Устаткування для пресування металу. Пресування

Пресування металу

Сутність пресування полягає в тому, що напівфабрикати та готові вироби одержують видавлюванням із замкнутої порожнини через отвір. Пресування широко застосовують для отримання прутків круглого перерізу або труб діаметром до 400 мм, а також отримання різних профілів.

Вихідним матеріалом для пресування є зливки з пластичних кольорових металів і сплавів (міді та її сплавів, нікелевих, магнієвих сплавів), а також сталі. Пресовані вироби вирізняються високою точністю геометричної форми, високою якістю поперхності. Пресування – високопродуктивний процес отримання різних виробів складного поперечного перерізу. Деякі види пресованих профілів наведено на рис. 1. Сутність процесу пресування полягає в тому, що метал, поміщений у замкнутий об'єм - контейнер, піддається високому тиску і натискається через отвір, приймаючи його форму.

Р іс. 1. Види пресованих профілів: а - рейка; б - уголобульб; в - швелер з полицею; г - овальна трубка

Існують два методи пресування - прямий та зворотний.

Мал. 2. Схеми прямого та зворотного пресування

При прямому пресуванніпрутків 1 (рис. 2а) заготівлю у вигляді зливка 3 поміщаютьу контейнер 4. Заготівлю для пресування нагрівають до певної температури, що забезпечує достатню пластичність при пресуванні матеріалу. Тиском пуансона 5 метал зливка видавлюється через матрицю 2, з якої виходить пресований дротик. За допомогою прямого пресування отримують профілі, прутки та труби. Щоб отримати трубу, на шляху виходу прутка ставлять I голку, обтікаючи яку, метал утворює внутрішню циліндричну порожнину.

При зворотне пресування(рис. 2б) у контейнер 8 поміщають нагрітий злиток 6. Порожнистий пуансон 7 натискає на м'який метал, і через матрицю він витісняється всередину пуансона, утворюючи пруток. Цілком весь метал у витрату не йде. Наприкінці операції у контейнері залишається частина зливка, яку називають прес-залишком. Такий метод пресування зазвичай застосовують для одержання прутків. Істотною перевагою зворотного методу пресування є те, що метал, що пресується, не переміщається вздовж стінок матриці. При прямому методі зусилля пресування значно більше. Пуансон 5 пересуває нагрітий метал 3 у напрямку матриці 2, що і викликає значну силу тертя матеріалу злитка про внутрішню поверхню контейнера 4. Внаслідок цього при зворотному пресуванні зусилля видавлювання знижується майже на 30 %. При зворотному пресуванні знижується маса прес-залишку в 2 – 3 рази. Однак перелічені переваги не завжди є визначальними. Це з тим, що устаткування зворотного пресування! значно дорожче та складніше, ніж для прямого. Саме тому вартість продукції значно зростає. Пресування виконують на гідравлічних пресах. При цьому весь процес пресування профілів та труб автоматизують.

Пресування

Пресування– вид обробки тиском, при якому метал видавлюється із замкнутої порожнини через отвір у матриці, що відповідає перерізу пресованого профілю.

Це сучасний спосіб отримання різних профільних заготовок: прутків діаметром 3...250 мм, труб діаметром 20...400 мм з товщиною стінки 1,5...15 мм, профілів складного перерізу суцільних і порожнистих з площею поперечного перерізу до 500 см 2 .

Вперше метод було науково обґрунтовано академіком Курнаковим Н.С. в 1813 році і застосовувався головним чином для одержання прутків та труб з олов'янисто-свинцевих сплавів. В даний час як вихідну заготівлю використовують зливки або прокат з вуглецевих і легованих сталей, а також з кольорових металів і сплавів на їх основі (мідь, алюміній, магній, титан, цинк, нікель, цирконій, уран, торій).

Технологічний процес пресування включає операції:

· підготовка заготовки до пресування (розрізка, попереднє обточування на верстаті, оскільки якість поверхні заготовки впливає якість і точність профілю);

· Нагрів заготовки з подальшим очищенням від окалини;

· Укладання заготівлі в контейнер;

· безпосередньо процес пресування;

· Оздоблення виробу (відділення прес-залишку, розрізка).

Пресування проводиться на гідравлічних пресах з вертикальним або горизонтальним розташуванням плунжера потужністю до 10 000 т.

Застосовуються два методи пресування: прямийі зворотний(Рис. 11.6.)

При прямому пресуванні рух пуансона преса і витікання металу через отвір матриці відбуваються в одному напрямку. При прямому пресуванні потрібно прикладати значно більше зусилля, оскільки його частина витрачається на подолання тертя при переміщенні металу заготовки всередині контейнера. Прес-залишок становить 18...20% від маси заготівлі (у деяких випадках – 30...40%). Але процес характеризується вищою якістю поверхні, схема пресування простіша.

Мал. 11.6. Схема пресування прутка прямим (а) та зворотним (б) методом

1 – готовий пруток; 2 – матриця; 3 – заготівля; 4 - пуансон

При зворотному пресуванні заготовку закладають у глухий контейнер, і вона при пресуванні залишається нерухомою, а закінчення металу з отвору матриці, яка кріпиться на кінці порожнистого пуансона, відбувається в напрямку зворотному руху пуансона з матрицею. Зворотне пресування потребує менших зусиль, прес-залишок становить 5...6%. Однак менша деформація призводить до того, що пресований пруток зберігає сліди структури металу литого. Конструктивна схема складніша

Процес пресування характеризується такими основними параметрами: коефіцієнтом витяжки, ступенем деформації та швидкістю закінчення металу з окуляри матриці.

Коефіцієнт витяжки визначають як відношення площі перерізу контейнера до площі перерізу всіх отворів матриці.

Ступінь деформації:

Швидкість закінчення металу з окуляра матриці пропорційна коефіцієнту витяжки та визначається за формулою:

де: - Швидкість пресування (швидкість руху пуансона).

При пресуванні метал піддається всебічному нерівномірному стиску та має дуже високу пластичність.

До основних переваг процесу належать:

· Можливість обробки металів, які через низьку пластичність іншими методами обробити неможливо;

· Можливість отримання практично будь-якого профілю поперечного перерізу;

· Отримання широкого сортаменту виробів на тому самому пресовому обладнанні із заміною тільки матриці;

· Висока продуктивність, до 2 ... 3 м / хв.

