Реферат на тему прессование металла

Обновлено: 05.07.2024

В технике прессованием называют один из методов обработки металлов давлением. Он представляет собой процесс, при котором разогретая до высокой температуры заготовка, помещенная в замкнутую форму, выдавливается через отверстие, имеющее меньшее сечение чем то, которым обладает исходная заготовка. Прессование позволяет изготавливать изделия различного сечения, имеющие сложные профили. В качестве исходного материала при осуществлении этого технологического процесса чаще всего используются стальные прокатные заготовки или же слитки из цветных металлов и их сплавов.

Среди преимуществ тех изделий, для выпуска которых используется прессование, следует отметить высокую точность геометрических размеров. В этом отношении они намного превосходят изделия, выпускаемые прокаткой.

Классификация методов обработки металлов давлением.

При обработке металлов давлением полуфабрикаты и изделия получают пластическим деформированием исходной заготовки без снятия стружки. Этот процесс отличается значительной экономичностью, высоким выходом годного и большой производительностью. Обработка давлением можно изготовить детали самых различных размеров (от миллиметра до нескольких метров) и формы.

Обработка металлов давлением обычно преследует две основные цели: получение изделий сложной формы из заготовок простой формы и улучшение кристаллической структуры исходного литого металла с повышением его физико-механических свойств. Давлением обрабатывают примерно 90% всей выплавляемой стали, а также большое количество цветных металлов и их сплавов.

К обработке металлов давлением относят прокатку, волочение, прессование, ковку, штамповку, и некоторые специальные процессы, например, отделочную и упрочняющую обработку пластическим деформированием и т.д. Методы обработки металлов давлением классифицируют по схемам технологического процесса.

При прессовании металл выдавливают из замкнутой полости через отверстие, получая пруток или трубу с профилем, соответствующим сечению отверстия инструмента. Исходный материал для прессования — слитки или отдельные заготовки. Существуют два метода прессования — прямой и обратный. При прямом прессовании движение пуансона пресса и истечение металла через отверстие матрицы происходят в одном направлении. При обратном прессовании заготовку закладывают в глухой контейнер, и она при прессовании остается неподвижной, а истечение материала из отверстия матрицы, которая крепится на конце полого пуансон, происходит в направлении, обратном движению пуансона с матрицей.

Обратное прессование по сравнению с прямым требует меньших усилий и прессостаток в этом случае меньше, однако меньшая деформация при обратном прессовании приводит к тому, что прессованный пруток сохраняет следы структуры литого металла. Основное преимущество прессованных изделий — точность их размеров. Кроме того, ассортимент изделий, получаемый прессованием, весьма разнообразен, и этим методом можно получить очень сложные профили.

Прессование или экструзия

Прессование металлов – это технология, в которой заготовка, обычно круглого сечения, продавливается штоком пресса – пресс-штемпелем – под высоким давлением через специальный инструмент – матрицу – в один или несколько профильных прессованных изделий – прутки, проволоку, трубы или профили. Эту технологию называют также экструзией. Ее применяют главным образом для производства прутков, проволоки, труб и профилей из алюминиевых и медных сплавов. Однако прессование (экструзию) применяют также и для производства в небольших количествах труб из нержавеющей стали, стальных профилей и полуфабрикатов из других металлов [1].

2.Основные положения обработки металлов давлением.

В основе обработки металлов давлением лежит процесс пластической деформации, при котором изменяется форма без изменения массы. Все расчеты размеров и формы тела при обработке давлением основаны на законе постоянства объема, суть которого заключается в том, что объем тела до и после пластической деформации принимается неизменным: V1=V2=const (V1 и V2 — объемы тела до и после деформации).

Изменения формы тела может происходить в направлении трех главных осей; при этом каждая точка стремится перемещаться в том направлении, в котором создается наименьшее сопротивление ее перемещению. Это положение в теории обработки металлов давлением носит название закона наименьшего сопротивления.

При свободном формоизменении тела в различных направлениях наибольшая деформация происходит в том направлении, в котором большинство перемещающихся точек встречает наименьшее сопротивление своему перемещению.

Законы постоянства объема и наименьшего сопротивления распространяются на все способы обработки металлов давлением. При этом закон постоянства объема используют для определения размеров заготовок, а закон наименьшего сопротивления позволяет определить, какие размеры и форму поперечного сечения получит заготовка с тем или иным сечением в процессе обработки давлением. Любой процесс обработки металлов давлением характеризуется очагом деформации и коэффициентом деформации.

Волочение металла как смежная технология

Хорошо оснащенные предприятия предлагают в комплексе сразу две услуги — прессование и волочение металла. Обработка волочением предполагает не вдавливание заготовки в форму, а ее протягивание сквозь отверстие, имеющее заведомо меньший диаметр.
Чаще такую операцию проделывают над прутьями, получая из них проволоку различного диаметра. Как и прессование, эта технология достаточно универсальна и может использоваться для любых материалов — от стали до цветмета. Другое сходство двух операций в том, что они могут проводиться как холодным способом, так и с нагревом.

Технологический процесс прессования.

В настоящее время применяют различные методы и способы прессования, в том числе прямое прессование труб, прутков и профилей, обратное прессование прутков и профилей, совмещенное прессование труб с прошивкой при закрытом контейнере, прессование профилей переменного сечения, прессование с противодавлением, вакуумное прессование. Процесс прессования характеризуется следующими основными параметрами: коэффициентом вытяжки, степенью деформации и скоростью истечения металла из очка матрицы.

Коэффициент вытяжки λ

определяют как отношение площади сечения контейнера FК к площади сечения всех отверстий матрицы FМ.

Степень деформации

определяется как отношение разности площадей контейнера и всех отверстий матрицы к площади сечения контейнера:

Скорость истечения металла из очка матрицы

пропорциональна коэффициенту вытяжки и может быть определена по формуле:

где VП — скорость прессования, то есть скорость движения поршня и прессшайбы.

При всех процессах прессования вид напряженного состояния в очаге деформации определяется тремя главными нормальными напряжениями сжатия и иногда (в основном, у контактных поверхностей) двумя главными нормальными напряжениями сжатия и одним нормальным напряжением растяжения.

Все процессы прессования протекают при значительной неравномерности деформаций. Прессование через многоканальную матрицу характеризуется большей неравномерностью деформаций по сравнению с прессованием через одноканальную матрицу без принципиальных отличий в прохождении процесса. Основным условием успешного применения прессования является правильный выбор температурно-скоростного режима с учетом свойств прессуемых металлов и сплавов.

В качестве основного инструмента при прессовании применяют матрицы, матрицедержатели, пуансоны, иглы, иглодержатели, прессшайбы, втулки (рубашки-приемники) и другой инструмент, работающий в исключительно тяжелых механических и температурных условиях. Вследствие этого для изготовления рабочего инструмента применяют специальные стали.

Матрицы для прессования прутков имеют одно или несколько отверстий. Последние применяют для прессования изделий небольшого поперечного сечения.

При прессовании труб для прошивки отверстия в заготовке применяют иглы, которые устанавливают в иглодержателе. Внутренний диаметр трубы определяется диаметром иглы. Процесс прессования трубы проходит в следующей последовательности. В начале прессования заготовка распрессовывается так, что заполняет контейнер, затем слиток прошивается иглой, причем выдавленная часть металла в момент распрессовки и прошивки и прошивки выходит из матрицы в виде прутка-пробки. Размер пробки зависит от размеров труб. Так, например, при прессовании труб диаметром более 250 мм масса пробки может достигать 40% массы заготовки. Для уменьшения размеров пробки используют следующий технологический прием. Вместо матрицы устанавливают глухую пробку, с которой прошивается слиток. При этом вытесняемый иглой металл идет на увеличение длины слитка. В конце хода пробку убирают и в матрице осуществляется окончательная допрошивка слитка. В конце операции прессования в контейнере остается часть металла, называемая прессостатком, величина которого определяется размером изделий, свойствами прессуемого металла или сплава, а также конструкцией пресса.

Стальные трубы рекомендуется прессовать при максимально высоких температурах и скоростях, так как в этом случае меньше вероятность образования трещин и расслоений. Поэтому скорости прессования стальных труб достигает 5м/с и более. Стальные трубы прессуют со смазкой, так как при отсутствии смазки горячий металл заготовки налипает на инструмент, а в местах повышенного разогрева даже приваривается к нему. В качестве смазки рекомендуется применять графитовую пасту. При прессовании труб из низкопластичной стали используют металлическую смазку в виде тонкого слоя меди между вытекающим металлом и инструментом.

При прессовании труб из коррозионно-стойкой, жаропрочной, жаростойкой и других высоколегированных сталей и специальных сплавов в качестве смазки применяют стекло. Применение стекла в два-три раза уменьшает коэффициент трения по сравнению с графитовой смазкой. При этом стекло является еще и теплоизолирующим материалом.

Смазку, уменьшающую внешнее трение, следует наносить на инструмент (контейнер, матрицу) равномерным слоем, чтобы предотвратить тесное соприкосновение трущихся поверхностей и сгладить шероховатости на поверхности инструмента. Кроме этого, она должна выдерживать высокие температуру и усилия прессования, чтобы надежно разъединять трущиеся поверхности. Указанным требованиям полностью удовлетворяют лишь твердые смазки. Однако ими трудно покрыть поверхности контейнера и матрицы, поэтому порошкообразную твердую смазку связывают легковоспламеняющимися и быстро сгорающими жидкими веществами.

Оборудование для прессования

Таким образом, в процессе прессования металла происходит его обработка давлением. Ее можно выполнить на различном оборудовании, классификация которого достаточно сложна. По конструкционным особенностям выделяют станки эксцентрикового или кривошипного типа. По возможностям обработки — устройства универсального назначения, обладающие самым большим функционалом, и специализированные, предназначенные для решения конкретных задач. Прессующее усилие может создаваться при помощи кривошипно-шатунного механизма, гидравлики и даже электромагнитного поля.

Прессование металла на заказ

Мы предложили заказчикам услуги прессования металла еще много лет назад, наравне с другими простейшими видами обработки. Сегодня наш цех — многопрофильное предприятие. Каждая технология доведена здесь до совершенства, а парк нашего оборудования позволяет решать самые сложные задачи. Оценить наши возможности вы можете во вкладке “Примеры работ” на этой странице, а рассчитать примерные затраты — в рубрике “Стоимость”.
Наш цех работает со всеми видами материалов. Кроме прессования металла мы готовы предложить вам и сопутствующие операции: резку, координатную пробивку, вытяжку, гибку, финишные работы, в том числе покраску, и многое другое. Обращайтесь!

Сопоставление процессов прессования.

Прессованием называют процессы обработки металлов давлением, при которых деформация происходит под действием сжимающих сил. Все процессы прессования можно условно разбить на три группы. К первой группе относятся процессы, при которых весь объем заготовки деформируется одновременно; например штамповка и ковка всего изделия. Ко второй группе относятся процессы, при которых деформации подвергается лишь часть объема заготовки, при этом металл поступает в очаг деформации периодически. К этой группе также относится ковка и штамповка, но с одного конца заготовки. К третьей группе относятся процессы деформации части объема заготовки с непрерывным поступлением металла в очаг деформации — процессы выдавливания металла в щели разного профиля, т. е. прессование и волочение.

Производство прессованием профилей сложной формы и сечений часто оказывается более экономичным процессом, чем штамповка их с последующей механической обработкой. Это объясняется тем, что прессованием можно получить изделия требуемых размеров с малыми допусками и тем самым сократить до минимума последующую холодную обработку заготовки. Кроме этого, высокая пластичность деформируемых металлов при прессовании благодаря всестороннему сжатию позволяет использовать этот процесс как основной способ производства изделий из цветных металлов и сплавов — труб, прутков и профилей, отличающихся очень большим сортаментом и малыми сериями. В последнее время в связи с возникновением потребности в широком сортаменте профилей из малопластичных легированных сталей, а также из титана и его сплавов применение прессования значительно расширилось.

По сравнению с прокаткой труб, прутков и профилей прессование имеет свои преимущества и недостатки. К преимуществам следует отнести: трехосное сжатие, благодаря которому повышается пластичность металла и, следовательно, деформирование можно проводить с большими степенями деформации; быстрый переход с изготовления одного размера изделий и форм на другие; возможность получения сплошных и полых профилей самых сложных очертаний.

К недостаткам прессования относятся: более высокие потери на отходы; большая неравномерность механических свойств по длине и поперечному сечению изделия, сравнительно меньшие скорости истечения, а следовательно, и производительность.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

1. Идеализированная кривая прессования

2. Горячее прессование

1. Идеализированная кривая прессования

Прессование является одной из ключевых операций технологии получения изделий из металлических и других порошков. Для проектирования технологического процесса прессования, конструирования оснастки и выбора оборудования необходимо определить зависимость между давлением прессования и достигаемой плотностью используемого порошкового материала. Получаемые в результате таких испытаний кривые называются кривыми уплотнения. Для их определения проводят эксперименты по прессованию порошков в цилиндрической матрице.

Идеализированная кривая процесса уплотнения порошка имеет три характерных участка. Наиболее быстро плотность упаковки частиц нарастает на первой стадии (участок 1), когда частицы перемещаются относительно свободно, занимая близлежащие, пустоты; одновременно происходит разрушение арок. К концу этой стадии частицы оказываются уложенными максимально плотно, и появляется горизонтальный участок 2.

Здесь сопротивление частиц сжатию велико, и несмотря на возрастание давления порошок некоторое время не уменьшает своего объема, так как частицы не перемешиваются относительно друг друга и испытывают лишь упругую деформацию. Когда давление прессования превысит сопротивление сжатию порошкового тела, начинается пластическая деформация частиц (третья стадия процесса уплотнения, выражаемая участком 3). Чем пластичнее металл, тем при более низких давлениях прессования начинается уплотнение порошка за счет деформации его частиц. Для хрупких материалов, у которых пластическая деформация отсутствует, наступление третьей стадии невозможно, и при соответствующем возрастании давления частицы разрушаются.

В настоящее время разработан новый метод экспериментального определения кривых уплотнения порошковых материалов, исключающий влияние трения между порошком и стенками матрицы. Идеализированные кривые уплотнения могут быть использованы при расчетах усилий прессования изделий с разной высотой, а также при теоретическом анализе распределения плотности в порошковых прессовках.

В процессе прессования между порошком и стенками матрицы возникают силы трения, препятствующие уплотнению. Действие сил трения приводит к необходимости повышать давление прессования, а также является причиной неравномерности плотности в изделиях. Величина сил трения увеличивается с ростом плотности и высоты прессовок. Соответственно, увеличивается необходимое давление, которое в случае одностороннего прессования можно рассчитать по формуле:

где - коэффициент трения; f - коэффициент бокового давления; h_пp, d_пp - высота и диаметр прессовки; p_пр ид - идеализированное давление прессования до заданной плотности, определяемое при отсутствии трения.

При выводе формулы (1) принималось, что боковое давление определяется из соотношения:

В литературе отсутствуют сведения по определению идеализированного давления прессования в функции плотности для порошковых материалов и не приводятся соответствующие идеализированные кривые уплотнения. Отсутствие этих данных затрудняет проведение расчетов по формуле (1).

В основу метода нахождения идеализированного давления прессования до заданной плотности и построения идеализированных кривых уплотнения положен подход Л.А. Шофмана, использованный им для исключения влияния трения при определении сопротивления деформации из испытаний цилиндрических образцов на сжатие.

Суть данного метода состоит в экспериментальном определении давления прессования, необходимого для достижения фиксированной относительной плотности ?_отн (величина равная отношению плотности прессовки к плотности материала, из которого она изготовлена), для образцов с разной массой m. В результате экстраполяции полученной зависимости p_пp=f(m) до значения m=0 находится величина р_пр ид для данного значения плотности. После повторения экспериментов для других значений плотности, устанавливается идеализированная кривая уплотнения р_пр ид =f(?_отн). Ниже рассматривается применение этой методики для порошков железа и меди.

В указанных экспериментах использовался порошок железа марки ПЖР 3.200.28 (ГОСТ 9849-86). Распределение частиц порошка по фракциям характеризуется значениями d₁₀=41,13, d₅₀=84,34, d₉₀=120,17 мкм. Насыпная плотность порошка равна 3,388 г/см 3 . Плотность утряски составляет 3,702 г/см 3 .

Для экспериментов использовался также электролитический порошок меди марки ПМС-1 (ГОСТ 4960-75). Распределение частиц порошка по фракциям характеризуется значениями d₁₀=17,51, d₅₀=38,43, d₉₀=76,95 мкм. Насыпная плотность порошка равна 2 г/см 3 . Плотность утряски составляет 2,486 г/см 3 .

Для построения идеализированных кривых уплотнения применяли навески порошков трех масс: m, m/2, m/4. Прессование осуществляли в цилиндрической матрице диаметром 16,8 мм при изменении давления прессования в диапазоне 100-800 МПа с шагом 100 МПа. Масса базовой навески порошка железа m_Fe принималась равной 22 г, что обеспечивает получение в беспористом состоянии высоты прессовки h_пp=12,63 мм и отношение высоты к диаметру - h_пp/d_пp=0,75. В случае пористости образца равной 0,5 для данной навески имеем: h_пp=25,21 мм и h_пp/d_пp=1,5. Для образцов меньшей массы соответствующие значения будут еще ниже, как показано в табл. 1.

Таблица 1. – Значения h_пp/d_пp для прессовок из порошков железа и меди разной массы в зависимости от пористости

Сущность процесса выдавливания заключается в том, что нагретый слиток помещают в держатель с отверстием, профиль которого соответствует получаемому изделию, и подвергают давлению со стороны штока; материал вытесняется из матрицы и выходит через отверстие в виде прутка или трубы.

Посредством выдавливания до 90-х годов прошлого столетия готовили прутки и трубы только из свинца и олова; в 1894 г. был построен пресс, позволяющий обрабатывать этим способом и более тугоплавкие материалы (медь, алюминий, латунь, дуралюмин).

Различают два метода обработки выдавливанием: прямой и обратный.

На фиг. 317, а показана схема выдавливания по прямому методу, а на фиг. 317, б - схема обратного метода.

Прямой метод более удобен в отношении обслуживания пресса; поверхность прутка, получаемого прямым методом, вследствие того что отверстие, через которое формируется пруток, неподвижно, несколько глаже, чем в случае обратного метода.

К преимуществам обратного метода относится главным образом экономия силы, потребной для выдавливания (приблизительно на 40%), так как при обратном методе в движение приводится меньшее количество частиц металла заготовки.

На фиг. 318 показана схема получения трубчатого профиля; обозначения здесь те же, что и на фиг. 317. Трубчатая форма прутка достигается наличием укрепленной на штоке иглы 6.

Предназначаемые для обработки выдавливанием слитки цветных металлов отливают в чугунные изложницы. После остывания слитка от него отделяют часть, содержащую усадочную раковину; годную часть слитка нагревают и после нагрева передают на обработку.

Удельным давлением называется давление, развиваемое прессом, отнесенное к площади поперечного сечения слитка;

где р — удельное давление;

Р — давление пресса;

F — площадь поперечного сечения слитка.

Среднее удельное давление, применяемое при обработке надлежаще нагретых заготовок, составляет для латуни около 25 кг/мм 2 , меди 30 кг/мм 2 , алюминия 40 кг/мм 2 и дуралюмин а 80 кг/мм 2 .

Относительным обжатием ори выдавливании называется отношение разности площадей поперечного сечения слитка и прутка к площади поперечного сечения слитка

где F — площадь сечения слитка:

f — площадь сечения прутка.

Величина е достигает 98%,

Чем прочнее обрабатываемый материал, тем с большей скоростью его можно обрабатывать, так как в более прочном материале не происходит разрыва между его слоями. Очевидно, что с увеличением температуры слитка допускаемая скорость обработки должна уменьшаться.

Максимальные скорости выдавливания (истечения материала) в м/сек приведены в табл. 39.

Температура обрабатываемого материала должна быть несколько выше той, которая обеспечивает получение наилучшей структуры после остывания материала, например, для меди 750—800°, для алюминия 420—480°. Чем выше температура слитка из данного материала, тем меньше допускаемые скорости процесса.

Усилие, потребное для выдавливания, определяется в зависимости от размера поперечного сечения обрабатываемого слитка, характера материала, температуры слитка и скорости выдавливания. В настоящее время оно достигает 3000 т.

Методом выдавливания латунный слиток диаметром 100 мм и длиной 500 мм можно обратить в пруток диаметром 20мм в течение приблизительно 1 мин. Толщина стенки получаемых таким методом трубок из меди, латуни или алюминия может не превышать 1,5 мм.

При прессовании металл, заключенный в приемнике-контейнере, выдавливается через отверстие в матрице и получает форму поперечного сечения, соответствующую форме матричного отверстия.
Прессование называют также экструдираванием.
Различают два основных вида прессования: с прямым истечением металла и обратным.

Разновидностью прессования с прямым истечением металла является прессование с боковым истечением.
Его преимущества:
- экономия габаритов установки;
- получение механических свойств готового изделия с минимальной разницей в поперечном и продольном направлениях;
- получение изделий максимально возможной длины.
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.

Иногда применяют совмещенное прессование, где прямое и обратное истечение металла происходят одновременна (например, используется при прессовании труб большого диаметра - D≥100 мм).
Основная схема напряженного состояния при прессовании - всестороннее неравномерное сжатие; схема деформированного состояния - одна деформация увеличения размеров (удлинения) и две -уменьшения размеров.

По сравнению с ковкой, прокаткой и волочением прессование обладает следующими преимуществами:
- механическая схема деформации -всестороннее сжатие с одной деформацией растяжения - обеспечивает наибольшую пластичность деформируемого металла. Поэтому прессованию можно подвергать малопластичные металлы, которые деформировать другими средствами невозможно;
- возможность получения сплошных и полых профилей очень сложной конфигурации. Размеры и форму сверенного сечения можно менять по длине профиля плавно или ступенчато;
- при прессовании легко осуществляется переход с одного профиля на другой простой заменой матрицы. Поэтому прессование целесообразно применять при мелкосерийном производстве;
- обеспечивается высокая точность размеров сечения по сравнению с горячей прокаткой, так как упругие деформации инструмента ничтожно малы.
Недостатки процесса прессования:
- механическая схема деформации требует повышенного усилия деформации - тяжелые условия работы для матриц, игл, оснастки (частая смена, изготавливаются из специальных марок стали и сплавов);
- процесс характеризуется значительной неравномерностью свойств по сечению и длине в результате неравномерности деформации (больше, чем при прокатке);
- повышенный расход металла по сравнению с прокаткой из-за невозможности вести процесс прессования до конца.
Все это ограничивает применение процесса прессования:
- либо цветные металлы и сплавы с низким сопротивлением деформации;
- либо труднодеформируемые металлы и сплавы
О неравномерности деформации при прессовании можно судить по искажению координатной сетки.

Читайте также: