книги из ГПНТБ / Колпашников А.И. Гидропрессование металлов

румента. Вследствие нарушения герметизации в месте контакта заготовки с матрицей усложняется последую­ щее прессование.

Для устранения налипания металла необходимо ис­ пользовать матрицы с повышенной твердостью поверхно­ сти. Хорошие результаты получены при прессовании че­

«разрядке» жидкости высокого давления через прессутяжину. Величина прессостатка небольшая, но появление его значительно усложняет последующее прессование. Прессостаток необходимо удалять из матрицы, иначе при повторном прессовании жидкость будет вытекать по об­ разовавшемуся в нем каналу.

Для удаления прессостатка была разработана конст­ рукция отсекателя (рис. 82). Отсекатель крепят во вспо­ могательном прессштемпеле, который с помощью гидро­ цилиндра устанавливают на ось прессования; при совер­ шении холостого хода прессштемпель пробивает прессостаток. С помощью буртика, имеющегося на головке от­

металла. На основе анализа определены оптимальные уг­ лы конусности матрицы, величина которых при гидро­ прессовании с вытяжками более 10 равна 10—15 град.

Однако необходимо учитывать, что данные значения оп­ тимальных углов получены для условий установившегося процесса истечения при наличии жидкостного трения. В начальный момент прессования создаются более тя­ желые условия трения. В начальный момент величина оп­ тимального угла смещается в сторону больших значений, так как при этом уменьшается поверхность трения. Поэто­ му для процессов горячего прессования, при которых еще

липание металла при прессовании проволоки. Заготовки различных диаметров подвергали прессованию через стальную матрицу с углом конуса 45 град, и диаметром очка 0,76 мм. Начальная высота цилиндрического пояска

Для оценки влияния высоты пояска на устойчивость течения металла подсчитывали величину отношения Ар/р, где Ар — максимальное изменение давления во время stick—sleep-эффекта, р — среднее давление прес­ сования. Результаты этого исследования, отраженные на рис. 83, показывают важность уменьшения поверхности соприкосновения металла с инструментом в зоне очка

матрицы. Установлено, что при прессовании алюминия в условиях эксперимента при больших вытяжках удов­ летворительной является высота пояска, составляющая 30% диаметра очка.

Часто для стабилизации процесса истечения алюми­ ниевой проволоки к изделию прикладывают дополнитель­ ную механическую нагрузку, т. е. сочетают процесс воло­ чения с гидропрессованием [49].

Результаты эксперимента, полученные при выдавли­ вании проволоки, были подтверждены и при прессовании алюминиевых прутков. В работе [127] изучали влияние различной высоты калибрующего пояска на давление вы­ давливания. Для этой цели заготовки диаметром 20 мм сплава АМц прессовали через матрицу с диаметром оч­ ка, равным 9 мм, и углом конуса 20 град. Матрицы име­ ли различную высоту калибрующего пояска: 3, 6 и 9 мм, давления выдавливания соответственно составили 6000, 6600 и 7000 ат, т. е. при увеличении высоты калибрующе­ го пояска в три раза давление выдавливания возрастает на 15—20%.

При выдавливании заготовок сплава АМгб через мат­ рицу с калибрующим пояском, равным 3 мм, на поверх­ ности полученных прутков образовались трещины. Мини­ мально возможный калибрующий поясок, через который удалось выдавить сплав АМгб без дефектов, был высо­ той 6 мм.

Таким образом, изменяя величину калибрующего по­ яска, можно регулировать величину противодавления, которое действует на металл при выходе его из очага де­ формации.

В работе [128] указано на увеличение давления вы­ давливания с уменьшением длины конусной части заго­ товки. Были проведены исследования по изучению этой зависимости [127]. Заготовки сплава АМц диаметром 20 мм, имеющие различную длину конуса, прессовали че­

При длине конусной части заготовки 32 мм диаметр торца заготовки равен диаметру очка матрицы, т. е. 9 мм, давление выдавливания такой заготовки минимальное — 6600 ат. Уменьшение длины конусной части заготовки до 16 мм вызывает незначительное увеличение давления выдавливания — на 5—8%. Дальнейшее уменьшение длины конуса связано с более интенсивным ростом дав­

мерность, очевидно, определяется тем, что с уменьшени­ ем контактной поверхности возрастают начальные удель­ ные давления, которые нарушают целостность смазочной пленки.

Для уточнения условий осуществимости процесса гидростатического прессования была изучена зависи­ мость давления выдавливания от величины зазора меж­ ду заготовкой и стенками контейнера. Изменение зазора между заготовкой и стенками контейнера до 0,1 мм не влияет па зависимость торцового давления от степени де­ формации. Дальнейшее уменьшение зазора вызывает не­ которое повышение торцового давления, связанное, оче­ видно, с тем, что смазка частично выжимается из зазора между контейнером и заготовкой.

При бескомпрессорном гидростатическом прессова­ нии скорость истечения металла заготовки из контейнера зависит от скорости движения плунжера в контейнере и от соотношения диаметров заготовки и контейнера.

Таким образом, при бескомпрессорном гидростати­ ческом прессовании на одной и той же установке, при од­ ной и той же скорости движения плунжера, при дефор­ мировании металла на одинаковую степень деформации можно достигать различных скоростей истечения метал­ ла заготовки, уменьшая или увеличивая диаметр заго­ товки. Как известно, сопротивление деформации зависит от скорости деформирования, поэтому при бескомпрес­ сорном гидростатическом прессовании возможно измене­ ние давления выдавливания при изменении начального диаметра заготовки и постоянной величине степени де­ формации.

Для проверки указанного факта заготовки сплава АМц различного начального диаметра выдавливали с одинаковой степенью деформации 75% и осуществляли запись давления выдавливания. Выдавливание произво-

Исходя из данных работы [7] (табл. 17), можно сде­ лать вывод о влиянии формы изделия на давление вы­ давливания.

Из данных табл. 17 следует, что с увеличением пери­ метра поперечного сечения пресснзделия при прочих рав­ ных условиях давление выдавливания растет.

Исключительный интерес представляет технология гидропрессовапия вакуумной меди, разработанная авто­ рами работ [129; ПО, с. 379]. Металлографическое ис­ следование показало, что микроскопические поры и тре­ щины в медных образцах исчезали при гидростатичес­ ком выдавливании вследствие того, что гидростатической составляющей напряжения сопутствовала существенная по своей величине пластическая деформация [129].

В работе [ПО, с. 379] исследовали влияние процесса гидроэкструзпи на вакуумную плотность меди электрон­ нолучевой плавки. В результате эксперимента определя­ ли величину натекания гелия через дефекты материала. Установлено, что величина натекания через образцы из меди после холодной гидроэкструзпи с деформацией є = 85% в три раза ниже, чем после обычного горячего прессования, и па два порядка ниже, чем через образцы из литой недеформпрованноп меди. При повышенной температуре (400°С) натекаиие различается соответст­ венно в 7 и 40 раз.

8. ГИДРОПРЕССОВАНИЕ СТАЛЕЙ И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Процессы прессования сталей и титановых сплавов получили распространение после разработки и широкого внедрения стеклянных смазок. Развитию прессования сталей и титановых сплавов способствовало также рас­ ширение сортамента и количества необходимых для про­ мышленности профилей из малопластичных и труднодеформируемых сплавов рассматриваемой группы.

Прессованием обрабатывают сталь многих марок, причем сортамент прессизделий включает широкий диа­ пазон размеров и видов профилей.

В настоящее время освоено прессование углероди­ стых, низколегированных, подшипниковых, конструкци­ онных, нержавеющих, кислотостойких, жаростойких, ин­ струментальных, быстрорежущих, ферритных и других видов стали. Прессованием обрабатывают чугун, моди-

фицироваиный магнием и легированный титаном или мо­ либденом. При этом получают прутки и трубы на­ ружным диаметром 40—150 мм, толщиной стенки более 3,5 мм и длиной до 5 м.

Прессованием стали можно получать прутки, профи­ ли и трубы. Прессованные прутки производят из стали только тех марок, которые трудно обрабатывать прокат­ кой. Трубы прессуют в широком диапазоне размеров, на­ ружный диаметр их может составлять от 20 до 510 мм. Минимальная площадь поперечного сечения прессован­ ных изделий из стали 3 см2.

Промышленное производство прессованных полуфаб­ рикатов из титановых сплавов требует специальных ус­ ловий. Прессованием можно получать прутки, трубы и профили. Толщина стенки прессованных труб и профи­ лей из чистого титана составляет не менее 5 мм, а из сплавов 7—8 мм. Есть указания об изготовлении из тита­ новых сплавов профилей типа панелей. Степень вытяжки

Прямое прессование сталей и титановых сплавов ве­ дут, как правило, со смазкой контейнера и матрицы при нагреве металла заготовки до температур 900—1200°С (в зависимости от марки сплава) со скоростью прессова­ ния от 1 до 10 м/сек.

Общие недостатки процессов прямого прессования сталей и титановых сплавов — необходимость нагрева заготовки до высоких температур, низкая стойкость ин­ струмента, сложность формирования надежной смазоч­ ной пленки в контактной зоне очага деформации, нали­ пание металла на инструмент и, как следствие, снижение качества поверхности, значительная неоднородность ме­ ханических свойств по длине и поперечному сечению прессизделий, сложность создания постоянного противо­ давления при прессовании особо труднодеформируемых и хрупких сплавов.

Предварительный нагрев до высоких температур при­ водит при прессовании сталей к значительному угару ме­ талла и ухудшению качества поверхности прессизделий из-за внедрения окалины.

На поверхности прессизделий из титановых сплавов образуются окислы титана, запрессованные с поверхнос­ ти нагретого слитка, а также нитриды и карбиды тита-

на, отличающиеся высокой твердостью и резко влияющие на износ инструмента. Кроме того, над пленкой окислов имеется так называемый альфированный слой, также от­ личающийся повышенной твердостью и способствующий износу инструмента. Применение в качестве материала для прессованных матриц наиболее высококачественных сталей типа ЗХ2В8 и Р18 не достигает цели. Стойкость матрицы исчисляется единицами прессовок. Несколько более высокая стойкость матриц получается при приме­ нении сплава ЖС6, а также нимоников, но все это удо­ рожает стоимость прессового передела. Прессование без смазки приводит к резкому повышению требуемого дав­ ления пресса.

Изложенный выше анализ обычных способов прессо­ вания сталей и титановых сплавов показывает, что внед­ рение процессов гидропрессования рассматриваемой группы сплавов в промышленность обеспечит в ряде случаев значительный технико-экономический эффект.

Процесс гидропрессования с небольшими и средни­ ми степенями деформации можно вести без нагрева ме­ талла заготовки. Помимо снижения расхода электро­ энергии и общей трудоемкости процесса, это обеспечи­ вает улучшение качества поверхности и повышение точности прессизделий, а в ряде случаев повышение ме­ ханических и специальных свойств [130].

При горячем гидропрессовании сталей и титановых сплавов температура предварительного нагрева также может быть значительно снижена. Кроме того, в процес­ сах горячего гидропрессоваиия резко снижается износ прессового инструмента, отсутствует налипание металла

менением связующих материалов, гальванический и вти­ ранием. Были применены следующие покрытия: на осно­ ве цинка; на основе свинца; на основе алюминия; кадмие­ вое; MoS2 (5—10%)+нигрол; MoS2 ; графит+ЦИАТИМ203; графит; сульфидное; нигрол.

Испытания проводили на образцах из стали У8, чи­ стота поверхности образцов соответствовала V6, коли­ чество образцов для каждого вида смазки не менее б шт. Матрица была изготовлена из стали ШХ15 с углом фор­ мообразующего конуса 40 град. Перед покрытием заго­ товки обезжиривали. Испытания проводили при комнат­ ной температуре. В качестве жидкости, передающей давление, использовали смесь керосина с минеральным маслом (индустриальное 20) в пропорции 1:1. Основные параметры гидроэкструзии цилиндрических заготовок приведены в табл. 18.

Для покрытий на основе цинка, свинца и алюминия использовали полуфабрикаты химической промышлен­ ности: муфельные сухие цинковые белила, свинцовый глет или сурик, алюминиевую пудру.

Перечисленные компоненты связывали 73% -ной олифой.

В результате проведенных исследований можно от­ метить следующее. Гидроэкструзия заготовок без смаз­ ки характеризуется высоким усилием выдавливания, плохим качеством поверхности и неравномерностью де­ формации. Экструзия носит прерывистый характер. Не­ значительное снижение усилия выдавливания наблю­ дается при применении в качестве смазки высоковязких минеральных масел типа нигрола. При больших давле­ ниях смазочная пленка нарушается, течение металла при этом прерывистое, качество поверхности плохое.

Значительный эффект, как видно из табл. 18, полу­ чается при применении покрытий на основе цинка, кад­ мия и свинца. Эти покрытия резко снижают силовой ре­ жим гидроэкструзии (в 1,4 раза по сравнению с гидро­ экструзией заготовок без смазки) и износ матрицы, со­ здают условия для равномерного истечения металла при экструзии. Изделия получаются с поверхностью высо­ кого качества.

На машиностроительных заводах для изготовления металлорежущего инструмента широко применяют бы­ строрежущие стали Р18, Р12 и др., отличающиеся повы-