Скорость истечения металла при прессовании

Скорость прессования металла

При работе на гидравлических прессах большое значение имеет скорость прессования. Ее влияние на производительность понятно без каких-либо доказательств, но вопрос о ее влиянии на качество продукции требует некоторых пояснений.

В прессовом деле различают две скорости:

а) собственно скорость прессования — это скорость движения шплинтона (см/сек или м/мин);

б) скорость истечения — это скорость, с которой металл выходит из очка матрицы (см/сек или м/мин).

Современные гидравлические прессы снабжаются приборами, показывающими фактическую скорость прессования. Если таких приборов нет, скорости определяют расчетом.

Для определения скоростей прессования имеется несколько способов. Например, чтобы определить скорость прессования, достаточно разделить полезную, т. е. выпрессованную, длину слитка в сантиметрах (без прессостатка) на время прессования в секундах, а для определения скорости истечения — разделить длину отпрессованного изделия на то же время прессования.

Время прессования на горизонтальных прессах удобно замерять, наблюдая за движением выпрессовываемого изделия. На вертикальных же прессах для этой цели лучше пользоваться показаниями манометра, устанавливаемого на главном цилиндре пресса. До начала прессования стрелка манометра стоит на нуле. При сдавливании слитка стрелка показывает быстрое возрастание давления, которое, дойдя до определенной величины, начинает медленно падать. Момент, когда возрастание давления прекращается, служит признаком начала прессования. Этот момент отмечается на секундомере. Конец прессования отмечается по быстрому движению стрелки манометра к нулю.

Период времени между отмеченными моментами является временем прессования. Обычно это время измеряется в секундах или минутах.

Пример. Определить скорость прессования и скорость истечения, если известно, что длина выпрессованной части слитка (без прессостатка) составляет 36 см, длина трубы — 720 см, а время прессования — 20 сек.

Скорость прессования найдем, разделив длину слитка на время прессования: 36:20=1,8 см/сек.

Скорость истечения найдем, разделив длину трубы на то же время прессования: 720:20=36 см/сек.

Эти скорости значительно отличаются одна от другой, но, кроме того, они связаны между собой определенной зависимостью, которая определяется следующим правилом: скорость истечения металла во столько раз больше скорости прессования, во сколько раз длина отпрессованного изделия больше длины выпрессованной части слитка после его распрессовки.

Эта зависимость, представленная в виде пропорции, принимает вид

где Cи — скорость истечения, см/сек;

Cп — скорость прессования, см/сек;

L0 — длина выпрессованной части слитка после его распрессовки, см;

L1 — длина отпрессованного изделия, cv.

Отношение L1/L0, как это указано ранее, представляет вытяжку, поэтому указанная пропорция может быть дана в виде формулы.

т. е. скорость истечения равна скорости прессования, умноженной на вытяжку.

Возвращаясь к нашему примеру, найдем скорость истечения, если нам известны скорость прессования (1,8 см/сек) и длина слитка и изделия.

Вытяжка K=L1/L0 = 720 см/36 см = 20. Подставляя в формулу (15) значение вытяжки, находим, что скорость истечения равна:

Результат согласуется с ответом, полученным ранее.

На основании формулы (15) можно заключить, что скорость истечения при прессовании тонких труб или прутков при равной скорости прессования и одинаковых размерах слитка всегда получается больше, чем скорость истечения при прессовании крупных изделий.

Выбор скорости истечения зависит от пластических свойств металла или сплава. Некоторые металлы и сплавы допускают прессование с весьма большими скоростями истечения, другие же, наоборот, прессуются только при малых скоростях. К числу первых относятся алюминий, медь и ее сплавы Л62, Л96 и др., допускающие скорости истечения до 150—500 см/сек. Примером медленно прессующихся сплавов являются дуралюмины, бронзы Б.ОФ6.5-0,15, скорости истечения которых обычно не превышают 5—10 см/сек. При превышении этих скоростей снижаются механические свойства изделия и образуются поперечные надрывы и разрывы, приобретающие иногда форму «ерша» (рис. 49 и 50). Последний вид брака наблюдается при прессовании перегретых слитков с большими скоростями.

Образование поверхностных надрывов объясняется тем, что наружные слои прутка или трубы испытывают торможение со стороны матрицы, а поэтому стремятся отстать от внутренних слоев. В результате этого в наружных слоях изделия создаются растягивающие напряжения, которые при чрезмерно высоких скоростях и температурах приводят к разрыву поверхности изделия.

