книги из ГПНТБ / Прессование алюминиевых сплавов. Математическое моделирование и оптимизация

11

*

12

13

торые в дальнейшем подвергаются обработке резанием, должны иметь повышенную прочность, нерекристаллизо­ ванную структуру и ограниченную толщину крупнокри­ сталлического ободка.

Технологическая схема производства прессованных изделий включает следующие основные этапы: 1) изго­ товление слитков; 2) нагрев слитков; 3) прессование; 4) термообработка; 5) отделочная обработка.

Изготовление слитков

Успех изготовления прессизделий во многом зависит от качества заготовки и точности ее геометрических раз­ меров. Технологический процесс производства слитков

ние; 3) отливка слитков, 4) гомогенизация; 5) механиче­ ская обработка.

производительность печи колеблется от 60 до 100 т в сутки.

Полунепрерывный метод литья позволил в настоя­ щее время значительно улучшить качество поверхности и структуру исходных заготовок и повысить выход год­ ного. Интенсивное охлаждение затвердевающего метал­ ла обеспечивает тонко разветвленную структуру расту­ щих дендритов. Основную структуру такого слитка со­ ставляет пластичный твердый раствор с равномерным

распределением компонентов сплава и примесей по все­ му объему слитка.

Качество отливаемого металла удалось еще более улучшить благодаря внедрению электромагнитного пе­ ремешивания (ЭМП) металла, находящегося в жидкой ванне кристаллизующегося слитка. Вращающееся элек­ тромагнитное поле создает движение расплава в кри­ сталлизаторе. ЭМП позволяет улучшить однородность структуры и свойства металла, уменьшить макрозерни­

стость слитков, ликвацию легирующих элементов сплава.

В последнее время широкое распространение получи­

14

По способу взаимного перемещения исполнительных элементов прессовой наладки и заготовки схемы прессо­ вания могут быть разделены на прямое прессование, об­ ратное прессование и прессование с боковым истечением металла [4—6].

В производстве преобладают установки, предназна­ ченные для прямого прессования. Некоторые из этих установок, имеющие подвижный контейнер (ход контей­ нера должен быть больше его длины) и прошивную си­ стему, могут быть приспособлены с помощью специаль­ ных наладок для прессования обратным методом.

Прессование прямым методом обеспечивает получе­ ние всей номенклатуры прессованных изделий из алю­ миниевых сплавов, причем переналадка прессовой уста­ новки при переходе с одного вида изделия на другой осуществляется с минимальными затратами времени пу­ тем быстрой замены технологического инструмента. Другими преимуществами этого способа прессования яв­ ляются: 1) простота, позволяющая осуществить автома­ тизацию процесса; 2) удовлетворительное качество по­ верхности изделий; 3) наличие специализированных прессов.

Одновременно эта технологическая схема прессова­ ния имеет ряд существенных недостатков: 1) значитель­ ная неравномерность механических свойств изделий по их сечению и длине; 2) структурная неоднородность, ко­ торая в изделиях из алюминиевых сплавов проявляется в виде крупнокристаллического ободка; 3) большие от­ ходы металла; 4) непроизводительные затраты энергии на деформацию металла по всему объему контейнера; 5) ограничение скорости прессования ряда сплавов, свя­ занное с образованием поверхностных и внутренних трещин.

Эти недостатки можно устранить, применяя прессо­ вание со смазкой контейнера, а также специальные мат­ рицы, обеспечивающие герметизацию стыковки матрицы и контейнера и плавность перехода торца матрицы в по­ верхность контейнера.

При прессовании со смазкой уменьшается неодно­ родность механических свойств, сокращается величина крупнокристаллического ободка, повышается скорость прессования. Однако этот способ пока имеет ограничен­ ное применение, связанное с невозможностью прессова­ ния сложных профилей в многоочковые матрицы и прес­

16

сования полых профилей в комбинированные матрицы. Кроме того, прессование со смазкой без специализиро­ ванных вытяжных установок ухудшает условия труда.

Для уменьшения неравномерности деформации и по­ вышения эффективности прямого прессования исследо­ вались: применение специальных пластических оболо­ чек, прессование в валковую матрицу, прессование с не­ зависимым движением контейнера, прессование с ком­ пенсационной полостью, прессование в ультразвуковом поле, гидростатическое прессование и ряд других мето­ дов [5, 6]. Однако все они еще не внедряются в промыш­ ленность либо из-за отсутствия необходимого обору­ дования, либо из-за нецелесообразности широкого при­ менения их с экономической точкой зрения.

В связи с этим прямое прессование в настоящее вре­ мя является наиболее типичным для получения изделий из алюминиевых сплавов.

Температурно-скоростные режимы прессования

Качество прессованных изделий в значительной сте­ пени зависит от равномерности нагрева исходного мате­ риала до температуры прессования. Наибольшую равно­ мерность распределения температуры по сечению заго­ товки обеспечивает индукционный нагрев. В печах со­ противления нагрев связан со значительным темпера­ турным градиентом.

Температура слитка и продолжительность выдержки его в печи зависят от сплава, из которого изготовляются изделия, и от требований, предъявляемых к их качеству. Интервалы температур нагрева заготовок перед прессо­ ванием представлены в табл. 3.

Температура слитка влияет иа силовые и скорост­ ные параметры процесса. Для прессования изделий с большими коэффициентами вытяжки и изделий из вы­ сокопрочных сплавов необходимы высокие усилия, уменьшить которые можно нагревом слитков до темпе­ ратур, соответствующих максимальной пластичности деформируемого металла.

Необходимая температура слитка в процессе дефор­

18

в этом случае связано с локальным повышением темпе­ ратуры металла в очаге деформации, которое может привести к местным пережогам, появлению дефектов типа «елочка», т. е. к браку [5, 6].

Температура прессования может оказывать значи­ тельное влияние на качество структуры изделий. Многие алюминиевые сплавы очень чувствительны к изменению

кристаллический ободок, увеличиваются размеры зерен. Исключением является сплав В95, структура и ме­ ханические свойства которого в интервале 280—430° С практически не зависят от температуры прессования. Термически неупрочняемые сплавы с понижением темпе­ ратуры склонны к увеличению прочностных характери­ стик и снижению относительного удлинения.

Скорость прессования зависит от марки сплава, со­ стояния и размеров заготовки, метода прессования, си­ ловых возможностей прессовой установки и инструмен­ та, коэффициента вытяжки, сложности изделия, ко­ личества каналов матрицы. Существуют некоторые качественные закономерности, которые учитываются на практике:

1. По возможности увеличения скоростей прессова­ ния алюминиевые сплавы располагаются в следующем порядке: АМгб, В95, Д16, АД8, АМг5, Д1, АК6, АМгЗ, AB, АДЗЗ, АМг2, АД31, АМц, технически чистый алю­ миний. При этом на величину критической скорости ока­ зывают влияние качество заготовки и режим прессо­ вания.

2.Уменьшение граничного трения и неравномерности истечения металла при прессовании позволяет увеличи­ вать скорости прессования.

3.Увеличение габаритных размеров профиля и диа­ метра контейнера, а также увеличение коэффициента

вытяжки приводят к уменьшению скорости прессова­ ния.

4.С увеличением размеров заготовки скорость прес­ сования уменьшается в связи с возрастанием усилия прессования и уменьшением скорости отвода тепла че­ рез прессовый инструмент.

5.Усложнение конфигурации прессизделия приводит

кснижению скорости прессования. При прочих равных условиях наибольшая скорость возможна при прессова­