Прессование

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Уфимский государственный нефтяной технический университет

Кафедра «Технология нефтяного аппарата строения»












Реферат

По материаловедению и ТКМ
на тему:
«Прессование»










Выполнил cт. гр. БГР-11-03: ________ Сайфуллин А.Д.
Проверил: ________ Худяков М.А.



Уфа 2012



Содержание:
Общее понятие прессования;
Основные методы процесса прессования;
Сущность процесса прессования;
Прессовый инструмент.




Общее понятие прессования
Прессованием называют способ обработки металлов давлением, заключающийся в выдавливании металла из замкнутой полости через отверстие в матрице, форма и размеры которого определяют поперечное сечение отпрессованного изделия .
Процесс прессования металлов начал развиваться в конце XVII в, когда на простейших прессах было освоено прессование труб и прутков из мягкого металла свинца. С течением времени техника прессового производства совершенствовалась улучшались конструкции прессов и увеличивались их усилия; использовались более совершенные конструкции прессового инструмента и материалы для их изготовления; вовлекались в обработку все новые металлы и сплавы более прочные, требующие высоких температур обработки; усложнялась форма и улучшалось качество пресс-изделий. В настоящее время прессование современный, быстро развивающийся процесс обработки металлов давлением, играющий важную роль в ускорении технического прогресса.
Развитию прессования в большой степени способствовали исследования многих русских и советских инженеров и ученых: П.С.Истомина, С.И.Губкина, И.Л.Перлина, В.В.Жолобова, Л.В.Прозорова, Л.А.Шофмана, Я.М.Охрименко, Ю.Ф.Шевакина, М.З.Ерманка, Г.Я.Гуна, Ю.П.Глебова, А.И.Колпашникова, Л.Г.Степанского и др.
Основные методы процесса прессования.
Основными разновидностями процесса прессования являются прессование с прямым и с обратным истечением или, как говорят, "прямое" и "обратное" прессование. При прессовании с прямым истечением (см. рис. 1) направление движения выпрессовываемого металла совпадает с движением пресс-штемпеля. Отличительная черта этой разновидности процесса передвижение заготовки относительно стенок контейнера.
При отсутствии смазки на поверхности контакта заготовки и контейнера возникает интенсивное трение, которое в большой степени влияет на истечение металла, делая его более неравномерным, и, как следствие, ухудшает структуру металла пресс-изделия и его механические свойства. Заготовка 4 перед прессованием загружается в контейнер пресса 3, затем в контейнер закладывается пресс-шайба 5, пресс-штемпель 6 вводится в пресс и через пресс-шайбу передает давление на заготовку от плунжера пресса. По мере повышения давления начинается истечение металла в канал матрицы 2, который и образует поперечное сечение пресс-изделия. Истечение металла заготовки происходит до тех пор, пока в контейнере не останется сравнительно небольшая часть пресс-остаток, длина которого определяется рядом условий (см. ниже). Затем с помощью специальных механизмов, расположенных на прессе, происходит разделение пресс-шайбы, матрицы, пресс-остатка и пресс-изделия. Пресс-изделие передается на дальнейшую обработку, пресс-остаток направляется в сборник для отходов, а пресс-шайба и матрица возвращаются в исходное положение. Затем начинается новый цикл прессования следующей заготовки.
Прессование с прямым истечением в настоящее время применяют наиболее широко для получения изделий сплошного поперечного сечения профилей, прутков и панелей и для изготовления полых изделий труб, полых профилей, имеющих разнообразные конфигурации внутреннего и наружного контура.
Отличительная черта прессования с обратным истечением (рис. 2) почти полное отсутствие взаимного перемещения и трения между выпрессовываемой заготовкой и контейнером и, как следствие, отсутствие потерь энергии пресса на преодоление трения. Эти условия в корне меняют характер истечения металла и благоприятно сказываются на температурно-скоростных и силовых режимах процесса, а также на качественных характеристиках отпрессованных изделий.

Известны и другие разновидности процесса, но их применяют не так часто.
СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ
Заготовкой для прессования является, как правило, круглый слиток; реже применяют плоскую заготовку, а иногда предварительно деформированную или спеченную из порошков заготовку.
Процесс прессования осуществляется под воздействием нагружений, передаваемых на металл от пресса через пресс-штемпель и пресс-шайбу. В условиях прессования в большей части объема металла заготовки возникает неравномерное всестороннее сжатие. Такие условия наиболее благоприятны при обработке малопластичных металлов, а при обработке относительно пластичных позволяют осуществлять высокую деформацию, недостижимую при других способах обработки давлением. Поэтому только прессованием можно получить за один переход пресс-изделие самой сложной конфигурации, причем отношение поперечных сечений заготовки и пресс-изделия может достигать высоких значений.
Прессование производят на машинах различной конструкции, называемых прессами. Современный гидравлический пресс для прессования металлов сложное устройство, на котором развивается различное по величине усилие. Наиболее распространены гидравлические прессы усилием 1215 МН.
Для прессования характерны высокие давления на пресс-шайбе. Обычное давление, при котором прессуют большую часть легких сплавов, составляет 400800 МПа. В отдельных случаях давление может достигать 1000 МПа и выше. Часто процесс ведут при таком давлении, которое близко к предельному для матрицы, пресс-штемпеля и контейнера. Прочность инструмента, определяемая его конструкцией и возможностями современных инструментальных материалов, может быть фактором, ограничивающим возможности процесса.
В целях придания металлу заготовки наибольшей пластичности и снижения давления на пресс-шайбу заготовки перед прессованием обычно нагревают (лишь незначительную часть мягких алюминиевых сплавов прессуют вхолодную из ненагретой заготовки), для чего применяют специальные высокопроизводительные электрические или газовые печи. Печь входит в состав прессовой установки. Нагрев ведут в широком интервале температур в зависимости от физических характеристик прессуемых металлов. Так, алюминиевые и магниевые сплавы обычно прессуют при 300500 °С, а титановые при 900-1000 °С.
При прессовании различают две скорости: скорость прессования, которая равна скорости перемещения плунжера пресса и закрепленного на нем пресс-штемпеля, и скорость истечения отпрессованного изделия, равная скорости его выхода из канала матрицы. Она значительно выше скорости прессования. Скорость истечения одна из важнейших технологических характеристик процесса, которая в большой степени определяет производительность прессовой установки и качество пресс-изделий. Скорости прессования и истечения взаимосвязаны. Возможные скорости прессования определяются характеристиками гидравлического пресса, а скорости истечения назначает технолог в зависимости от физических свойств сплавов и условий процесса. Для алюминиевых и магниевых сплавов типичные скорости прессования (скорость передвижения плунжера пресса) 0,525 мм/с, а скорости истечения (скорость выхода профиля из матрицы) 0,6 30 м/мин, для титановых соответственно 20-300 мм/с и 20120 м/мин. Скорость прессования равна также усредненной скорости движения металла заготовки. Подлинная скорость движения отдельных частиц металла по поперечному сечению заготовки неравномерна и изменяется от центра к периферии, а также от выходного к утяжинному концу .
Прессование типично циклический процесс, т.е. осуществляется прерывно. Это означает, что в отличие от некоторых других способов обработки металлов давлением, например непрерывной прокатки, когда получают ленту, свернутую в рулон и только размеры рулона ограничивают ее длину, процесс прессования каждой заготовки представляет собой обособленный цикл, включающий начальную, основную и заключительную стадии.
В состав цикла, помимо машинного времени, затрачиваемого непосредственно на прессование, входит подготовительно-заключительное время для выполнения различных вспомогательных операций; величина этого времени также влияет на производительность прессовой установки. В результате выполнения цикла получают изделие ограниченной длины, которая технологически определяется в основном длиной одной заготовки и в меньшей степени некоторыми условиями прессования. Типичная длина пресс-изделий колеблется, в зависимости от требований заказчика, в пределах 612 м; в последние годы для повышения экономичности процесса прессования некоторых алюминиевых быстропрессуемых сплавов выпущено новое прессовое оборудование, которое позволяет прессовать профили длиной до 40 м. Для дальнейшей обработки такие профили после прессования разрезают на более короткие длины.
Большую часть профилей прессуют через матрицы с одним каналом и получают при этом одно пресс-изделие. Однако в ряде случаев выгодно производить прессование через матрицу с двумя, четырьмя, а иногда и большим числом каналов. Такое прессование называют многоканальным.
Виды изделий, которые получают прессованием профили различных сечений, прутки, трубы, панели. Собирательно их называют пресс-изделиями или просто профилями. Если у заказчика предполагается дальнейшая обработка профилей, например резанием, то профили обычно называют полуфабрикатами. Подавляющая часть профилей
имеет постоянное поперечное сечение по всей длине. Для повышения коэффициента использования металла и снижения объема механической обработки в относительно небольших количествах выпускают профили, у которых поперечное сечение по длине изменяется плавно или ступенчато.
Отпрессованный профиль для прессового производства является полуфабрикатом. Для того чтобы его превратить в готовое изделие, профиль подвергают ряду операций дополнительной обработки; ос-новые из них правка, термическая обработка, резка в меру, нанесение защитных покрытий, контрольные и складские операции.
Инструменты применяемые в процессе прессования.
Значение технологического инструмента для обеспечения устойчивого ведения процесса, получения высокого качества продукции, необходимого съема профилей с пресса и снижения себестоимости производства велико. Особенно важно, чтобы были квалифицированно спроектированы, хорошо изготовлены и правильно эксплуатировались прессовые матрицы.
Весь набор прессового инструмента при установке на прессе представляет собой инструментальную наладку. Конструкцию наладки видоизменяют в зависимости от устройства пресса и вида прессуемых изделий: если, например, на прессе осуществляют переход от прессования сплошных профилей к прессованию полых трубным методом, то помимо матрицы меняют пресс-шайбу, пресс-штемпель и устанавливают оправку.
Известно несколько наладок, широко применяемых на гидравлических прессах и различаемых по виду пресс-изделий, способу прессования и типу используемого прессового оборудования:
для прессования профилей из алюминиевых и магниевых сплавов сплошного сечения с прямым истечением на прессах с мундштучным матрицедержателем ;
для прессования профилей из алюминиевых и магниевых сплавов сплошного сечения с обратным истечением на прессах с мундштучным матрицедержателем ;
для прессования профилей из алюминиевых и магниевых сплавов сплошного сечения с прямым и обратным истечением на прессах с поперечно-перемещающимся матрицедержателем салазкового типа;
для прессования полых профилей из алюминиевых сплавов с неподвижной иглой на трубопрофильных прессах с прошивной системой;
для прессования полых профилей из алюминиевых сплавов с подвижной иглой на прутково-профильных прессах без прошивной системы ;
для прессования полых профилей из алюминиевых сплавов на прутково-профильных прессах через язычковую матрицу ;
для прессования профилей из титановых сплавов на прутково-профильных прессах через разъемные матрицы ;
для прессования профилей из алюминиевых сплавов периодически изменяющегося сечения на прутково-профильных прессах через разъемные матрицы .
Эти инструментальные наладки представляют собой системы: матричный комплект контейнер пресс-штемпель или матричный комплект контейнер оправка пресс-штемпель и различаются или устройством матричного комплекта, или введением оправки. Последовательность операций при проведении прессования или смене матриц очевидна.
Прессовый инструмент в процессе эксплуатации изнашивается под
воздействием силовых, температурных и абразивных нагрузок. Прессование отличается высоким уровнем напряженности, создаваемой в контейнере посредством передачи давления от пресса на обрабатываемый металл через пресс-шайбу и пресс-штемпель. Обычная напряженность при прессовании легких сплавов 600 800 МПа, а иногда 1000 МПа и более. К силовому нагружению обычно прибавляются термические напряжения, которые возникают в результате перепада температур между объемами металла инструмента. контактирующими с горячим прессуемым металлом и металлом, находящимся в наружных слоях. Кроме того, поверхности контейнера, матрицы и оправки подвергаются интенсивному абразивному истиранию в результате перемещения по ним под сильным давлением прессуемого металла. Абразивный износ сопровождается адгезионными сцеплениями обрабатываемого металла с инструментом. Таким образом, основная часть инструмента находится под комплексным воздействием различных разрушающих факторов и нередко прессование того или иного пресс-изделия происходит в условиях, близких к условиям предельных возможностей инструмента, т.е. инструмент иногда является ограничивающим фактором при прессовании.
Матрица основная часть прессового инструмента представляет собой металлический диск с прорезанным в нем каналом по форме профиля, который устанавливается в передней части контейнера и замыкает его полость с заготовкой. Диаметр матрицы зависит от размеров контейнера и заготовки, толщину рассчитывают, исходя из конструктивных и технологических соображений. Основные элементы матрицы - зеркало или заходная часть, рабочий канал, поясок, выходная часть.
Разновидности матриц. По форме заходной части матрицы разделяют на плоские (применяют наиболее часто) и конические, имеющие заходную часть в виде конуса. В плоской матрице торец, контактирующий с передним торцом заготовки, называют зеркалом. Существуют и другие формы заходной части матриц, являющиеся в основном переходными между плоскими и коническими, но их применяют значительно реже. Подавляющую часть алюминиевых профилей прессуют через плоские матрицы. В ходе прессования на плоских матрицах образуется большая мертвая зона, которая препятствует проникновению различных дефектов в пресс-изделие. При прессовании через конические матрицы объем мертвой зоны значительно уменьшается и ¦она не задерживает продвижение через матрицу в пресс-изделие различных загрязнений с поверхности заготовки. Если прессование идет со смазкой, то коническая матрица обеспечивает лучшую сохранность смазочного слоя на всем пути продвижения прессуемого металла от контейнера до выхода из канала матрицы. Поэтому прессование со смазкой ведут обычно на матрицах, у которых образующая заходной конической воронки, строго говоря, повторяет форму границы, отделяющей мертвую зону от пластически деформируемого металла заготовки. При этом образование мертвой зоны полностью исключено и частицы металла, которые входят в небольшие заторможенные объемы при прессовании через обычную коническую матрицу и могут быть вовлечены потоком движущегося металла в слои пресоизделий, образуя тем самым поверхностные дефекты, при прессовании с описанной формой заходной воронки практически отсутствуют. Однако такую матрицу изготовить значительно труднее, чем коническую или тем более плоскую.
По числу каналов матрицы разделяют на одно- и многоканальные. Одноканальные матрицы чаще всего применяют для прессования профилей сложной конфигурации и крупных сечений, многоканальные -для прессования профилей более простых сечений и на прессах меньших усилий. Использование многоканального прессования часто поз
воляет интенсифицировать процесс прессования на имеющемся оборудовании и улучшить его экономичность.
Матрицы для прессования алюминиевых и магниевых сплавов чаще изготавливают монолитными в отличие от разъемных или составных, состоящих из нескольких частей, применяемых для прессования титана.
Разъемные матрицы позволяют облегчить удаление отпрессованного профиля с пресс-остатком и разделить профиль и пресс-остаток вне пресса, не задалживая его время. Кроме того, разъем матрицы позволяет наносить на рабочие пояски защитное покрытие в виде диоксида циркония, необходимое для повышения стойкости матриц при прессовании титана, под углом 90 град к обрабатываемой поверхности. Это очень важно для получения хорошего сцепления покрытия и основы, а также получения качественной матрицы. Если матрица разъемная, то это условие выполняется независимо от толщины профиля и ширины канала матрицы.
Матрицы в процессе эксплуатации выходят из строя по разным причинам: при прессовании алюминиевых и магниевых сплавов из-за прогиба и выкрашивания рабочих поясков, образования трещин в углах канала или в перемычке между каналом и наружной частью, прогиба консольного участка, абразивного износа и пр. Матрицы для прессования титана и его сплавов выходят из строя в основном вследствие "размыва" канала прессуемым металлом, нагретым до температуры около 1000°С и выше; при этом частицы металла матрицы выносятся на поверхность отпрессованного профиля. Крепление матриц в матричном узле осуществляют различными способами, которые определяются конструкцией матрицедержателя, входящего в комплект прессовой установки. Применяют различные наружные формы матриц с конусом или буртом для крепления, матричные обоймы с замковым соединением, промежуточными коническими кольцами и другие детали крепежа. Контейнеры. Контейнер работает в условиях многоцикловых силовых и температурных нагружений, а при прямом прессовании и под действием трения прессуемого металла, что приводит к интенсивному износу. Пресс-штемпели и пресс-шайбы
Пресс-штемпели служат для передачи давления от плунжера к пресс-шайбе, а затем к прессуемому металлу и испытывают полное усилие, которое развивает пресс. Для предохранения торца пресс-штемпеля от контакта с нагретой заготовкой используют сменные пресс-шайбы, которые не скреплены с пресс-штемпелем, а после каждого цикла прессования удаляются из контейнера вместе с пресс-остатком для разделения и использования в следующем цикле. Известен вариант прессования, когда пресс-шайба закреплена на пресс-штемпеле и после окончания цикла возвращается в исходное положение через полость контейнера. Различают пресс-штемпели сплошные и полые в поперечном сечении: первые для прессования сплошных профилей, а также труб на профильных прессах, когда прессование осуществляется наподвижной оправке, ввернутой в пресс-штемпель и перемещающейся вместе с ним; вторые для прессования труб на трубных прессах с неподвижной оправкой, а также при обратном прессовании, при этом пресс-штемпель является одновременно и матрицедержателем. Конструктивно пресс-штемпели выполняют цилиндрическими по всей длине стержня (в большинстве случаев) или ступенчатыми (бутылочными), если они нагружаются особо высокими давлениями; при этом резко возрастает сопротивление продольному изгибу.
Иглы, оправки и другой инструмент
Инструмент для прессовой прошивки называют иглой, а для формирования внутренней полости в трубах и полых профилях оправкой. Иногда один и тот же инструмент выполняет обе эти функции. При прессовании из полой заготовки оправку крепят в пресс-штемпеле (прессование с подвижной иглой на прутково-профильном прессе) или в иглодержателе (прессование на трубопрофильном прессе с прошивной системой). При прессовании из сплошной заготовки игла-оправка является составной частью комбинированной язычковой матрицы.
И иглы, и оправки испытывают высокие силовые и температурные нагрузки: игла при прошивке напряжения от сжатия и продольного изгиба, оправка при прессовании напряжения растяжения, которые возникают от сил трения между оправкой и прессуемым металлом, движущимся по ней, а также радиальные сжимающие напряжения. Часто эти напряжения сочетаются с напряжениями от изгиба вследствие эксцентричного приложения нагрузки; при прессовании алюминиевых сплавов образующиеся налипы прессуемого металла на оправке увеличивают силы трения, которые ее растягивают. И игла, и оправка обычно имеют относительно небольшой диаметр и потому быстро нагреваются до температуры прессуемого металла. Они выходят из строя вследствие поломок по поперечному сечению в рабочей части или в резьбе по месту крепления; из-за вытягивания, иногда с образованием шейки; вследствие образования глубоких рисок, надиров, трещин, сколов и разгара поверхности.


