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

При прямом прессовании (рис. 37, б) направление выхода металла через отверстие матрицы 5 совпадает с направлением движения пуансона 1, 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. 37, в), проходящей через полый пуансон 1. 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. 37, г) матрица 5 устанавливается в конце полого пуансона 1 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 давлением жидкости до 40 МПа.

Волочение

Рис. 38. Схема волочения

Волочение заключается в протягивании (чаще всего в холодном состоянии) прокатанных или прессованных заготовок 2 через отверстие в матрице 1 (волоке), поперечное сечение которого меньше поперечного сечения заготовки (рис. 38).

Волочением обрабатывают различные марки стали, цветные металлы и их сплавы. Волочением получают проволоку диаметром 0,002…10 мм и фасонные профили, рис. 39, а (призматические и фасонные направляющие; сегментные, призматические и фасонные шпонки; шлицевые валики; опорные призмы, ножи и т.д.). Волочением калибруют стальные трубы диаметрами от капиллярных до 200 мм, с толщиной стенки 0,1…10 мм, стальные прутки диаметрами 3…150 мм (рис. 39).

Исходными заготовками для волочения служат прокатанные или прессованные прутки и трубы из стали, цветных металлов и их сплавов.

Волочение осуществляют в условиях холодной деформации, металл упрочняется. Для восстановления пластичности упрочненный волочением металл подвергают промежуточному отжигу.

а

б

в

Рис. 39. Примеры профилей (а), получаемых волочением, схемы волочения прутков (б) и труб (в)

Р

Инструмент и оборудование для волочения. Инструментом для волочения служит волочильная матрица 1 (волока) (см. рис. 38). Волоки могут быть цельными, составными и роликовыми. Цельная волока имеет отверстие (очко), состоящее из четырех зон: смазочной воронки I, рабочего конуса II, калибрующего пояска III и выходного конуса IV. 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.

При протягивании прутка через отверстие с силой Р возникают силы реакции N, которые обжимают заготовку.

Степень обжатия , где F ₁ и F ₂ - площади поперечного сечения соответственно до и после волочения, допускаемая за один проход, составляет для сталей 10…19 %, для цветных металлов - до 36 %. Чтобы не было обрывов, напряжение при волочении не должно превышать 0,6 предела прочности материала заготовки. Для получения профилей необходимых размеров производят волочение за несколько проходов.

Волочение производят на барабанных и цепных волочильных станах. Барабанные станы (рис. 40) служат для волочения проволоки, труб небольшого диаметра, наматываемых в бунты. Исходную заготовку в виде бунта укладывают на барабан 1. Предварительно заостренный конец проволоки пропускают через отверстие волоки 2 и закрепляют на барабане 3, который приводится во вращение от электродвигателя через редуктор и зубчатую передачу 4. Кроме станов для однократного волочения существуют станы для многократного волочения, имеют до 20 барабанов с установленными перед каждым из них волоками. На цепных станах (рис. 41) тянущее устройство совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение. Такие станы применяют для волочения прутков и труб, которые нельзя наматывать в бунты.

Рис. 40. Схема барабанного волочильного стана

Рис. 41. Схема цепного волочильного стана

1 2 3

4

3 4 5 6 7

2

1 10 9 8

Конец заготовки 2 (см. рис. 41) пропускается через отверстие в матрице 3 и захватывается клещами 4, которые закреплены на каретке 6, перемещающейся по станине 1 с помощью пластинчатой цепи 9 и крюка 7. Когда изделие выходит из матрицы, натяжение между крюком и цепью уменьшается и противовес 5 поднимает крюк и отсоединяет его от цепи. Перед волочением с заготовки удаляют окалину химическими, механическими или электрохимическими способами, а также с помощью ультразвука или вакуума. Затем на заготовку наносят смазку или после травления
и промывки заготовки на нее наносят подсмазочный слой (например, омеднением).

Изменение размеров заготовки при волочении идет последовательно. Степень обжатия для каждого прохода берется одинаковой, и по ней определяют их количество и диаметры калибрующих поясков отверстий волок. Волочение производят без промежуточного отжига перед каждым проходом после волочения.

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 (см. рис. 39, б); 2) для одновременного уменьшения диаметра и стенки трубы, также для получения фасонных труб - с применением оправки (см. рис. 39, в).

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

Ковка - процесс деформирования нагретой заготовки 2 между верхним 1 и нижним 3 бойками молота или пресса (рис. 42, а). Кованые заготовки для последующей обработки называют поковками. Ковкой получают поковки массой от 0,1 кг до 300 т. Мелкие и средние поковки куют из сортового проката и блюмов.

Виды операций ковки и инструмент.

Протяжка (вытяжка) - увеличение длины заготовки и уменьшение ее поперечного сечения (рис. 42, б). Протяжку можно выполнять плоскими и фигурными бойками. Ковка в фигурных бойках (рис. 42, в) позволяет избежать ковочных трещин при ковке низкопластичных сталей и сплавов и получить более точные поковки.

Степень деформации характеризуется отношением поперечного сечения исходной заготовки к конечному поперечному сечению, называемому уковкой. 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. 42, г).

 

в

г

е ж з и к л

а

1

2

3

1

б

д

4

1

2 3

d

d 1

Рис. 42. Основные технологические операции ковки

Осадка - увеличение поперечного сечения d ₁ до диаметра d исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты h ₁ до h (см. рис. 42, а). Высота исходной цилиндрической заготовки не должна превышать трех диаметров, торцы ее должны быть ровными и параллельными. Местное утолщение заготовки называется высадкой (рис. 42, д).

Прошивка - получение в заготовке сквозного отверстия или углубления. Для выполнения этой операции применяют сплошные и пустотелые (для диаметров 400…900 мм) прошивни 1 (рис. 42, е). Прошивку сквозных отверстий в тонких поковках 3 производят с подкладными кольцами (рис. 42, ж). 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 (рис. 42, з).

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. 45, и).

Закручивание - поворот одной части заготовки относительно другой на заданный угол - применяется при изготовлении коленвалов, сверл и т.п. При закручивании используют ключи, воротки, лебедки (рис. 42, к).

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. 42, л).

Оборудованием для ковки служат ковочные молоты и гидравлические прессы. Молоты создают динамическое (ударное) воздействие инструмента (верхнего бойка), а гидравлические прессы оказывают статическое действие на заготовку.

 

Одним из основных типов молотов для ковки являются паровоздушные (рис. 43), которые приводятся в действие паром или сжатым воздухом.

Рис. 46. Схема паровоздушного молота арочного типа

12

1 2 3 4 5 6 7 8

11

10

9

Выпуск пара

Впуск пара

На станине 4 арочного молота смонтирован рабочий цилиндр 1 с парораспределительным устройством 11. При нажатии педали или рукоятки управления сжатый пар или воздух по каналу 12 поступает в верхнюю полость цилиндра 1 и давит на поршень 2, соединенный штоком 3 с бабой 5, к которой прикреплен верхний боек 6. В результате падающие части 2, 3, 5 и 6 перемещаются вниз и наносят удары по заготовке, уложенной на нижний боек 7, неподвижно закрепленный на массивном шаботе 8. При подаче сжатого пара по каналу 10 в нижнюю полость цилиндра 1 падающие части поднимаются в верхнее положение. Перемещение бабы 5 происходит в направляющих 9.

Ковочные паровоздушные молоты имеют массу падающих частей 1000…8000 кг. На этих молотах изготовляют поковки средней массы (20…350 кг) преимущественно из прокатных заготовок.

Гидравлические прессы изготовляют с максимальным усилием 5…150 МН. Необходимое для деформирования поковки усилие создается с помощью жидкости (водной эмульсии или минерального масла), поступающей под давлением 20…30 МПа.

Гидравлические прессы используются для получения крупных поковок, а также при ковке малопластичных высоколегированных сталей и сплавов цветных металлов.