Влияние скорости истечения на поверхностные надрывы сказывается тем больше, чем крупнее изделие. С увеличением размера изделия возрастает разность температур, а следовательно, и разность пластичности между центральными и периферийными слоями слитка, что усугубляет причину образования наружных трещин. Поэтому скорости истечения для крупных изделий применяются меньше, чем для мелких.

Понижая скорость прессования, необходимо считаться с возможностью «замораживания» слитка в контейнере, если он нагрет меньше, чем слиток. При медленном прессовании слиток, отдавая тепло более холодному контейнеру, может настолько остыть, что давление пресса окажется недостаточным, чтобы продавить слиток. Кроме того, слишком замедленная скорость прессования также иногда способствует образованию поперечных надрывов.

При высоких скоростях прессования металл заметно разогревается. Поэтому если слиток перед прессованием был нагрет до верхнего допустимого предела температуры, то при быстром прессовании он, дополнительно разогреваясь, ведет себя, как перегретый слиток, и изделие получается с трещинами и надрывами.

Учитывая эту зависимость между температурой слитка и скоростью прессования, на практике придерживаются правила: чем выше температура слитка, тем меньше скорость прессования, и, наоборот: чем меньше нагрет слиток, тем больше скорость прессования. Выполнение этого правила оправдывается также и тем, что при увеличенных скоростях и пониженных температурах прессования легких металлов и сплавов уменьшается налипание их на инструмент.

Читайте также:  При взаимодействии азотной кислоты с металлами никогда не будет выделяться

Из этого следует, что если давление пресса и свойства сплава позволяют, то прессовать следует при низких температурах и высоких скоростях.

Для увеличения производительности пресса целесообразно работать на верхнем пределе допустимых скоростей. Ho при этом следует опасаться таких скоростей, при которых может получаться брак по надрывам и завершению. Поэтому необходимо, пользуясь приборами, добиться равномерного и возможно наиболее одинакового нагрева слитков и затем установить наивыгоднейшую скорость прессования.

В табл. 12 в качестве примера приводятся скорости истечения, принятые на практике при прессовании некоторых сплавов.

Источник

Течение металла при прессовании

Решающее влияние на качество получаемых изделий и энергосиловые параметры процесса прессования оказывает характер течения деформируемого металла в контейнере во время выдавливания, т. е. характер взаимного перемещения отдельных объемов металла, их деформированное состояние. Характер течения металла влияет на равномерность структуры и механических свойств в объеме прессизделий. Поэтому исследование влияния различных факторов на характер течения металла позволяет эффективно влиять на результаты процесса прессования, имеет важное научное и практическое значение. Однако сложность закономерностей характера течения металла и зависимость их от множества факторов, а также взаимосвязь их друг с другом делают невозможным получение точного теоретического решения задачи течения металла при прессовании. Поэтому на практике нашли широкое применение в основном экспериментальные методы исследования характера течения металла при прессовании.

Течение металла при прессовании исследуют с помощью раз-личных экспериментальных и аналитических методов. Среди них наибольшее распространение получил метод координатной сетки[5]. При этом в качестве исходных заготовок используют два свинцовых полуцилиндра, получаемых литьем. Сущность метода заключается в нанесении на поверхность одного из полуцилиндров координатной сетки в виде продольных и поперечных канавок глубиной порядка 0,25 мм, образующих квадраты со сторонами около 1…6 мм в зависимости от размера образцов (рис. 2.1, а). Затем поверхности разъема смазывают машинным маслом для предохранения заготовок от сваривания при прессовании, затем складывают их и в таком виде прессуют.

Рис. 2.1. Составная круглая заготовка с координатной сеткой до (а) и после (б) прессования

После прессования деформированную заготовку отделяют от инструмента, разделяют ее по плоскости разъема и изучают происшедшие на различных участках изменения координатной сетки (рис. 2.1, б). По изменению координатной сетки судят о характере течения и распределения деформации по длине и сечению. В общем случае, если квадратный элемент координатной сетки получает только растяжение и сжатие, то он превратится в прямоугольник, если же имеется дополнительный сдвиг, то – в параллелограмм. На образце, изображенном на рис. 2.1, б, все квадратные ячейки исходного образца после деформации превратились в параллелограмм. Следовательно, при прессовании происходят деформации удлинения и сдвиг.

Деформацию удлинения можно определить двумя способами:

1) по отношению длин сетки до и после прессования; 2) по отноше-ниям площадей поперечных сечений соответствующих колец до и после прессования.

Первый способ является более точным для ячеек, находящихся ближе к центру (оси). При этом деформация удлинения осевого слоя оценивается как отношение расстояния между вершинами двух соседних поперечных линий координатной сетки к начальному расстоянию между этими линиями (рис. 2.2), т. е.

, , … .

Рис. 2.2. Общая схема искажения координатной сетки

Второй способ более точен для ячеек периферийных слоев, поскольку в них на координатных сетках точнее замеряется толщина слоев, чем длина параллельных оси сторон ячеек после прессования. В этом случае:

.

Сдвиговые деформации достаточно точно определяются измерением углов γ, которые образуются касательными к поперечным кривым и линиям и линиям, перпендикулярным к оси.

Поскольку γ321 , то на периферии отпрессованных деталей сдвиговые деформации будут преобладать над деформацией растяжением.

Полученные таким образом показатели позволяют построить кривые изменения деформаций по поперечным сечениям (λDi, di) пресс изделия и длине (λli, li), а также выразить изменение сдвигов по диаметру.

Приведенная схема позволяет установить следующие основные положения, определяющие характер течения металла и деформации при прессовании через одноканальную коническую матрицу [6]:

1) все прямые продольные линии начальной координатной сетки, оставаясь, за исключением переднего конца, практически прямыми после прессования, претерпевают изгибы у входа в обжи-мающую часть пластической зоны и у выхода из этой части;

2) данные изгибы направлены во взаимно противоположные стороны, что свидетельствует о немонотонности деформации;

3) углы γ321 , что свидетельствует об уменьшении немонотонности деформации от периферии к центру;

4) соединяя между собой все точки изгибов продольных пря-мых линий, получают две кривые поверхности, являющиеся грани-цами очага пластической деформации (ОПД) со стороны входа по линии КК’ и выхода по СС’. Торцовые поверхности ОПД представляют собой плавные осесимметричные поверхности, выпуклость которых направлена против движения прессуемого металла;

5) на некотором расстоянии от ОПД продольные линии сетки изгибаются по направлению к оси заготовки, образуя пережимы, утонения центральных и утолщения периферийных слоев. Утолще-ния являются аккумуляторами металла периферийных слоев, сдвигающихся относительно внутренних;

6) все поперечные прямые линии начальной координатной сетки в заготовке симметрично изгибаются выпуклостью в напра-влении движения прессуемого металла; это указывает на неравно-мерность деформации и отставание периферийных слоев металла от центральных в направлении, параллельном оси прессования. При некоторых условиях процесса прессования поперечные линии могут оставаться неизменными вплоть до того, пока не начнут входить в ОПД (холодное прессование с эффективной смазкой, горячее прессование с обратным истечением) или даже изгибаться в проти-воположном направлении, т. е. периферийные слои могут опережать внутренние в направлении оси прессования (прессование с опере-жающим движением контейнера).

Читайте также:  Надо ли обезжиривать металл после преобразователя ржавчины

7) расстояние между изогнутыми поперечными линиями в заго-тове увеличиваются в направлении движения прессуемого металла от пресс шайбы к ОПД;

8) в традиционных условиях прессования в пресс-изделии ранее прямые поперечные линии координатной сетки, за исключением нескольких линий, примыкающих к его переднему концу, принимают формы, близкие к параболам (см. рис. 2.1);

9) в стадии установившегося процесса прессования скорости истечения металла, т. е. скорости выхода пресс-изделия из матрицы, на разных стадиях этого периода, т. е. в начале, середине и конце установившегося течения, будут различны.

Источник

Характеристики деформации при прессовании

При прессовании металл, заключенный в приемнике-контейнере, выдавливается через отверстие в матрице и получает форму поперечного сечения, соответствую­щего форме отверстия матрицы.

Прессование иногда называют выдавливанием, экструдированием. Прессование применяют для производст­ва сплошных и полых профилей, в частности труб по­стоянного и переменного по длине сечения. Прессован­ные полуфабрикаты близки к профилям, получаемым прокаткой.

Прессование применяют также для изготовления поковок, имеющих форму стержня постоянного или пе­ременного сечения с утолщением на конце (например, клапан двигателя внутреннего сгорания). Прессованием получают стержневые элементы таких поковок.

Различают два основных вида прессования: с прямым и обратным истечением металла.

При прессовании с прямым истечением (рисунок 29) металл выдавливается из контейнера так, что пресс-шайба пуансоном перемещается относительно сте­нок контейнера при отсутствии перемещения матрицы относительно стенок. При этом перемещаться в пространстве может как контейнер, так и пуансон. При прес­совании с прямым истечением заготовка перемещается относительно стенок контейнера и на контактной по­верхности появляются силы трения, затрудняющие ее перемещение.

1 – металл; 2 – контейнер; 3 – пресс-шайба; 4 — пуансон

Рисунок 29 – Схема прессования с прямым истечением металла

Разновидностью прессования с прямым истечением является прессование с боковым истечением (рисунок 30).

Процесс гидропрессования является также разновид­ностью прессования с прямым истечением и заключается в том, что металл из контейнера выдавливается через отверстие матрицы не действием пуансона, как в обычном процессе, а действием жидкости, подавае­мой в контейнер под высоким давлением (рисунок 31).

Металл в этом процессе изолируется от инструмента жидкостью, движущейся в направлении истечения с большей скоростью, чем металл. Вследствие этого тре­ние металла об инструмент заменяется трением о жид­кость. При этом силы трения направлены в сторону ис­течения и тем самым снижают потребное усилие. При большой вязкости жидкости дополнительные напряже­ния растяжения, вызываемые силами трения, могут пре­высить основные сжимающие напряжения, что приво­дит к разрушению

прутка. Область применения гидропрессования ограничивается температурными усло-

Рисунок 30 – Схема прессования с боковым истечением Рисунок 31 – Схема гидропрессования

При прессовании с обратным истечением (рисунок 32) матрица перемещается пуансоном относительно сте­нок контейнера. При этом перемещаться в пространстве может как контейнер, так и пуансон.

При прессовании с обратным истечением заготовка относительно стенок контейнера не перемещается, за исключением небольшого объема вблизи матрицы. По­этому влияние трения на усилие прессования и течение металла в этом процессе значительно меньше, чем при прессовании с прямым истечением.

Иногда применяют совмещенное прессование, при котором прямое и обратное истечение металла проис­ходят одновременно или последовательно. На рисунке 33 представлена схема процесса совмещенного прессования сплошного профиля.

Прессованием можно получать сплошные и полые профили с плавным или ступенчатым поперечным се­чением по длине. Для этого применяют сменные матри­цы или разъемные матрицы с перемещающимися час­тями, конические и перемещающиеся иглы.

Рисунок 32 – Схема прессования с обратным истечением Рисунок 33 – Схема совмещенного прессования

Прессование обладает много преимуществами по сравнению с другими процессами обработки метал­лов давлением – прокаткой, волочением, ковкой:

1. Механическая схема дефор­мации (всестороннее сжатие с одной деформацией растяжения), характеризующая процесс прес­сования, является схемой, обе­спечивающей наибольшую пластичность деформируемого металла, поэтому прессованием можно деформировать малопластичные по природе металлы и сплавы, которые другими методами деформировать невозможно.

2. Прессованием можно получать сплошные и полые профили очень сложной формы поперечного сечения (рисунок 34) – трубы с наружными и внутренними продольными и поперечными ребрами, полые профили с несколькими каналами сложной формы и т.п.

Размеры и форму поперечного сечения можно плавно или ступенчато изменять по

Рисунок 34 – Прессованные профили

3. При прессовании легко осуществляется переход с одного профиля на другой простой заменой матрицы. Поэтому прессование целесообразно применять при мелкосерийном производстве даже таких профилей, которые можно изготовлять прокаткой.

4. При прессовании обеспечивается высокая точность размеров сечения по сравнению с горячей прокаткой, так как упругие деформации инструмента ничтожны.

Вместе с тем прессование имеет следующие недостатки, которые ограничивают область его применения:

1. Механическая схема деформации, обеспечивающая высокую пластичность, требует повышенного усилия для деформации. Это создает тяжелые условия службы матрицы. При прессовании нагретого металла усилие снижается, но ус­ловия службы инструмента ухудшаются. В связи с этим инстру­мент изготовляют из сложнолегированных сплавов, производят частую его смену.

2. Прессованные изделия характеризуются значительной неравномерностью свойств по сечению и длине в результате неравномерности деформации (более резко выраженной, чем при прокатке). Степень неравномерности деформации, а следовательно, и свойств изделий зависит от следующих основных факторов:

Читайте также:  Станок для заточки сверла по металлу drill

1) температуры прессуемого металла и инструмента;

2) трения на поверхностях контакта металла с инструментом;

3) степени деформации;

4) скорости прессова­ния и истечения;

5) прочностных свойств прессуемого металла.

Для снижения усилия прессования металлов с повышенной прочностью прессование осуществляют при высоких температурах. Вследствие этого неизбежно значитель­ное охлаждение периферийных слоев металла, соприкасающихся с инструментом, особенно в обжимающей части пластической зоны вблизи матрицы. Внутренние слои (более горячие) имеют пониженное сопротивление деформации и стремятся переме­ститься быстрее наружных, что приводит к неравномерности де­формации по сечению. Выравнивание скоростей течения по се­чению прутка вследствие его целостности приводит к появлению дополнительных напряжений растяжения в наружных слоях и сжатия в центральных.

При прессовании температура неодинакова и по длине прутка: задний конец обычно имеет пониженную температуру по сравне­нию с передним – из-за большей длительности контакта с инст­рументом. В связи с этим предлагают нагревать заготовку не­равномерно: наружные слои и ее задний конец до более высокой температуры по сравнению с внутренними слоями и передним концом. Это компенсирует неравномерность охлаждения при прессовании. Однако при значительном перепаде температуры по сечению наружные слои горячее внутренних и могут течь быстрее их. В результате во внутренних слоях появятся дополни­тельные напряжения растяжения, что может привести к внутрен­ним разрывам.

Трение, как и во всех процессах обработки металлов давле­нием, увеличивает неравномерность деформации и потребное усилие. Трение сдерживает течение металла периферийных сло­ев. Для снижения трения при прессовании применяют смазку ин­струмента или заготовки. При прессовании нагретого металла смазка должна иметь незначительную теплопроводность, чтобы уменьшить охлаждение поверхности заготовки и нагрев инструмента. Смазка уменьшает трение, а, следовательно, и неравномерность деформации и усилие.

Повышение степени деформации увеличением сечения заго­товки или уменьшением сечения изделия приводит к неравномерности деформации. Однако при высоких степенях деформации разница в свойствах частей прессованного изделия, получивших различную степень деформации, будет уменьшаться в связи с уменьше­нием интенсивности упрочнения с ростом степени деформации. Поэтому прессование осуществляют большими степенями дефор­мации для получения изделий с равномерными свойствами. Если прессованное изделие в дальнейшем не подвергается обработке давлением (прокатка, волочение), то вытяжка должна быть не менее десятикратной; если прессуют заготовку для дальнейшей обработки давлением, то вытяжка должна быть не менее пяти­кратной.

Скорость прессования определяет длительность контакта прессуемого металла с инструментом. При прессовании с нагре­вом заготовки для уменьшения охлаждения металла и разогре­вания инструмента скорость прессования должна быть большой (чем больше скорость, тем равномернее деформация). Однако при повышении скорости прессования увеличивается сопротивле­ние деформации и потребное усилие. При прессовании сплавов, имеющих узкий температурный интервал пластичности, увели­чение скорости прессования приводит к снижению пластичности в связи с повышением температуры из-за выхода тепла дефор­мации.

3. При прессовании по сравнению с прокаткой получается больший расход металла из-за необходимости осуществлять прессование не до конца, оставляя пресс-остаток.

Указанные преимущества и недостатки прессования ограни­чивают область его применения производством профилей из ма­лопластичных металлов и сплавов, профилей сложной формы, при мелкосерийном изготовлении профилей.

Основным деформационным параметром, характеризующим процесс прессования, является степень деформации.

Степень деформации при прессовании оценивают коэффици­ентом вытяжки, равным отношению площади сечения заготовки к площади сечения готового изделия, т. е.

, (46)

где – коэффициент вытяжки при прессовании;

и – соответственно площадь поперечного сечения заготовки до прессования и после прессования, мм 2 .

Степень деформации может оцениваться истинной деформацией, являющейся

натуральным логариф­мом коэффициента вытяжки

, (47)

где – истинная деформация при прессовании.

Оба показателя степени деформации являются условными. В действительности степень деформации различна по сечению и по длине прутка.

Основным энергосиловым параметром при прессовании является усилие прессования. Усилие прессования складывается из следующих основных составляющих:

а) усилия, затрачиваемого на формоизменение металла в обжимающей части;

б) усилия, затрачиваемого на перемещение частиц металла в пластической зоне, т.е. в объеме слитка вне обжимающей части;

в) усилия на преодоление трения по контактным поверхностям контейнера

Полное усилие прессования – сумма этих составляющих.

Силовые условия прессования определяются свойствами деформируемого металла, температурным режимом, размерами заготовки, скоростью и степенью деформации, величиной контактного трения, геометрией инструмента. К сожалению, в настоящее время еще не разработана методика, позволяющая связать все эти факторы в математическое выражение для определения усилий прессования.

Хорошие результаты при определении усилия выдавливания металла с прямым истечением дает формула Е.П. Унксова, которая имеет следующий вид:

, (48)

где – усилие прессования, МН;

– сопротивление металла пластической деформации при прессовании, МПа;

– длина заготовки в момент начала выхода металла из формующей цилиндрической части матрицы, мм;

– соответственно диаметр заготовки и диаметр изделия (диаметр цилиндрической части очка матрицы), мм;

– угол при вершине конуса матрицы, рад;

– длина цилиндрической части очка матрицы, мм.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector