ПРЕССОВАНИЕ И ВОЛОЧЕНИЕ

§ 12. Прессование

1. Характеристика процесса. Прессование заключается в выдавлива­нии металла из замкнутого объема через отверстие в матрице. Профиль прессованного изделия соответствует сечению этого отверстия. Прессо­вание — высокопроизводительный и экономичный способ обработки металлов и сплавов, которым можно получать сплошные и полые про­фили (рис. IV. 13, а). Прессованные изделия более точны, чем катаные.

Прессование металла происходит в условиях всестороннего неравно­мерного сжатия (рис. ^.2, а). При этой схеме деформирования металл наиболее пластичен. Поэтому прессованием можно обрабатывать как пластичные, так и малопластичные сплавы: медные, алюминиевые, маг­ниевые, титановые, углеродистые и легированные стали и др. К недо­статкам процесса можно отнести значительные (иногда до 40 % от массы заготовки) отходы металла и интенсивный износ инструмента, особенно при прессовании сталей и других труднодеформируемых сплавов.

Прессованием получают прутки диаметром 5—250 мм, проволоку диаметром 5—10 мм, трубы с наружным диаметром 20—400 мм и толщиной стенки 1,5—12 мм и другие изделия. Благодаря гибкости, легкости пе­реналадки на изготовление другого профиля прессованием, по сравнению с прокатыванием, выгоднее изготовлять малые серии профилей.

2. Методы прессования. Исходной заготовкой для прессования явля­ется слиток или круглый прокат. Различают прямое и обратное прессо­вание.

При прямом прессовании (рис. IV. 13, б) направление выхода металла через отверстие матрицы 5 совпадает с направлением движения пуансона /, давление которого на заготовку 3 передается через пресс-шайбу 2. Часть заготовки, которая остается в контейнере 4, называют пресс-остатком. Масса его составляет обычно 8—12 % от массы слитка.

При прессовании труб заготовка сначала прошивается иглой 6 (рис. IV. 13, в), проходящей через полный пуансон /. При дальнейшем перемещении пуансона и пресс-шайбы 2 металл выдавливается в виде трубы 3 через кольцевой зазор между стенками отверстия в матрице 5 и иглой.

При обратном прессовании (рис. IV. 13, г) матрица 5 устанавливается в конце полого пуансона / и металл вытекает в направлении обратном перемещению пуансона. Этот метод характеризуется меньшими отхода­ми (масса пресс-остатка составляет 6—10 % от массы заготовки) и мень­шим усилием прессования, но из-за сложности оборудования он находит ограниченное применение.

Оборудованием для прессования служат горизонтальные и вертикаль­ные гидравлические прессы с усилием 3—250 МН с рабочим давлением жидкости до 40 МПа. В последнее время все большее применение (осо­бенно при производстве изделий из труднодеформируемых сплавов) находит гидропрессование — прессование металлов под непосредст­венным воздействием давления жидкости до 2000 МПа и выше.

§ 13. Волочение

1. Характеристика процесса. Волочение заключается в протягивании (чаще всего в холодном состоянии) прокатанных или прессованных за­готовок через отверстие в матрице (волоке), поперечное сечение которо­го меньше поперечного сечения заготовки (рис. IV. 14, б). При протягива­нии прутка через отверстие с силой Р возникают силы реакции Ы, ко­торые обжимают заготовку.

Степень обжатия ц = —^—Р^¹—, где /*"„ и Р_х — площади поперечного

сечения соответственно до и после волочения, допускаемая за один про­ход, зависит от обрабатываемого материала и составляет для сталей 10—19 %, для цветных металлов — до 36 %. Чтобы не было обрывов,

б 8 г

Рис. IV. 14. Примеры профилей, получаемых волочением, и схемы волочения

прутков и труб.

напряжение на волочении не должно превышать 0,6 предела прочности материала заготовки. Для получения профилей необходимых размеров производят волочение за несколько проходов через ряд постепенно умень­шающихся отверстий. В результате холодной пластической деформации происходит упрочнение (наклеп) металла. Для снятия наклепа и повыше­ния пластичности производят промежуточный рекристаллизащюнный отжиг.

Из различных сортов стали и цветных металлов волочением изготов­ляют проволоку диаметром 0,002—10 мм, разнообразные профили (рис. IV. 14, а), калиброванные прутки диаметром 3—150 мм, холодно­тянутые трубы диаметром до 500 мм и с толщиной стенки 0,1—10 мм до­статочно высокой точности с блестящей, гладкой поверхностью. Благода­ря наклепу волочением можно повысить прочность и твердость металла.

2. Инструмент и оборудование для волочения. Инструментом для во­лочения служит волочильная матрица (волока). Волоки могут быть цель­ными, составными и роликовыми. Цельная волока имеет отверстие (очко), состоящее из 4 зон: смазочной воронки / (рис. IV. 14, б), рабочего конуса 2, калибрующего пояска 3 и выходного конуса 4. Угол рабочего конуса зависит от деформируемого материала и составляет 6—12°. Ши­рина калибрующего пояска обычно 2—_:10 мм. Рабочая часть матрицы из­готавливается из инструментальных сталей, твердых сплавов и техниче­ских алмазов.. В последнее время успешно используют безвольфрамовые твердые сплавы на основе карбида хрома, разработанные в Институте проблем материаловедения АН УССР.

Волочение производят на волочильных станах, в которых заготовки с помощью тянущего устройства протягиваются через отверстие матри­цы. Различают волочильные станы периодического действия с прямоли­нейным движением тянущего устройства (чаще всего цепные) и станы непрерывного действия (барабанные).

Цепные станы предназначены для волочения прутков и труб. Конец заготовки 7 (рис. IV. 15, а) пропускается через отверстие в матрице 8 и захватывается клещами 6, которые закреплены на каретке 5, перемеща­ющейся по станине / с помощью пластинчатой цепи 3 и крюка 2. Когда изделие выходит из матрицы, натяжение между крюком и цепью уменьша­ется и противовес 4 поднимает крюк и отсоединяет его от цепи.

Барабанные станы с непрерывной подачей заготовки предназначены для волочения проволоки и небольших труб. Они делятея на станы одио-

3. Волочение прутков, проволоки и труб. Основу технологического процесса составляет маршрут волочения, который показывает последова­тельное изменение размеров заготовки по проходам. Степень обжатия для каждого прохода берется одинаковой, и по ней определяются их ко­личество и диаметры калибрующих поясков отверстий волок. Например, при изготовлении стальной проволоки диаметром 0,5 мм из прутка диа­метром 5 мм надо сделать 20 проходов и не меньше трех промежуточных рекристаллизационных отжигов. Для удаления образующейся при отжиге проволоки окалины ее травят в растворе серной кислоты, затем промы­вают и сушат горячим воздухом.

Волочение труб производят двумя способами: 1) для уменьшения толь­ко диаметра трубы — без оправки (рис. IV. 14, в); 2) для одновременного уменьшения диаметра и стенки трубы, а также для получения фасонных труб —с применением оправки (рис. IV. 14, г).

'Для уменьшения усилия волочения, износа инструмента и улучшения поверхности изделий применяют смазки: твердые, пластичные и жидкие. Некоторые изделия, от которых требуется высокая точность и качество поверхности, подвергают калиброванию при малой степени обжатия.

КОВКА

§ 14. Сущность процесса и технологические операции ковки

1. Характеристика процесса. Ковка —■ процесс деформирования на­гретой заготовки между верхним и нижним бойками молота или пресса с помощью универсального инструмента (рис. IV.3, г). Ковка может быть машинной на молотах и прессах и ручной. Ручная ковка применяется в основном в ремонтном деле для мелких работ. Кованые заготовки для последующей обработки называются поковками. Ковкой получают по­ковки массой от 0,1 кг до 300 т. Крупные поковки (массой выше 1,5 т) получают из слитков только ковкой. Меньшие поковки можно получать также штамповкой. Но штамповка из-за сложности инструмента приме­няется только в массовом и крупносерийном производствах. Для полу­чения мелких и средних поковок (до 150 кг) повышенной точности на ко­вочных молотах и прессах в серийном производстве (при партиях 50—• 250 штук) часто используют подкладные штампы. Мелкие и средние по­ковки куют из сортового проката, или блюмов.

2. Виды операций ковки и инструмент. Самую сложную поковку можно получить, выполняя в определенной последовательности основные опе­рации ковки: протяжку, осадку, прошивку, гибку, закручивание, рубку.

Протяжку (вытяжку) применяют для увеличения длины заготовки и уменьшения ее поперечного сечения (рис. IV. 16, а). Протяжку можно выполнять плоскими и фигурными бойками. Ковка в фигурных бойках (рис. IV. 16, б) позволяет избежать ковочных трещин при ковке ннзко-пластичных сталей и сплавов и получить более точные поковки. Степень деформации характеризуется отношением поперечного сечения исходной заготовки к конечному поперечному сечению, называемому у ковкой. Чем больше уковка, тем лучше структура металла и выше его механиче­ские свойства. Разновидности протяжки: разгонка (расширение части заготовки); протяжка полого цилиндра на оправке, применяемая при ковке барабанов, труб, цилиндров; раскатка (раздача) колец на цилинд­рической оправке для увеличения диаметра (рис. IV. 16, в).

Осадка — увеличение поперечного сечения исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты. Для правильной осадки высота исходной ци­линдрической заготовки не должна превышать трех диаметров, торцы ее должны быть ровными и параллельными. Местное утолщение заготов­ки называется высадкой (рис. IV. 16, г).

Прошивка — получение в заготовке сквозного отверстия или углуб­ления. Для выполнения этой операции применяют сплошные и пустоте­лые (для диаметров 400—900 мм) прошивни / (рис. IV. 16, д). Прошивку сквозных отверстий в тонких поковках 2 производят с подкладными кольцами 3 (рис. IV. 16, д). В более высоких поковках сначала прошива­ют отверстие с одной стороны (примерно на ³/₄ глубины), а затем этим же прошивнем заканчивают прошивку с другой стороны.

Гибка применяется для изготовления крюков, коленвалов, скоб и т. п. При выборе исходной заготовки надо учитывать искажение формы и уменьшение площади поперечного сечения (утяжку) в зоне изгиба. При гибке могут использоваться подкладки и специальные приспособления (рис. IV. 16, е).

Закручивание — поворот одной части заготовки относительно другой на заданный угол — применяется при изготовлении коленвалов, сверл ит. п. При закручивании используют ключи, воротки, лебедки (рис. IV.16, ж).

Рубка применяется для разделения заготовки на части, отделения из­лишка металла и с целью образования в поковке уступов, заплечиков (надрубка). Инструментом для рубки служат прямые и фигурные топоры и зубила 4 (рис. IV. 16, з).

§ 15. Оборудование для ковки

1. Ковочные молоты. Молоты создают динамическое (ударное) воз­действие инструмента (верхнего бойка) на заготовку. Продолжительность деформации при ковке на молотах порядка Ю^-3 с, а скорость деформа­ции — 6—6,5 м/с. Наибольшее применение получили паровоздушные и приводные молоты.

В паровоздушном молоте (рис. IV. 17) подъем и опускание бабы 10 с закрепленным на ней верхним бойком по направляющим 7 произво­дится при подаче пара или сжатого воздуха давлением 0,7—0,9 МПа в ра­бочий цилиндр 5. Подача пара регулируется с помощью золотникового уст­ройства 4. При перемещении золотника 3 с помощью рычага 1 и тяги 2 вверх или вниз пар поступает в верхнюю или нижнюю полость цилиндра 5 и перемещает поршень 6, соединенный штоком 8 с бабой 10. При паде­нии бабы давление пара на верхнюю часть поршня создает дополнитель­ное усилие. Нижний боек 12 неподвижно закреплен на массивной сталь­ной фундаментной плите — шаботе 13, лежащей на дубовой подушке на отдельном фундаменте. Чем больше масса шабота, тем большая часть кинетической энергии падающих частей превращается в энергию дефор­мации заготовки. Обычно она в 15 раз больше массы падающих частей.

Установка станины 9 и шабота 13 на отдельных фундаментах обеспе­чивает свободный доступ к бойкам, оберегает конструкцию молота от сотрясений, но не гарантирует параллельности бойков. Паровоздушные молоты строят с массой падающих частей 1—8 т.

Из приводных молотов наибольшее применение получили пневмати­ческие. В них подъем и опускание поршня, шток которого одновременно является бабой молота и к которому крепится верхний боек, соверша­ется с помощью сжатого воздуха давлением 0,2—0,3 МПа. Сжатый воз­дух поступает в рабочий цилиндр от поршневого компрессора, приводи­мого в движение кривошипно-шатунным механизмом от отдельного элек­тродвигателя. Рабочий и компрессионный цилиндры расположены на одной станине. Пневматические молоты имеют массу падающих частей 50— 1000 кг и применяются для ковки мелких поковок (до 20 кг).

2. Гидравлические прессы. Прессы отличаются от молотов тем, что они оказывают статическое воздействие на заготовку. Продолжительность деформации доходит до десятков секунд, а скорость деформации состав­ляет 2—3 м/мин.

В гидравлическом прессе плунжер 6 (рис. IV. 18) перемещает подвиж­ную траверсу 3 с закрепленным на ней верхним бойком 2. Необходимое для деформирования поковки усилие создается с помощью жидкости (водной эмульсии или минерального масла), поступающей под давлением 20—30 МПа в рабочий цилиндр 10 по трубопроводу 11. Поднимается плун­жер 6 с траверсой 3 с помощью тяг 5 и перемещающихся в цилиндрах подъема 9 поршней 8. Нижний боек 12 крепится к нижней плите /.

Нижняя / и верхняя 7 неподвижные плиты соединены четырьмя направ­ляющими колоннами 4, по которым перемещается траверса 3.

В состав гидропрессовой установки, кроме самого пресса, входят так­же насосная станция, сливной резервуар, аккумулятор жидкости высо­кого давления (грузовой или воздушный) и гидрораспределители.

Гидравлические прессы изготовляют с максимальным усилием 5— 150 МН. Они чаще используются для получения крупных поковок, а также при ковке малопластичных высоколегированных сталей и спла­вов цветных металлов. Имеются также прессы, в которых вместо привод­ной насосной станции используется паровой насос (мультипликатор), создающий давление жидкости 30—60 МПа.