Недоліки процесу:

· Підвищена витрата металу на одиницю виробу через втрат у вигляді прес-залишку;

· Поява в деяких випадках помітної нерівномірності механічних властивостей по довжині та поперечному перерізу виробу;

· Висока вартість та низька стійкість пресового інструменту;

· Висока енергоємність.

Волочення

Сутність процесу волочіння полягає в протягуванні заготовок через отвір (фільєру), що звужується, в інструменті, званому волокою. Конфігурація отвору визначає форму одержуваного профілю. Схема волочіння представлена ​​на рис.11.7.

Рис.11.7. Схема волочіння

Волочінням отримують дріт діаметром 0,002...4 мм, прутки та профілі фасонного перерізу, тонкостінні труби, у тому числі і капілярні. Волочення застосовують також для калібрування перерізу та підвищення якості поверхні виробів, що обробляються. Волочення частіше виконують за кімнатної температури, коли пластичну деформацію супроводжує наклеп, це використовують для підвищення механічних характеристик металу, наприклад, межа міцності зростає в 1,5...2 рази.

Вихідним матеріалом може бути гарячекатаний пруток, сортовий прокат, дріт, труби. Волочінням обробляють сталі різного хімічного складу, кольорові метали та сплави, у тому числі й дорогоцінні.

Основний інструмент при волочении – волоки різної конструкції. Волока працює у складних умовах: велика напруга поєднується зі зносом при протягуванні, тому їх виготовляють із твердих сплавів. Для отримання особливо точних профілів волоки виготовляють із алмазу. Конструкція інструменту представлена ​​на рис. 11.8.

Рис.11.8. Загальний виглядволоки

Волока 1 закріплюється в обоймі 2. Волоки мають складну конфігурацію, її складовими частинами є: забірна частина I, що включає вхідний конус та мастильну частину; деформуюча частина II з кутом у вершині (6…180 – для прутків, 10…240 – для труб); циліндричний калібруючий поясок III довжиною 0,4 ... 1 мм; вихідний конус IV.

Технологічний процес волочіння включає операції:

· Попередній відпал заготовок для отримання дрібнозернистої структури металу і підвищення його пластичності;

· травлення заготовок у підігрітому розчині сірчаної кислоти для видалення окалини з подальшим промиванням, після видалення окалини на поверхню наносять підмастильний шар шляхом омеднения, фосфотування, вапнування, до шару добре прилипає мастило і коефіцієнт тертя значно знижується;

Процес пресування є видавлюванням металу, поміщеного в замкнуту порожнину контейнера, через отвір матриці. Цей спосіб знаходить широке застосування при деформуванні як в гарячому, так і в холодному стані металів, що мають не тільки високу податливість, але і мають велику жорсткість.

Пресуванням виготовляються різноманітні види виробів: цілісні перерізом 3250 мм; різні порожнисті профілі з постійним та змінним перерізом 20÷400 ммта товщиною стінки 1÷3 мм; труби20400 ммпри товщині стінки 1,512 мм,. Деякі види виробів представлені на малюнку 28. Профілі, одержувані пресуванням, часто виявляються більш економічними, ніж виготовляються прокаткою, а в деяких випадках їх неможливо зробити іншим способом.

Види відпресованих виробів.

Основною перевагою пресування металу належать:

можливість пластичної обробки з великими витяжками;

обробка малопластичних металів;

можливість отримання практично будь-якого поперечного перерізу виробу;

універсальність обладнання для одержання різних виробів;

висока якість поверхні, точність.

До недоліків можна віднести:

підвищена витрата металу на одиницю виробу;

підвищена витрата енергії;

періодичність процесу;

Висока вартість інструменту.

Розрізняють 2 основних способи пресування: прямий (Малюнок 29 а) та зворотний (Малюнок 29 б).

При прямому методі нагрітий злиток циліндричної форми, поміщений у контейнер, піддається тристоронньому стиску. Тиск металу передається прес – штемпелем, матриця – нерухома.

При зворотному методі пресування прес - штемпель робиться порожнім і його кінці зміцнюється матриця. При русі прес – штемпеля праворуч наліво, матриця, що є водночас і прес – шайбою, тисне на торцеву частину зливка, у своїй метал змушений витікати у напрямі, т.к. контейнер у протилежному напрямку закритий масивною завзятою шайбою. Якщо при прямому методі вся маса зливка переміщується всередині контейнера в напрямку руху (течі) металу, то при зворотному пресуванні злиток нерухомий щодо стінок контейнера, внаслідок чого значно зменшується дія сил тертя при пресуванні. В результаті зусилля пресування зворотним методом знижується на 25 30%, але конструкція преса при цьому ускладнюється. До переваг зворотного методу відноситься також і зниження втрат металу, 1518% металу йде у відходи при прямому методі, в так звану видру (прес-залишок), і 56% при зворотному.

Схеми пресування: а- Прямий метод, б- Зворотний метод.

Пресування труб проводиться зазвичай прямим методом, хоча можливе пресування коротких труб великого діаметру (300400мм.) зворотним методом.

Розглянемо пресування труби прямим способом (Малюнок 30). Злиток міститься в контейнер, включається головний гідроциліндр і починається рух прес-шайби, при цьому відбувається розпресування зливка, тобто заповнення контейнера металом. Наступною операцією перед пресуванням є прошивка металу в контейнері сталевою голкою.

Голка пов'язана зі штоком спеціального прошивного циліндра, розташованого на осі преса серед головного гідроциліндра. Передній кінець голки проходить через розпресований метал, висуваючись на деяку відстань в отвір матриці і зупиняється. Потім включається головний циліндр преса, починає рух прес-шайба і метал починає текти через кільцевий зазор, утворений стінками отвору матриці та зовнішньою поверхнею голки.

Схема пресування порожнистої заготівлі.

Під час пресування виникає вогнище деформації, яке залежить від способу пресування, коефіцієнт тертя, податливості металу. Розрізняють три основні види вогнища деформації. Рисунок 31.

Перший вигляд(Малюнок 31 а) характерний тим, що деформація зосереджена поблизу матриці.

Такий вид спостерігається при зворотному пресуванні, а також при прямому, якщо коефіцієнт тертя низький (ретельна обробка стінок контейнера та якісне мастило). Пресування йде без «завороту» металу, механічні властивості дроту по перерізу та довжині відрізняються стабільністю.

Другий вигляд(Малюнок 31 б) вогнища деформації має місце при середніх значеннях коефіцієнта тертя та незначних змін механічних властивостей перерізу злитка в контейнері (при захоплених периферійних шарах).

Осередок деформації поширюється на всю довжину заготівлі. Течія внутрішніх шарів відбувається з деяким випередженням зовнішніх. З'являються як би два об'єми тіла, що деформується: зовнішній та внутрішній – . Однак пресування і в цьому випадку відбувається без завороту.

Види осередку деформації.

Третій вигляд(Малюнок 31 в) вогнища деформації має місце при високому коефіцієнті тертя між стінкою контейнера та злитком, а також значної жорсткості зовнішніх шарів заготовки порівняно з внутрішніми. Осередок деформації характеризується високою нерівномірністю течії металу та складається з трьох обсягів. Об `єм , Розташований безпосередньо перед матрицею, відрізняється найбільшою інтенсивністю течії металу. Об `єм у міру розвитку деформації тече від периферії до осі заготівлі, створює пережим у першому обсязі - виникає вихровий рух металу. Об `єм примикає до пресс-шайбе, він збільшується до кінця пресування. Процес пресування припиняють досі входу цього обсягу матрицю, т.к. почнеться процес «завороту» та зниження якості виробу через залучення в готовий виріб окалини, окислення частинок металу з поверхні зливка, іншої структури металу.

У місцях переходу контейнера в матрицю з'являються мертві кути, у яких метал відчуває пружну деформацію. Поряд із негативною роллю мертвихзон (збільшують прес-залишок), вони грають деяку та позитивну. У мертвих зонах накопичуються різні забруднення металу. За певних умов ці домішки можуть потрапити до готового виробу.

Основними способами формування виробів із металевих порошків є:

• пресування у прес-формах;
• ізостатичне пресування;
• прокатка порошків;
• мундштучне пресування;
• шлікерне формування;
• динамічне пресування.

Пресування у прес-формах

Пресування в прес-формах найбільше поширене у зв'язку з тим, що воно забезпечує отримання деталей, які практично не піддаються механічній обробці.

Пресування у прес-формах може бути одностороннім та двостороннім. Одностороннє пресування застосовується для виготовлення виробів простої конфігурації, у яких відношення довжини або висоти до діаметра або товщини не перевищує 3.

Розміри виробу, що пресується, в напрямку, перпендикулярному напрямку пресування, визначаються розмірами порожнини прес-форми і є для даної прес-форми стабільними. Розмір у напрямку пресування (по висоті) може змінюватись при кожному черговому пресуванні.

Отримання виробу заданої висоти можна забезпечити пресуванням з використанням обмежувачів висоти (так зване пресування до упору), коли хід плунжера преса обмежується спеціальними обмежувачами, або шляхом контролю тиску пресування за індикатором або манометром. Пресування до упору забезпечує високу продуктивність та одержання виробів з розмірами, які залежать від коливань характеристик порошку внаслідок впливу останніх на пружну післядію. Метод пресування тиску ґрунтується на наявності точної відповідності між прикладеним тиском і щільністю спресованого брикету для кожного сорту порошку.

Операція пресування через специфічні особливості накладає обмеження на форму і розміри виробів, що пресуються. Наприклад, неможливо отримати вироби з бічними западинами, які доводиться виготовляти додатковою механічною обробкою. Отвори, перпендикулярні до напряму пресування, необхідно висвердлювати після операцій пресування та спікання.

Найбільш поширеними видами шлюбуспресованих брикетів є розшарові тріщини (розшар) та осипання граней. Причинами розшарування є неправильний режим пресування (високий тиск пресування при використанні непластичних порошків з великою пружною післядією), неправильна конструкція прес-форми та погано оброблені стінки її, нерівномірне засипання шихти в порожнину матриці та інші фактори.

При гарячому пресуванні використовуються графітові прес-форми або прес-форми із жароміцних сталей. У цьому випадку процес пресування зазвичай поєднується зі спіканням, так як температури гарячого пресування, що застосовуються, становлять 0,5 - 0,8 від Т пл. основний компонент суміші.

Ізостатичне пресування

Ізостатичним називають пресування в еластичній оболонці під дією всебічного стискування. Якщо стискаюче зусилля створюється рідиною, пресування називають гідростатичним, і якщо газом – газостатическим.

При гідростатичному пресуванні порошок засипається в гумову оболонку, поміщають їх у робочу камеру гідростату, у якій створюють необхідний тиск рідиною з допомогою високого тиску насоса.

Як рідина може використовуватися олія, вода, гліцерин. При цьому виді пресування майже відсутнє тертя частинок порошку стінки оболонки, так як ті з них, які прилягають до оболонки, переміщуються разом з нею. Рівність і рівномірність стискаючих зусиль у всіх напрямках призводить до того, що бічне тиск дорівнює одиниці. Щільність різних ділянок пресування, що отримується, практично однаково.

Порошок, що знаходиться в оболонці, до застосування до нього тиску піддають вібрації для забезпечення рівномірної щільності засипки і дегазації, так як повітря, що є в порах засипки, буде перешкоджати ущільненню.

Гідростатичним пресуванням одержують циліндри, труби, кулі та інші вироби. До недоліків гідростатичного пресування слід віднести труднощі отримання брикетів розмірами, близькими до заданих, і необхідність застосування механічної обробки при виготовленні виробів точних форм і розмірів, а також низьку продуктивність процесу.

Газостатичне пресування поки не набуло широкого поширення через складність конструкцій пристроїв, що пресують. Воно може проводитися при кімнатній температурі або підвищених температурах. Пресування при високих температурах поєднується з процесом спікання та дозволяє отримувати вироби практично будь-яких матеріалів із відносною щільністю, близькою до теоретичної.

Прокатка порошків

Прокатка металевих порошків є формуванням у прокатному стані. Сутність методу прокатки полягає в подачі порошку в зазор між двома валками, що обертаються назустріч один одному.

Силами зовнішнього тертя порошок захоплюється зазор і ущільнюється у виріб достатньої міцності, що забезпечує транспортування його на спікання. Надходження порошку у валки може бути вільним, коли він надходить у вогнище деформації під дією власної маси, і під тиском, коли порошок у валки подається примусово, за допомогою спеціальних пристроїв. Наприклад, подача порошку у валки за допомогою шнекового пристрою, коли тиск підпору порошку в осередку деформації створюється за рахунок різниці продуктивності шнека та пропускної спроможності валків.

Товщина та щільність заготівлі залежать від хімічного та гранулометричного складу порошку, форми його частинок, тиску порошку на валки, стану поверхні валків та інших факторів. При прокатці кожна частка залежно від зусилля пресування та форми частинок матиме різний ступінь деформації та різну щільність. Частинки кульової форми менше деформуватимуться, ніж частинки дендритної або голчастої форми і заготівля з цих частинок матиме меншу щільність. Крім того, заготівля з часток з сильно розвиненою поверхнею має підвищену щільність.

Процес прокатки порошку від початку надходження його до валків і до виходу з валків ділиться на три періоди. У перший період, який називається початковим невстановленим, заготівля має змінну товщину і щільність, оскільки щільність порошку, що заповнює зону деформації, змінюється по висоті. При обертанні валків в зазор між ними захоплюються частинки порошку, що деформуються, які викликають розклинювальну дію, а в вогнище деформації надходять нові порції порошку. Коли процес залучення та пресування порошку врівноважується опором стану пружним деформаціям, настає другий період, званий усталенимперіодом прокатки, у якому виходить із валків заготовки має постійну щільність. У третьому періоді нестаціонарним, відбуваються зворотні явища у зв'язку з розвантаженням валків табору.

У початковому та кінцевому періодах паралельно зі зміною щільності змінюється тиск порошку на валки та в результаті пружної деформації стану змінюється товщина заготовки. У зв'язку з цим при прокатуванні порошків прагнуть максимально скоротити тривалість цих періодів, а кінцеві ділянки заготовок підлягають обрізці, так як вони зазвичай неоднорідні за щільністю.

Порошок можна прокочувати у холодному чи гарячому стані. Прокатка при кімнатній температурі найпростіша, але менш ефективна, ніж прокатка підігрітого порошку.

Заготовки після прокатки зазвичай спікають у печах безперервної дії у захисній атмосфері.
У деяких випадках після спікання застосовують ще одну або кілька повторних ущільнюючих прокаток та спікань, що забезпечують отримання заготовки із заданими властивостями. При одночасному прокатуванні кількох порошків, що різняться за властивостями металів, або порошку та листового металу отримують багатошаровий прокат.

Прокатка металевих порошків застосовується для одержання заготовок конструкційних, електротехнічних, фрикційних та антифрикційних виробів (стрічка, листи, дріт та ін.), а також у виробництві фільтрів та інших пористих виробів для очищення різних середовищ.

Мундштучне пресування

Мундштучним пресуванням називають формування заготовок шляхом продавлювання суміші порошку з пластифікатором через отвір матриці.

При мундштучному пресуванні можна продавлювати через мундштук або суміш порошку зі зв'язуванням, або заздалегідь спресовану заготовку, яку перед продавлюванням підігрівають.

Як пластифікатор застосовують парафін, полівініловий спирт, крохмаль, бакеліт. Мундштучне пресування ефективно при виробництві прутків, труб, куточків та інших великих по довжині виробів з матеріалів, що погано пресуються, у тому числі тугоплавких металів і з'єднань, твердих сплавів та інших.

Шлікерне формування

Шлікерне формування є способом виготовлення виробів шляхом заливання шлікера, що являє собою однорідну концентровану суспензію порошку в рідині, пористу форму з подальшою сушінням. При цьому процес формування відбувається без застосування зовнішнього тиску. Іноді цей процес формування називають шлікерним литтям.

Для приготування шлікера використовують дуже дрібні порошки, завись яких у рідині (розчини на основі води та спирту) однорідна та стійка протягом тривалого часу. Шлікер містить кілька добавок (кислоти, луги, різні солі), що перешкоджають накопиченню частинок і покращують змочування частинок порошку і стінок форми рідиною.

Форму для шлікерного формування виготовляють із гіпсу, пористої кераміки, нержавіючої сталі та інших подібних матеріалів.

Заготовку отримують шляхом заливання шлікера у вологопоглинаючу форму, рідина з якої видаляється через пори. Механізм формування полягає у спрямованому осадженні твердих частинок на стінках форми під дією спрямованих потоків рідини. Потоки виникають у результаті вбирання рідини в пори форми під впливом розрідження або під впливом відцентрових сил при відцентровому шлікерному формуванні.

Швидкість нарощування твердого шару залежить від швидкості видалення рідини, розміру частинок, співвідношення між твердою та рідкою фазами у шлікері, температури, кількості добавок. Зв'язок між частинками зумовлений переважно механічним зачепленням.

Отримана заготовка витягується з форми і піддається сушінню та спіканню. Для полегшення видалення заготовки внутрішню поверхню форми покривають тонким шаром спеціальної речовини (мило, графіт, папір, тальк), що перешкоджає схоплювання з матеріалом, що формується.

Вироби, отримані шлікерним формуванням, внаслідок великої вихідної пористості, яка може досягати 60%, при спіканні дають значну усадку. Однак щільність виробів після спікання виходить досить великою та рівномірною за обсягом.

Методом шлікерного формування виготовляють вироби складних форм (труби, тиглі, турбінні лопатки та ін.), які важко отримати традиційними методами пресування, особливо у разі ущільнення крихких порошкоподібних матеріалів.

Динамічне формування

Динамічне формування є процесом пресування з використанням імпульсних навантажень або вібрації. Відмінною рисою такого формування є висока швидкість докладання навантаження до порошку, що ущільнюється. У зв'язку з цим його часто називають високошвидкісним.

Як джерело енергії використовують енергію вибуху заряду вибухової речовини, ударну хвилю високої інтенсивності, що виникає при розряді акумульованої електричної енергії та впливає на матеріал через рідину, енергію стисненого газу, вібрацію.

При вибуховому формуванні енергія вибуху повідомляє певну швидкість пристрою, що ударяє по пресуючому пуансону, або передається на порошок, що пресується, через рідину, або впливає на пресований порошок, укладений в еластичну оболонку або тонкостінний металевий контейнер. Такий високошвидкісний вид пресування призводить до виділення тепла та нагрівання контактних міжчасткових ділянок, що полегшує процес деформування. В результаті густина заготовок досягає більшого значення, ніж при звичайних методах пресування низькошвидкісними навантаженнями.

Різновидом динамічного формування є динамічне гаряче пресування (метод ДГП). Метод заснований на попередньому холодному формуванні пористої заготовки з порошкової шихти заданого складу, її подальшому короткочасному нагріванні та допресування динамічними навантаженнями. Цей метод дозволяє отримувати практично безпористі вироби точних розмірів та з високою чистотою поверхні.

При вібраційному формуванні використовується ефект сприятливого впливу вібрації на ущільнення, що пов'язано з руйнуванням міжчасткових зв'язків і поліпшенням взаєморухомості частинок. В результаті досягається щільне укладання частинок при менших тисках пресування і забезпечується висока рівномірність розподілу густини за обсягом заготовки.

Енергія вібрування витрачається на подолання інерції та пружного опору вібруючої системи та на подолання інерції, сил тертя та зчеплення ущільнюваного порошку. У разі ущільнення порошку невеликої маси основну роль грають інерція та пружні властивості системи. Тому для забезпечення найбільш вигідного режиму ущільнення слід вибирати частоту вібрування ближче до частоти коливань системи. При ущільненні великих мас порошку основну роль відіграватимуть власну частоту коливань шару частинок і сили зв'язку між ними. Тому частоту вібрування вибирають ближче до резонансної або по відношенню до системи, що вібрує, або по відношенню до ущільнюваної маси порошку. При правильному виборічастоти, прискорення та амплітуди вібрування щільність та міцність пресувань вище, ніж при статичному пресуванні.

У всіх випадках, що вимагають високих тисків при статичному пресуванні, застосування вібрування буде вигідним. Найбільш ефективно застосування вібрації при пресуванні порошків непластичних і крихких металів, до яких високі статичні тиски не можуть бути прикладені через руйнування брикетів, що при цьому відбувається.

Super User

Все про сучасне пресування металу

Питання, розглянуті у матеріалі:

• Яку роль грає метод пресування металу у сучасній промисловості
• Що передбачає технологія обробки металів пресуванням
• Які існують види та способи пресування металу
• Які існують види промислового обладнання, що використовується для пресування металу

Сьогодні все частіше при обробці металу використовується штампування, для виконання якого необхідне пресування металу. За допомогою цього технологічного процесу заготівлі надають необхідної форми, а саме видавлюють певний рельєф, візерунки або пробивають отвори.

Пресування металу є обробкою тиском, під час якої метал видавлюється з замкнутої порожнини через отвір в матриці, що збігається по перерізу з профілем, що пресується.

Даний метод отримав наукове обґрунтування в 1813 році, після чого почав використовуватися переважно для виготовлення прутків та труб з олов'янисто-свинцевих сплавів. У сучасній промисловості роль вихідної заготівлі відіграють зливки або прокат з вуглецевих та легованих сталей, кольорових металів та сплавів на їх основі (мідь, алюміній, магній, титан, цинк, нікель, цирконій, уран, торій).

Обробка тиском передбачає, що виготовлення напівфабрикатів та готових деталей відбувається за допомогою пластичного деформування заготовки, не вимагаючи зняття стружки. Основні переваги цього методу полягають в економічності, продуктивності та високому виході придатного товару. Ця технологія дозволить виготовляти деталі різних форм, розміри яких варіюються від міліметра до декількох метрів.

Пресування металу дозволяє досягти двох ключових цілей:

1. Отримати предмет складної форми із простих заготовок.
2. Поліпшити кристалічну структуру вихідного литого матеріалу, підвищивши його фізико-механічні властивості.

Пресування металу застосовується при роботі з 90% всієї сталі, що виплавляється, і чималими обсягами кольорових металів та їх сплавів. Дана технологія пластичної обробки підходить для операцій із заготовками у гарячому та навіть у холодному стані. У другому випадку важливо, щоб матеріал мав високу податливість та значну природну жорсткість. Крім того, ця технологія підходить для обробки металевих порошків, неметалічних матеріалів, таких як пластмаси.

Цей сучасний спосіб дозволяє виготовляти різні профільні заготовки: прутки діаметром 3-250 мм, труби діаметром 20-400 мм з товщиною стінки 1,5-15 мм, профілі складного перерізу суцільні та порожнисті з площею поперечного перерізу до 500 см2.

Серед головних переваг методу пресування металу варто назвати такі можливості:

• пластична обробка з високими витяжками навіть при роботі з малопластичними металами та сплавами;
• одержання виробу практично будь-якого поперечного перерізу, що не реально при виборі інших технологій обробки;
• одержання широкого сортаменту виробів при заміні матриці на одному пресовому устаткуванні;
• виробництво виробів, що відрізняються високою якістю поверхні та точністю розмірів поперечного перерізу – ці показники нерідко перевищують прийняту точність при пластичній обробці іншими способами, у тому числі при прокатуванні.

Однак тут є свої недоліки:

• висока витрата матеріалу на одиницю виробу, так як при виробництві виходить великий прес-залишок;
• помітна нерівномірність механічних та інших властивостей за довжиною та поперечним перерізом виробу в деяких випадках;
• порівняно висока вартість використовуваного інструменту.

Сьогодні у виробництві найчастіше використовується пресування листового металу. Висока популярність, яку штампування здобула в наш час, пов'язана з розвитком таких напрямків:

• виробництво виробів різних геометричних форм та розмірів такої якості та точності виготовлення, що їх можна використовувати за прямим призначенням без подальшої обробки;
• повна механізація та автоматизація виробничих процесів за рахунок використання роторно-конвеєрного обладнання, призначеного для штампування листового металу;
• серійне виробництво виробів, що мають особливо точні геометричні параметри – подібні деталі за потреби можна легко замінити одна на одну.

Обробка тиском ґрунтується на процесі пластичної деформації за допомогою форми без зміни маси. При розрахунках розмірів та форми тіла використовується закон сталості об'єму: об'єм тіла до та після пластичної деформації приймається незмінним. У вигляді формули його можна уявити так: V1 = V2 = const (V1 і V2 – об'єми тіла до і після деформації). Форма тіла змінюється за трьома основними осями, всі точки переміщуються у бік найменшого опору – цей принцип називається законом найменшого опору.

Іншими словами, при вільній зміні форми тіла в різних напрямках найбільша деформація відбувається в напрямку, в якому більшості точок, що переміщаються, виявляється мінімальний опір.

Під час пресування метал видавлюють із замкнутої порожнини через отвір, таким чином виробляється пруток або труба з профілем, що дорівнює перерізу отвору. Як вихідний матеріал виступають зливки або окремі заготовки.

Для пресування використовують два методи: прямий та зворотний. У першому випадку пуансон преса рухається у тому напрямі, у якому відбувається закінчення металу через отвір матриці. Тоді як при зворотному методі заготівля знаходиться в глухому контейнері, і вона залишається нерухомою, а закінчення матеріалу з отвору матриці, закріпленої на кінці пуансона порожнистого, відбувається в зворотному напрямку щодо руху пуансона з матрицею.

Закони сталості обсягу та найменшого опору поширюються на всі способи обробки металів тиском. Закон сталості обсягу застосовують, щоб визначити розміри заготовок, а закон найменшого опору – щоб зрозуміти, які розміри та форму поперечного перерізу отримає заготовка з певним перерізом. Важливими характеристиками подібної обробки є наявність вогнища та коефіцієнта деформації.

Зворотне пресування, якщо порівнювати його з прямим, вимагає менших зусиль і після нього залишається менший прес-залишок. Але цей спосіб має свій мінус – на готовому прутку простежується структура литого металу через меншу деформацію в процесі виробництва. Головна перевага пресованих виробів полягає у точності їх розмірів. Важливо також, що з допомогою пресування металів вдається отримати великий асортимент виробів з дуже складними профілями.

Технологічний процес пресування металускладається з таких операцій, як:

• підготовка заготовки до обробки, тобто розрізування, обточування на верстаті, оскільки від якості поверхні заготівлі залежить якість та точність профілю;
• нагрівання заготівлі та видалення окалини;
• поміщення заготівлі в контейнер;
• пресування;
• оздоблення виробу, що передбачає відділення прес-залишку, розрізання.

Для такої обробки використовують гідравлічні преси з вертикальним або горизонтальним розташуванням плунжера, їх потужність становить до 10 000 т. Цей процес ділиться на різновиди, виходячи з наявності або відсутності поступального переміщення заготовки стінок приймача. У розрахунок не беруться лише невеликі ділянки поблизу матриці, які називають мертвими зонами, там не відбувається переміщення металу.

Найпоширенішим методом, безумовно, є пресування з прямим закінченням, що дозволяє отримувати суцільні та порожнисті вироби. Однак сьогодні активно набирає популярності зворотний (навернений) метод, а також інші схеми закінчення металу. Кожен із названих способів має свої переваги. Припустимо, бічне закінчення забезпечує зручний прийом прес-виробу та мінімальну різницю механічних властивостей виробу в поперечному та поздовжньому напрямках.

У металургії, електротехнічної та суднобудівної промисловості широко використовується обробка металу волочінням. Цей спосіб передбачає протягування прутків через отвір з меншими вихідними розмірами, ніж вихідний переріз прутка. Таким чином виготовляють тонкий дріт діаметром до 0,002 мм, прутки діаметром до 100 мм, тонкостінні труби. Даний метод підходить для обробки різних сталей та сплавів, будь-яких кольорових металів (золота, срібла, міді, алюмінію) та їх сплавів. Завдяки виготовленню волочінням виробів круглого та фасонного перерізів вдається досягати високої точності та чистоти, недосяжних при прокатці.

Зазвичай волочіння здійснюють за кімнатної температури, коли пластична деформація супроводжується наклепом. Останній, разом із термічною обробкою, дозволяє покращити механічні властивості матеріалу. Ця технологія роботи передбачає такі етапи:

• попередній відпал заготовок, що дозволяє досягти дрібнозернистої структури металу і підвищити його пластичність;
• травлення заготовок у підігрітому розчині сірчаної кислоти, щоб усунути окалину, що провокує підвищений знос матриці;
• загострення кінців заготовок у кувальних вальцях або під молотом для пропуску через отвір матриці та захоплення кліщами табору;
• волочіння;
• відпал для усунення наклепу;
• обробка готової продукції, що складається з обрізки кінців, правки, різання на мірні довжини, ін.

Вихідним матеріалом при волочении є катані та пресовані заготовки. Тоді як роль інструментів відіграють матриці (волоки або фільєри), дошки для волочіння, кільця і ​​оправки з інструментальних сталей і твердих сплавів. Для виготовлення цим способом найтоншого дроту вибирають алмазні волоки, що мають підвищену твердість і стійкість.

Види та способи пресування металу

У виробництві використовуються кілька видів пресування металу:

1. Холодне пресування металу.

Даний метод також називають ударним або холодним видавлюванням, він є формоутворенням порожнистої деталі за рахунок витіснення матеріалу заготовки пуансоном у відкриті порожнини штампу. Цей вид обробки буває прямим, зворотним і комбінованим - все залежить від того, збігається напрямок витікання металу з переміщенням пуансона, протилежно йому або відбувається одночасно в різних напрямках. Крім того, існує радіальне пресування, де напрямок закінчення металу перпендикулярно до напрямку деформуючого зусилля.

Холодне пресування дозволяє виготовляти деталі різних форм. Економічно доцільною вважається точність виготовлення деталей у межах 9–11 квалітетів, тоді як рівень шорсткості поверхні повинен перебувати в межах Ra 2,5–0,63.

Як вихідні можуть використовуватися пруткові або профільовані заготовки або вироблені з листів. Технологія видавлювання підходить для виготовлення зі сталі, кольорових металів, їх сплавів таких деталей, як стаканчики, гільзи, балончики, трубки, валики, болти, гайки, маховики, фланці, ін. оскільки вона значно важче піддається видавлюванню, ніж інші метали.

Дана технологія передбачає збіг напрямків видавлювання прес-виробу з каналу матриці та руху прес-штемпеля. Пряме пресування використовується частіше за інших, дозволяючи виготовляти суцільні та порожнисті деталі широкого діапазону поперечних перерізів, близьких до розміру поперечного перерізу контейнера.

Головною особливістю тут є обов'язкове переміщення металу щодо нерухомого контейнера – це може відбуватися без мастила або з його використанням. У першому випадку заготовку у вигляді зливка розташовують між контейнером і прес-штемпелем з прес-шайбою, засувають в контейнер і осаджують там, екструдують через канал матриці до початку формування прес-тяжки. Далі витягують практично готовий виріб, видаляють прес-залишок.

Сили тертя забезпечують високі деформації зсуву на поверхні заготовки, що сприяє оновленню шарів, що формують периферійні зони профілю. В результаті вдається виробляти деталі з поверхнею високої якості, оскільки в об'ємі заготовки, що прилягає до матриці, утворюється велика по висоті пружна зона металу. Вона практично унеможливлює появу дефектів на поверхні виробу із зони контакту заготівлі з контейнером.

Але метод прямого пресування далеко не ідеальний, він має мінуси:

• необхідні додаткові зусилля на подолання сили тертя поверхні заготовки стінки контейнера;
• задається нерівномірна структура та механічні властивості прес-виробів, що призводить до анізотропії властивостей;
• виходить великий обсяг прес-залишку, оскільки потрібно видаляти слабо сформовану частину вихідного кінця прес-виробу;
• тертя між заготовкою, що деформується, і деталями пресового інструменту призводить до швидкого зношування останніх.

В даному випадку напрямки закінчення металу в матрицю і рух прес-штемпеля виявляються протилежними. Заготовку поміщають між контейнером і порожнистим прес-штемпелем, після чого засувають у контейнер, осаджують та екструдують через канал матриці. Далі витягують прес-виріб, відокремлюють прес-залишок, видаляють матрицю, а прес-штемпель повертають у вихідну позицію.

Злиток не переміщається щодо контейнера, тому між ними практично немає тертя, якщо не рахувати кутової порожнини поблизу матриці – там спостерігається активне тертя. Загалом загальне зусилля пресування знижується, оскільки не потрібні витрати енергії на подолання сил тертя.

Якщо порівнювати з прямим пресуванням, зворотний спосіб має такі переваги:

• зниження та сталість зусилля пресування, оскільки цей показник не підвищується через тертя поверхні заготовки стінки контейнера;
• більш висока продуктивність пресової установки, що досягається за рахунок збільшення швидкості закінчення сплавів через зниження нерівномірності деформації;
• підвищений вихід придатного продукту, завдяки збільшенню довжини заготівлі та скорочення товщини прес-залишку;
• більш тривала служба контейнера, оскільки він не схильний до тертя із заготівлею;
• підвищена однорідність механічних властивостей та структури у пайовому перерізі прес-виробу.

До недоліків цієї технології варто віднести:

• зниження максимального поперечного розміру прес-виробу і кількість профілів, що паралельно виготовляються, що викликано зменшенням прохідного отвору в матричному блоці;
• необхідність попередньої підготовки поверхні заготовок за допомогою обточування або скальпування - таким чином вдається отримувати прес-вироби з якісною поверхнею;
• скорочення асортименту прес-виробів, що випускаються, оскільки підвищується вартість комплекту інструменту і погіршується міцність матричного вузла;
• більша витрата допоміжного часу циклу;
• підвищена складність конструкції матричного вузла;
• зниження допустимого зусилля на прес-штемпель, що пов'язане з його ослабленням центрального отвору.

Гаряче пресування або спікання під тиском передбачає одночасну дію тиску та температури на твердосплавну суміш. Варто зазначити, що ця технологія використовується досить давно. Найбільш успішно її застосовують у виробництві волок, волочильних матриць, розмольних куль, валків і сердечників снарядів, оскільки таким чином вдається виготовляти дуже тверді та зносостійкі вироби з мінімальною пористістю.

Спеціальну твердосплавну суміш порошків металів для пресування завантажують у графітові форми і за +1300…+1600 °С піддають тиску 70–150 кг/см2. Нагрівання матриці виробляють за допомогою прямого пропускання струму або струмопровідних пуансонів. Найбільш доцільним вважається використання гідравлічного тиску при великих обсягах виробництва та пневматичного для невеликих партій.

Під час нагрівання твердосплавних матриць пуансони входять до матриці при температурах спікання кобальту, остаточне ущільнення здійснюється при появі рідкої фази. При занадто високих температурах спікання та тиск пресування відбувається видавлювання частини рідкої фази крізь зазори прес-форми.

Фахівці досить точно встановлюють ступінь спікання за допомогою контролю температури, часу спікання та ущільнення (вимірювання руху пуансону). Відмовитися від надмірно високих матриць дозволяє утрясання або попереднє пресування - таким чином вдається щільніше завантажити форму. При даній обробці використовують співвідношення щільності пресування до щільності спеченого виробу від 2,5:1 до 2:1.

Довжина заготовки підбирається відповідно до рівня міцності прес-штемпеля і величиною робочого ходу преса, а значить, пресування може проводитися тільки з заготовками обмеженої довжини. Важливо відзначити, що кожна заготовка пресується із прес-залишком. Таке обмеження призводить до зниження виходу придатного продукту та зменшення продуктивності преса. Пояснимо, що вихід придатної продукції вважається показником економічності, що відповідає відношенню готового продукту до заготівлі.

Частково усунути цей недолік можна, віддавши перевагу технології напівбезперервного пресування або пресування заготівля за заготівлею. Цей процес може протікати без мастила та з мастилом – все залежить від використовуваного сплаву та призначення майбутнього виробу.

Особливість напівбезперервної технології без мастила полягає в тому, що кожна наступна заготовка завантажується в контейнер, коли попередня екструдується на три чверті від своєї довжини. При використанні такого заготівлі зварюються по торцях. Довжина заготовки, що залишається в контейнері, обмежена, оскільки продовження пресування здатне викликати утворення прес-утяжини. Завантаження в контейнер наступної заготовки усуває небезпеку утворення тяжкої порожнини, що дозволяє виготовляти якісні прес-вироби. Теоретично можливе отримання прес-виробу необмежену довжину, яка залежить лише від кількості використаних заготовок. Іноді при пресуванні виріб змотують у бухту.

Мінус цього способу полягає в низькій міцності зварювання елементів, отриманих з окремих заготовок. Зазвичай цей недолік пов'язаний із попаданням різних забруднень у прес-залишок. Крім того, місце зварювання може сильно розтягуватись через особливості характеру закінчення металу.

