла отмеча­ ется только у входа в цилиндрическое отверстие матрицы; вдоль поверхности значительной части входного конуса скольжения не происходит.

538

матрицы из строя. При этом хрупкое разрушение матриц вызывает­ ся не только высокими рабочими давлениями, но и возникновением значительных температурных градиентов по сечению. Это, в част-

0169

Рис. 11.7. Изменение профиля матрицы с углом входного конуса 10° в про­ цессе последовательных прессований

ности, подтверждается тем обстоятельством, что разрушение мат­ рицы иногда происходит при охлаждении спустя несколько минут после окончания процесса выдавливания.

Появление сетки разгарных трещин на рабочих поверхностях матриц является результатом действия температурных и структур-

539

миния

540

ных напряжений, возникающих в процессе объемных изменений ме­ талла инструмента при циклических теплосменах. Возникновение структурных напряжений возможно в том случае, когда температу­ ра нагрева приконтактного слоя инструмента превышает критиче-

-скую. Сетка разгарных трещин постепенно расширяется и заполня-

ется прессуемым металлом; это в дальнейшем приводит к разруше­ нию инструмента. Выполненными исследованиями установлено [346], что при прессовании труднодеформируемых сплавов темпера­ тура нагрева приконтактного слоя, инструмента может достигать 800—1000° С.

541

же изучения влияния отдельных параметров процесса и формы ин­ струмента на стойкость матриц не проводилось. К тому же изолиро­ ванное влияние параметров учесть невозможно, так как влияние многих факторов взаимосвязано. Так, например, штамповые мате­ риалы и методы их упрочнения влияют на конструкцию и размеры инструмента. Скорость прессования определяется свойствами прес­ суемых металлов. Как известно, скорости, применяемые при прессо­ вании углеродистых и низколегированных сталей, составляют 250—

Рис. 11.9. Конструкция матрицы с «уходящим» кольцом пресса усилием 12,5 кн (1250 т)

300 мм/сек. Получение высококачественных изделий при прессова­ нии жаропрочных сплавов требует в ряде случаев применения значительно более низких скоростей прессования (40—100 мм/сек); ряд металлов и сплавов прессуют при еще более низких скоростях. Для каждого сплава существует определенная зависимость между температурой нагрева, скоростью прессования и величиной дефор­ мации, определяемая так называемыми диаграммами пластичности сплавов. В свою очередь выбор смазки зависит от скорости прессо­ вания и свойств прессуемого металла. Все сказанное, естественно, обусловливает сложность анализа работоспособности инструмента в зависимости от влияния отдельных параметров. В табл. 11.1 по дан­ ным отечественных заводов указана стойкость матриц при прессо­ вании некоторых металлов и сплавов.

542

(ниобия, тантала, молибдена) и их сплавов в интервале температур 1315—1920° С стойкость матриц с плазменным покрытием толщиной 0,5—1,5 мм из окиси циркония составила 1—8 прессований при средней стойкости 4 прессования [340].

На заводах фирмы «Джон энд Лафлин Стил Корпорейшн» (Питтсбург) были испытаны матрицы на основе молибдена при прессовании профилей из конструкционной стали с коэффициентом

пределах в зависимости от условий прессования, профиля и свойств прессуемого металла и штампового материала. Выбор штамповой стали существенно сказывается при низкой стойкости матриц, одна­

Важная роль принадлежит выбору оптимального режима терми­ ческой обработки. В зависимости от исходной твердости инструмен­ та стойкость его может изменяться в десятки раз (рис. 11.11).

Продолжительность контактного теплообмена между прессуе­ мым металлом и матрицей, связанная со скоростью прессования, во многом определяет срок службы инструмента. Существенное влия­ ние скорости прессования на стойкость матриц отмечается в работе [337]. Первоначально при увеличении скоростей от низких до сред-

544

них стойкость матриц значительно повышается, дальнейший рост скорости прессования не приводит к столь заметному воздействию на долговечность инструмента. Это положение иллюстрируется сле­ дующим примером. При прессовании труб 040X4 мм из конструк­ ционной стали стойкость матриц из стали Р18 составляла 1—2 прес­ сования при деформации со скоростями 20—30 мм/сек, 5—8 — при

значительное влияние скорости выдавливания на стойкость инстру­ мента и качество изделий отмечается при высокотемпературном прессовании профилей и труб из сплавов на основе молибдена, вольфрама и ниобия. Изменение скорости деформации сказывается также на характере распределения смазки по поверхности выдавли­ ваемого прутка, а следовательно, определяет режимы работы инст­ румента.

Успех прессования труднодеформируемых сталей и сплавов во многом определяется правильно подобранной смазкой. Оптималь­ ными смазками являются составы, которые при контакте с нагре­ тым металлом под давлением создают вязкую сплошную пленку на поверхности прессуемого изделия, обеспечивая низкий коэффициент трения и являясь хорошим теплоизолятором. Правильное сочетание скорости деформирования и смазки с определенными физико-хими-

ческими свойствами, создавая благоприятный температурный и си­ ловой режим работы, позволяет значительно повысить стойкость инструмента. Так, за счет соблюдения указанных условий матрица из стали марки ЗХ2В8Ф после семи прессований молибдена при 1600° С сохранила исходную твердость, а диаметр очка уменьшился лишь на 0,6 мм. В других условиях матрица не выдерживает и од­ ного прессования.

Наружные размеры матриц определяются диаметром очка и кон­ струкцией крепления в матрицедержателе. Отмечается общая тен­ денция увеличения стойкости инструмента с увеличением габарит-

э то

Л 600

со

%400

I 200

-а

П ~20 40 60 вО 100 120 ПО •

Диаметр очна матриц

Рис. 11.12. Зависимость стойкости инструмента от размеров:

иых размеров (рис. 11.12). Влиянию геометрии матриц на их стойкость и условия прессования уделяли внимание многие исследо­ ватели. Обычно оптимальный профиль матрицы выбирают из усло­ вия обеспечения минимального усилия прессования и получения более качественной поверхности изделий. Так, Л. В. П р о з о р о в рекомендует выбирать угол матрицы в пределах 65—75°; считается, что при таких углах в прессуемом металле отсутствуют «мертвые зоны».

По данным авторов, с увеличением угла входного конуса необхо­ димое усилие прессования для всех размеров очка матрицы снижа­ ется, достигая минимума при 20—25°; в дальнейшем усилие прессо­ вания возрастает. Полученные результаты позволяют заключить, что с точки зрения долговечности оптимальным является угол 20— 25°. Однако в работе [342] отмечается, что наибольшая стойкость характерна для матриц с углом входного конуса 40°. Применение углов свыше 30° приводит к попаданию в зону истечения захоложенных объемов прессуемого металла из «мертвой зоны» и частиц со стенок контейнера; это вызывает брак изделий. Поэтому реко­ мендуется выполнять матрицы с углами 25—30°, что обычно и реа­ лизуется в производственных условиях.

Целесообразно применение матриц с двойным углом входного

546