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

Прессование с обратным истечением проводили на прессе усилием 50 МН (5000 тс) из контейнера диамет­ ром 370 мм в девятиочковую матрицу с коэффициентом вытяжки 24,4.

Все отпрессованные прутки подвергали отжигу в шахтных электропечах с принудительной циркуляцией воздуха. С каждого конца прутка длиной 2,5 м отбирали по три образца для испытания на растяжение.

Результаты механических испытаний прутков обраба­ тывали на основе методов математической статистики. По специально разработанной программе на ЭВМ «Минск-22» определяли следующие статистические ха­ рактеристики:

1. Математическое ожидание (среднее арифметиче­ ское) X.

2.Выборочную дисперсию S2n.

3.Выборочный стандарт ошибки S n-

4.Доверительный интервал математического ожида-

Результаты статистической обработки значений пре­ дела прочности прутков II перепада предела прочности приведены в табл. 37.

На рис. 60 представлены кривые плотности распреде­ ления значений пв и Дав. Заштрихованная часть площа­ ди плотности распределения представляет собой довери­ тельный интервал средней (математического ожидания) при Я = 0,99.

242

Из приведенных данных видно, что обратное прессо­ вание является наиболее приемлемым методом получения прутков с заданными свойствами. Прутки, отпрес­ сованные по этой технологии, имеют минимальное значе-

Ркс. 60. Кривые плотности распределения величин <?в и Ло0 прутков спла­ ва АМгб в зависимости от технологии прессования:

/ — заданный уровень; 2 — прямое прессование; 3 — двойное прессование; 4 — тройное прессование; 5 — обратное прессование

ние как доверительного интервала математического ожидания, так и величин выборочной дисперсии (квадратич­ ного отклонения).

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРЕССОВАНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ОБРАТНЫМ МЕТОДОМ

Предпосылки для промышленного внедрения метода обратного прессования

Сравнительный качественный и количественный ана­ лиз металла в деформированном состоянии, а также ус­ тановленная зависимость структуры и механических

свойств полуфабрикатов из алюминиевых сплавов от ме­ тода прессования подтверждают, что процесс обратного прессования имеет значительные преимущества перед процессом с прямым истечением.

Исследования показывают, что при обратном прессо­ вании поверхностный слой слитка не внедряется во внут­ ренние слон изделия, а распределяется только по его поверхности.

Следовательно, при удовлетворительном качестве по­ верхности слитков можно гарантировать хорошее качест­ во поверхности изделий, полученных обратным прессова­ нием.

Успешному решению этой задачи в определенной сте­ пени способствовало проведение ряда работ, направлен­ ных на усовершенствование процессов литья заготовок из алюминиевых сплавов. Слитки с хорошей поверхно­ стью и улучшенной структурой получаются при исполь­ зовании полунепрерывного метода литья, а также мето­ да литья в электромагнитный кристаллизатор (бескристаллизаторное литье). Хорошие результаты дает ин­ дукционный нагрев слитков перед прессованием; при таком нагреве окисление поверхности заготовок происхо­ дит в значительно, меньшей степени, чем при нагреве в печах сопротивления.

Ведутся работы по улучшению конструкции прессо­ вого инструмента и по усовершенствованию технологии его изготовления. Созданы новые инструментальные ста­ ли, в частности сталь марки ЗХВ4СФ, которая при рабо­ чих температурах имеет в полтора раза более высокий предел текучести, чем применяемые раньше стали 5ХНВ и 5ХНМ. Для изготовления прессового инструмента на­ чали использовать также сталь марки 40ХСН2МВФ, ко­

также хорошими пластическими свойствами, а поковки из них имеют размеры, достаточные для изготовления любого прессового инструмента. Использование новых сталей позволяет значительно сократить упругую дефор­ мацию инструмента при прессовании, повысить его изно­ состойкость.

Впервые прессование с обратным истечением было использовано в промышленности в 1924 г. после введе­ ния в эксплуатацию пресса обратного действия. Изобре­ тателем и конструктором этого пресса был Джепдерс.

244

В дальнейшем предложения я им схема прессования бы­ ла заложена в некоторые горизонтальные гидравличес­ кие прессы [73], которые частично применяли для обрат­ ного прессования алюминиевых сплавов.

Рис. G1. Схема обратного прессования на прессе с прошивной системой:

б) прошивка прессостатка иглой после окончания прессования для отделения его от прессуемого изделия; в) транспортировка матрицы — прессшайбы после окончания процесса в исходное положение перед прессо­

ванием.

Таким образом, для осуществления обратного прес­ сования конструкция пресса должна удовлетворять сле­ дующим требованиям:

а) ход контейнера должен быть не меньше его дли­

ны;

б) пресс должен иметь прошивную систему; в) пресс должен быть снабжен специальным транс­

портирующим устройством для транспортировки матри­ цы — прессшайбы.

Такая схема прессования может быть осуществлена на отечественных прессах с прошивной системой, напри­ мер на прессе усилием 35 МН (3500 тс). Однако эти

245

прессы используют в промышленности только для прес­ сования труб. Кроме того, по сравнению с обычными прутково-профильными эти прессы гораздо сложнее по конструкции и соответственно дороже.

Вто же время, если конструкция пресса и удовлет­ воряет отмеченным выше требованиям, возможности его ограничены, так как на нем можно прессовать изделия сравнительно простой конфигурации (прутки, полосы) в одно- и двухочковые матрицы. Прессование профилен сложной конфигурации или прутков в многоочковые мат­ рицы невозможно из-за трудностей, возникающих при отделении прессостатка.

Вработе [74] предлагается применение обратного прессования изделий из тяжелых цветных сплавов на прессе усилием 15 МН (1500 тс). При этом можно осу­ ществить обратное прессование с «рубашкой», используя матрицу — прессшайбу специальной конструкции.

На одном из отечественных заводов для прессования изделий из тяжелых цветных сплавов используется ме­ тод прессования с подвижной втулкой контейнера [75]. Однако оба эти метода не могут быть использованы для прессования алюминиевых сплавов из-за трудностей тех­ нологического характера.

Для широкого и быстрого внедрения метода обрат­ ного прессования необходимо создать такие наладки, ко­ торые позволили бы осуществить этот процесс на боль­ шинстве работающих прессов. Кроме того, эти конструк­ тивные изменения должны значительно расширить но­ менклатуру изделий, прессуемых с обратным истече­ нием.

Врезультате ряда работ было создано несколько тех­ нологических схем, которые позволили в определенной степени решить поставленную задачу.

Новые технологические схемы обратного прессования

Первая из предлагаемых схем прессования представ­ лена на рис. 62. Основное ее отличие от ранее известных заключается в том, что вместо пробки, перекрывающей обычно при обратном прессовании контейнер, к подуш­ ке главного плунжера пресса крепится прессштемпель прямого действия.

Прессование осуществляется следующим образом.

246

После выполнения всех подготовительных операций (загрузки слитка в контейнер, отвода контейнера в ис­ ходное положение и т. д.) усилие пресса через пресс-

штемпель прямого действия и прессшайбу передается не­ посредственно на слиток.

Контейнер за счет сил сцепления со слитком в про­ цессе прессования движется в направлении движения главного плунжера. После окончания процесса прессова-

'Z/AZ7777>, &77ZZZZZZZr,

Рис. 62. Схема обратного прессования на прессах без прошивной системы:

ппя и освобождения мундштука пресса от клина-затвора дается дополнительный ход главному плунжеру вперед, прессостаток и матрица-прессшайба проталкиваются че­ рез контейнер. В момент выхода матрицы-прессшайбы из контейнера опа отрывается от прессостатка и прессован­ ные изделия выходят из очка матрицы. Прессостаток за­ тем выталкивается из контейнера ходом главного плун­

247

жера и после выхода выдвижного стола из горловины пресса отделяется при помощи циркуляционной пилы, ко­ торая установлена между станиной прессножниц и не­ подвижной траверсой пресса.

Эту схему можно применять для прессования прут­ ков в одноочковые и многоочковые матрицы, профилей, габариты коіюрых вписываются во внутренюю полость прессштемпеля обратного действия, а также профилей периодического сечения. Однако на прессах, не имеющих

Рис. 63. Схема обратного прессования из слитка полной длины на прессе, не имеющем двойного хода главного плунжера:

двойного хода главного плунжера, длина слитка ограничена. Это связано с тем, что в пространство между тор­ цом прессштемпеля прямого действия (при положении главного плунжера в заднем положении) и проставоч­ ной частью пресса должен, кроме слитка, поместиться прессштемпель обратного действия с закрепленной на нем матрицей-прессшайбой. Таким образом, максималь­ ная длина слитка уменьшается примерно в полтора раза. Па прессе усилием 50 МН (5000 тс) при прессовании по данной схеме максимально возможная длина слитка рав­ на 700 мм при длине контейнера 1200 мм.

248

Поэтому крупногабаритные изделия, например прут­ ки больших диаметров, более целесообразно изготавли­ вать по схеме, представленной на рис. 63.

Она отличается от описанной выше тем, что в проб­ ке, перекрывающей контейнер пресса, вмонтировано спе­ циальное устройство для отделения прессостатка от прес­ суемого изделия.

Прессование по данной схеме осуществляется следу­ ющим образом.

После загрузки слитка в контейнер п отвода контей­ нера от проставочной части на величину, равную длине прессштемпеля обратного действия, в проставочную часть пресса заходит мундштук с закрепленным в нем прессштемпелем, на торце которого находится матрпцапрессшайба. После этого главный плунжер пресса дви­ жется вперед, пробка перекрывает контейнер и передает на слиток усилие главного плунжера. Прессование пре­ кращается при прессостатке высотой 30—40 мм. Прессостаток отделяется прошивными стержнями, вмонтиро­ ванными в пробку.

После выпрессовки матрицы-прессшайбы и прессос­ татка ходом контейнера вперед главный плунжер дви­ жется назад. На торцах прошивных стержней имеются специальные карманы для затечки металла прессостатка, поэтому происходит сцепление прошивных стержней и прессостатка; при движении главного плунжера назад стержни выдвигаются из пробки и становятся в исход­ ное положение для прошивки прессостатка. Прошивные стержни крепятся на специальном диске, который явля­ ется одним из элементов байонетного соединения, служа­ щего для фиксации стержней в исходном положении во время прошивки прессостатка. Привод байонетного сое­ динения осуществляется от пневматического цилиндра, вмонтированного в пробку.

После того как прошивные стержни выдвинуты из пробки и зафиксированы, дается ход главному плунжеру; происходит прошивка прессостатка и проталкивание из­ делий через матрицу-прессшайбу. Прошитый прессостаток отделяется от матрицы-прессшайбы ходом контейне­ ра от проставочной части пресса. Цикл прессования за­ канчивается снятием матрицы-прессшайбы с торца прессштемпеля п выдвижением мундштука из горловины пресса.

Такой метод отделения прессостатка позволяет осу­

249

ществить обратное прессование из слитков, длина кото­ рых равна полной рабочей длине контейнера, на прессах без прошивной системы и не имеющих двойного хода

главного плунжера.

Описанные выше схемы обратного прессования могут быть использованы на большинстве неспециализирован­ ных прутково-профильных прессов без их переделки или модернизации. Необходимо только применение специаль­ ных инструментальных наладок.

В отечественной заводской практике прессостаток от­ деляется также специальными прессножницами, установ­ ленными на подвижном контейнере.

Вдоль выдвижного стола готовой продукции переме­ щается специальная тележка, которая фиксируется на любом расстоянии от горловины пресса. На тележке име­ ется захватное устройство для удержания отпрессован­ ных изделий. После отделения прессостатка прессножни­ цами и подъема клин-затвора дается предварительный ход контейнеру и выдвижному столу в сторону проста­ вочной части пресса. Отпрессованные изделия зажима­ ются захватным устройством, после чего стол пресса передвигается в сторону контейнера, и матрица-пресс- шайба освобождается от изделий.

Такой способ целесообразно использовать при прессо­ вании прутков в многоочковые матрицы, а также профи­ лей сложной конфигурации.

Разработанные технологические схемы позволили применять метод обратного прессования в прутково-про­ фильных цехах по производству полуфабрикатов из алю­ миниевых сплавов. На одном из заводов производство прутков обратным прессованием составляет 90% от об­ щего выпуска. Этим методом изготавливают прутки всех алюминиевых деформируемых сплавов диаметром от 12 до 300 мм. Прутки диаметром до 35 мм получают по схе­ ме рис. 62.

В данном случае матрица имеет от 4 до 16 каналов. Более крупные прутки изготавливают по схеме рис. 63. Такие прутки прессуют в одно, двух, четырех и шестика­ нальные матрицы. Внедрение обратного прессования поз­ волило значительно поднять производительность труда и повысить выход годного.

250

Г л a it a YI

РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРНО-СКОРОСТНЫХ УСЛОВИЙ ПРЕССОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

К одному из основных способов повышения произво­ дительности прессовых установок относится увеличение скорости прессования. Однако, как это показано в гла­ ве III, каждый сплав имеет оптимальную температурно­ скоростную область деформирования, обеспечивающую его максимальную пластичность. При чрезмерном повы­ шении температуры в очаге деформации поверхностные слои прессуемого изделия разрушаются, так как в этом случае исчерпывается ресурс пластичности и появляется характерный дефект — «елочка» (рис. 64). В связи с

Рис. 64. Характерный дефект при прессовании алюминиевых сплавов — «елочка»

этим при прессовании профилей и прутков без смазки для различных сплавов установлены определенные ско­ рости истечения, м/мин:

Одним из возможных методов исследования темпера­ турно-скоростного режима прессования является метод электротепловой аналогии (ЭТА), сущность которого подробно описана в работе [76].

251