Фахівці називають мінусом технології пресування циклічність процесу, тому останнім часом триває активна робота над такими методами безперервного пресування, як "конформ", "екстролінг", "лайнекс".

на Наразіу промисловості найбільше використовується спосіб «конформ». Особливість використовуваної в цьому випадку установки полягає в тому, що її конструкції контейнер утворюється поверхнями канавки рухомого приводного колеса і виступом нерухомої вставки. Остання притискається до колеса гідравлічним чи механічним пристроєм. В результаті перетин контейнера є закритим калібром. Завдяки силам тертя заготівля втягується в контейнер та заповнює його. Як тільки досягається наголос, тиск у заготівлі наростає до величини, необхідної для екструдування матеріалу через канал матриці у вигляді пресованого напівфабрикату.

Роль заготівлі в технології безперервного пресування грає пруток або звичайний дріт, а всі операції йдуть без зупинки, а саме: процеси деформування, тобто втягування в камеру пресування в міру повороту колеса, попереднього профілювання, заповнення канавки в колесі, створення робочого зусилля, екструдування.

У вогнищі деформації виникає всебічне нерівномірне стискування, за рахунок чого вдається домагатися високих витяжок навіть при роботі з малопластичними сплавами. Тоді як пластичні метали пресуються при кімнатній температурі з високими швидкостями закінчення. «Конформ» дозволяє виготовляти дріт та дрібносортні профілі з високою витяжкою – дана особливістьнайбільш актуальна для дроту, так як її виробництво вигідніше таким способом, ніж звичнішим волочінням.

Сьогодні до «конформу» вдаються під час роботи з алюмінієвими та мідними сплавами. А також він вважається за доцільне для отримання напівфабрикатів з дискретних металевих частинок, таких як гранули, стружка. Російські виробництва вже освоїли, наприклад, технологію виготовлення конформом лігатурного прутка з гранул алюмінієвих сплавів.

Варто зазначити, що можливості методу безперервного пресування обмежені, оскільки поки що немає докладних досліджень у сферах формозміни металу, обліку граничних сил тертя, закономірностей деформації різних металів та сплавів. Це накладає такі обмеження:

• максимальний лінійний розмір поперечного перерізу заготовки становить 30 мм, що забезпечує її вигин під час руху по калібру;
• інструмент сильно нагрівається під дією сил тертя, через що виникають проблеми із дотриманням температурного режиму;
• при роботі з алюмінієвими сплавами останні налипають на інструмент, видавлюються в проміжок калібру з утворенням дефекту типу «ус», ін.

5 видів промислового обладнання, що використовується для пресування металу

За своєю конструкцією обладнання для пресування механічного типу ділиться на:

• ексцентрикове;
• кривошипне.

Другу групу верстатів застосовують при холодному та гарячому штампуванні, а також при витяжці, вирубці, прорубці. Гідравлічний прес необхідний для штампувальних та ковальських операцій, що виконуються з об'ємними заготовками.

За своїми функціональними можливостями пресувальні верстати бувають таких видів:

• універсальні;
• спеціальні;
• спеціалізовані.

Перші відрізняються найбільшим функціоналом, тому підходять практично для всіх кувальних операцій. Спеціалізовані штампи призначені для виконання одного процесу. І найбільш обмежена функціональність властива спеціальним пресам – це обладнання підходить для штампування виробів одного виду, причому вся робота в цьому випадку базується на одній технології.

Обладнання будь-якого типу, призначене для штампування, складається з таких елементів:

• приводний електродвигун;
• механізм передачі руху;
• виконавчий механізм.

Серед пресувальних верстатів виділяють такі категорії:

Тут головним елементом вважається кривошипно-шатунний механізм - він перетворює обертальний рух, що поступає до нього від приводу, у зворотно-поступальний рух повзуна. Виконавчий механізм цього апарату безпосередньо пов'язаний із повзуном, який розвиває зусилля до 100 т. Зазначимо, що повзун рухається з однаковою періодичністю.

Цей механізм дозволяє працювати з габаритними, товстостінними металевими деталями. Гідравлічне обладнання дозволяє виконувати операції з листового, об'ємного штампування, кування, згинання і здатне забезпечувати зусилля в межах 150–2000 т і навіть більше – все залежить від конкретної моделі.

Йдеться про формувальний прес, де нагріті металеві болванки перетворять на вироби циліндричної форми.

Вона необхідна виготовлення квадратних/круглих поковок, близьких до профілю готових виробів.

Йдеться про нове обладнання, чий принцип дії ґрунтується на властивостях сердечника. Той знаходиться в дротяній котушці під електричним струмом і переміщується під впливом електромагнітного поля. Виконавчий механізм верстата прямує до оброблюваної заготівлі саме під впливом осердя електромагніту. Основною відмінністю електромагнітних пресів фахівці називають високу продуктивність, економічність.

Чому слід звертатися до нас

Ми з повагою ставимося до всіх клієнтів та однаково скрупульозно виконуємо завдання будь-якого обсягу.

Наші виробничі потужності дозволяють обробляти різні матеріали:

• кольорові метали;
• чавун;
• нержавіючу сталь.

При виконанні замовлення наші спеціалісти застосовують усі відомі способи механічної обробки металу. Сучасне обладнання останнього покоління дає можливість досягати максимальної відповідності до початкових креслень.

Для того щоб наблизити заготівлю до пред'явленого замовником ескізу, наші фахівці використовують універсальне обладнання для ювелірного заточування інструменту для особливо складних операцій. У наших виробничих цехах метал стає пластичним матеріалом, з якого можна виконати будь-яку заготівлю.

Перевагою звернення до наших фахівців є дотримання ДСТУ та всіх технологічних нормативів. На кожному етапі роботи ведеться жорсткий контроль якості, тому гарантуємо клієнтам сумлінно виконаний продукт.

Завдяки досвіду наших майстрів на виході виходить зразковий виріб, що відповідає найвибагливішим вимогам. При цьому ми відштовхуємось від потужної матеріальної бази та орієнтуємось на інноваційні технологічні напрацювання.

Ми працюємо із замовниками з усіх регіонів Росії. Якщо ви бажаєте зробити замовлення на металообробку, наші менеджери готові вислухати всі умови. У разі потреби клієнту надається безкоштовна профільна консультація.