К основным преимуществам прессования в сравнении с другими методами получения деформированных изделий относятся: повышение пластичности металла и, как следствие, возможность вести прессование с большими деформациями и получать пресс-изделия разнообразной и сложной конфигурации поперечного сечения за один переход; прессование хрупких и труднообрабатываемых металлов и сплавов; сравнительно высокая точность геометрии пресс-изделий; возможность быстрого перевода процесса с прессования одного типа профиля на другой путем замены в основном только матрицы, а поэтому высокая мобильность процесса.
К недостаткам процесса прессования относятся: цикличность, прерывность процесса; относительно невысокий выход годного металла, который обусловливается необходимостью оставлять пресс-остаток и удалять концевую обрезь на пресс-изделиях; повышенная неравномерность деформации, а также структуры и механических свойств металла по длине и поперечному сечению пресс-изделий; ограниченная скорость истечения при прессовании некоторых сплавов, в частности высокопрочных алюминиевых; высокая стоимость инструмента и в ряде случаев сравнительно низкая его стойкость. Эти недостатки, а также пути уменьшения их влияния на качество продукции и экономику процесса мы рассмотрим ниже.

Список литературы:
Технология конструкционных материалов/А.М.Дальский, Т.М.Барсукова, Л.Н.Бухаркин и др.; Под общ. Ред. А.М.Дальского-М.;Машиностроение,1993,448 с.
Технология металлов и других конструкционных материалов/Б.А.Кузьмин, Ю.Е.Абраменко, Е.К.Ефремов и др.; Под ред. Б.Ф.Кузьмин, - М;Машиностроение,1981,351 с
Технология металлов и материаловедение/ Б.В.Кнорозов, Л.Ф.Усова, А.В.Третьякова и др. – М;Металлургия, 1987, 800с
Рисунок 4Рисунок 615

Приложенные файлы

  • doc 15913121
    Размер файла: 189 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий