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

бом, а в период выдавливания — растяжению силами трения при скольжении металла по ее поверхности *.

Растягивающее усилие, воздействующее на иглу, при обратном ходе пресса резко возрастает. Это усугубляется при налипании металла на иглу, нередко наблюдаемом при прессовании некоторых легких сплавов, в частности, сплавов на алюминиевой основе. Сме­ щение иглы в процессе прошивки в сторону при недостаточной распрессовке металла или неравномерном нагреве вызывает появ­ ление значительных изгибающих усилий. Сложные и тяжелые усло­ вия эксплуатации приводят к разнообразным повреждениям игл при работе.

Износ игл проявляется в постепенном, часто местном уменьше­ нии диаметра, образовании единичных продольных трещин, сетки разгара, задиров и наплывов. Наибольшему износу подвержен участок иглы вблизи штемпельной головки. На рис. 11.14 показан характер износа и разрушения игл; здесь же указаны причины вы­ хода игл из строя при эксплуатации на горизонтальных гидравли­ ческих прессах усилием 15 и 25 кн (1500 и 2500 т) [342]. Наиболее часто поломки отмечаются у игл, имеющих исходную твердость на верхнем пределе (материал игл — сталь марки ЗХ2В8Ф, твердость 47—51HRC).

Наблюдения за работой игл горизонтальных прессов показыва­ ют, что на них часто образуются трещины в первый момент охлаж­ дения, когда в поверхностных слоях отмечается рост растягивающих

прессуемых изделий появляются риски.

Трещины обычно располагаются вдоль волокна. Наиболее быст­ ро глубокие сквозные трещины появляются на иглах диаметром до 100 мм. Крупные иглы при эксплуатации не подвергаются сквоз­ ному нагреву; у этих игл в наиболее тяжелых условиях работают лишь поверхностные слои. Сквозные продольные трещины на круп­ ных иглах образуются реже. На иглах диаметром свыше 100 мм в результате длительной работы появляются разгарные трещины; их развитие приводит к ослаблению сечения. Решающее влияние на стойкость и износ игл оказывают режимы эксплуатации: наладка инструмента, состояние оборудования, квалифицированное управ­ ление работой пресса, соблюдение режимов подогрева и охлажде­ ния игл (см. рис. 11.14).

В процессе прессования иглы подвергаются воздействию значи­ тельных по величине продольных растягивающих напряжений. Не­ редки случаи, когда иглы диаметром 100 мм и более при выдавли­ вании растягиваются и обрываются. В большинстве случаев обрыв

S58

Рис. 11.14. Характер разрушения игл

игл происходит не хрупко, а с образованием шейки. Наблюдения показывают, что во избежание обрыва следует иглы перед прессо­ ванием смазывать; кроме того, необходимо соблюдать правила их эксплуатации. Роль смазки сводится к понижению коэффициента трения между иглой и прессуемым металлом, а следовательно, сил растяжения, действующих на иглу; кроме того, смазка снижает интенсивность нагрева иглы. Производственный опыт показывает, что при независимом прошивном устройстве после прошивки слитка игла не должна останавливаться; она должна продолжать переме­ щение, которое следует согласовывать с движением шплинтона.

Важную роль играют форма иглы и конструкция прошивного устройства. Форма и крепление игл различны и зависят от кон­ струкции пресса, способа прессования и формы прессуемых изде­ лий. Это в свою очередь влияет на условия эксплуатации и причины выхода инструмента из строя. Выбор рациональной конструк­ ции игл и оправок повышает качество изделий и стойкость инстру­ мента. Например, при использовании самоцентрирующей оправки конструкции ЦНИИТМАШа для прессования стальных труб на ме­ ханических прессах повысилась стойкость игл в 1,5 раза; при этом

несоблюдении этого соотношения происходят частые поломки опра­ вок. Выполнять иглы диаметром менее 25 мм с внутренним охлаж­ дением нецелесообразно.

При наружном ручном охлаждении игл важным является вы­ бор оптимальной охлаждающей среды и продолжительности ох­ лаждения. Воздушное охлаждение игл не эффективно. Его следует применять только в первый момент охлаждения для снижения рас­ тягивающих тангенциальных напряжений; затем охлаждать иглы более интенсивно действующей охлаждающей средой. Охлаждение водой, даже подогретой до 50—60° С, слишком интенсивно и при­ водит к быстрому выходу инструмента из строя по трещинам. Опы­

состав на нефтебитумной основе с окисью алюминия, поваренной солью и слюдой в качестве наполнителя для смазывания игл перед прессованием цветных металлов на горизонтальных прессах. Сред­ няя стойкость игл, охлаждаемых маслом, на 3% выше, чем игл» охлаждаемых водой. Все иглы, охлаждаемые водой, вышли из строя из-за появления продольных трещин. На иглах, охлаждае­ мых маслом, продольных трещин обнаружено не было.

Выбор охлаждающей среды должен хорошо коррелировать с продолжительностью охлаждения инструмента. Например, при прессовании мельхиоровых труб на вертикальном прессе охлажде-

560

ние игл маслом в течение 12-М5 сек приводили к увеличению их

отмечается минимальная стойкость иглы; по мере увеличения про­ должительности охлаждения стойкость игл сначала резко возраста­ ет, а затем сохраняется практически постоянной. Твердость поверх-

Рис. П.15. Зависимость стойкости игл вертикального пресса от времени охлаж­ дения при прессовании труб из мель­ хиора

ностных слоев иглы существенно изменяется в зависимости от числа прессовок. Так, установлено, что у игл диаметром 25,5 мм, изго­ товленных из стали марки ЗХ2В8Ф, твердость рабочей поверхности понижается от исходной 54HRC до 36HRC после 200 прессовок. На расстоянии 6 мм от поверхности твердость сохраняет исходное значение (рис. 11.16). Указанное понижение твердости свидетель­ ствует о том, что поверхностные слои игл в процессе эксплуатации подвергаются высокому нагреву, приводящему к отпуску металла.

Из сказанного следует, что материал игл должен обладать вы­ сокими вязкостью, прочностью, разгаростойкостью и износостойко­ стью при повышенных температурах.

Для изготовления игл применяют стали марок 4Х2В5ФМ, 4Х5В2Ф, ЗХ2В8Ф (при диаметрах игл до 40 мм), 4ХВ2С (при диа­ метрах свыше 40 мм). Для изготовления игл весьма малых разме­ ров и при обработке специальных сплавов используются стали аустенитного класса (ЭИ617, ЭИ661, ЭИ696).

Стойкость игл, изготовленных из некоторых марок высокопроч­ ных теплоустойчивых сталей, при прессовании труб из алюминиевых сплавов показана на рис. 11.17. Некоторые данные об опыте экс-

561

плуатации игл при прессовании за рубежом приведены в работе [339]. Фирма «Санзвикенс Ернверкс» (Англия) изготавливает не­ которые типы игл из стали с 1,4% С; 1,5% Mo и 1%' ѵ. Иглы диа­ метром до 100 мм хромируют. Стойкость игл из стали с 5% Cr на заводах достигает 20—80 прессований; значение стойкости зависит от степени вытяжки и характера прессуемого материала.

ФО

менять водяное охлаждение иглы. Иглы охлаждаются только сна­ ружи. Дл я облегчения извлечения игл их делают конусными. По­ ломки игл возникают чаще всего из-за неудовлетворительной смазки и несоосности инструмента.

Ряд английских фирм для изготовления игл малого диаметра использует сталь с 9% W. В этом случае иглы не охлаждаются водой.

Фирма «Ло Мур Файн Стилз» применяет для игл сталь с 5% Cr; 1,5% V и 1,6% Mo. Игла перед прессованием смазывается коллоид­ ным раствором графита; это облегчает ее очистку от стеклосмазки. После каждого прессования производится очистка игл наждачной шкуркой с помощью специальной машинки. Стойкость игл диамет-

562

ления используют стали с высоким пределом прочности. Обычно шплинтоны изготовляют из инструментальной стали марок 7X3, 4ХН2В, 4ХВ2С, 5ХНМ, ОХНЗВФА и др.

Прессшайба передает давление от шплинтона к прессуемой за­ готовке; в результате длительного контакта с нагретым металлом ее лобовая поверхность сильно разогревается и изнашивается. Износ пресс-шайбы в первую очередь связан с интенсивным двусторонним нагревом рабочей кромки при прессовании. Металл, вдавливаемый

в зазор между стенкой контейнера и боковой поверхностью прессшайбы, оказывает расклинивающее действие, деформируя ее кром­ ку. Происходит смятие и наплыв металла на лицевую поверхность пресс-шайбы (рис. 11.19). В конце выдавливания пресс-шайба толчком вступает в контакт с более прочным металлом из «мертвой зоны». Это еще более интенсифицирует износ кромки. Она заги­ бается в сторону более разогретого металла, расположенного ближе к центральной зоне очага деформации. Рабочая высота пресс-шай­ бы вследствие деформации кромок уменьшается. Это приводит к более интенсивному истиранию боковой поверхности. В результате деформации кромок и повышенного истирания боковой поверхно­ сти рабочий диаметр пресс-шайбы уменьшается, и она становится непригодной для дальнейшей эксплуатации. Изготовление прессшайб с соответствующим закруглением краев (рис. 11.20) увели­ чивает их стойкость (табл. 11.5).

564

10.W. T ü r g e s, Gesundh Ing., Beiheft 19, Reihe 1, 1924.

11.Ж е л е з н о е Ю. Д. и др. Сталь. 1968, № 10.

21.Б о л ь ш а н и н а М. А., П а н и н В. Е. Скрытая энергия деформации. Исследования по физике твердого тела. Изд. АН СССР, 1965.

22.П а н и н В. Е. Физика металлов и металловедение, 1957, т. 4, вып. 2,

27.Г е л е й Ш. Расчет усилий и энергия при пластической деформации ме­ таллов. Металлургиздат, 1958.

28.Ц е л и к о в А. И. Теория расчета усилий в прокатных станах. Метал­ лургиздат, 1962.

29 К а p а к и н а А. А. и др. Известия вузов. Черная металлургия, 1966.

№8.

30.Сэкнмото Ясухиро. Температура поверхности рабочих валков стана для горячей прокатки полосовой стали. Экспресс-информация «Прокатка и прокатное оборудование», № 3, 1962.

31. T а р н о в с к и й И. Я- и др. Теория обработки металлов давлением. Металлургиздат, 1963.

567