HomeСложные металлы › Прессование тугоплавких металлов

Прессование тугоплавких металлов

Прессование тугоплавких металловПрессование является одним из основных методов деформирования литой заготовки. В зависимости от инструмента (матрицы и пуансона) прессованием получают трубы, круглые прутки, плоские заготовки и различные профили. Схема напряженного состояния (всестороннее сжатие) при прессовании более благоприятна, чем при ковке, в связи с этим прессование тугоплавких металлов выгодно отличается от ковки.

 

Однако все ранее указанные факторы, затрудняющие горячую деформацию тугоплавких металлов, в равной степени относятся и к прессованию. В большинстве случаев прессование тугоплавких металлов осуществляется на обычном оборудовании с некоторым его усовершенствованием: увеличение скорости прессования, подогрев инструмента и др.

 

Закономерности деформации прессуемого металла рассмотрены в работах И. М. Павлова, С. Ф. Жемчужного, С. И. Губкина, И. Л. Перлина и др.

Различают прямой, обратный и совмещенный методы прессования. Прессуемый слиток  в контейнере сжимается с помощью пуансона, прессшайбой (шплинтоном)  и выдавливается из матрицы в виде прутка.

 

Для получения труб на конце прессшайбы укрепляют иглу, которая занимает положение, соосное с очком матрицы. Металл при движении прессшайбы выходит из контейнера через концевой зазор между матрицей и иглой, образуя трубу. Отверстие в заготовке получают, прошивая ее иглой, или же заготовку заранее просверливают, что делается обычно при прессовании тугоплавких металлов.

 

При прямом методе прессования слиток передвигается в контейнере, в результате между металлом и внутреннимй стенками контейнера возникают силы трения, на преодоление которых необходимо непроизводительно расходовать много энергии. Кроме этого, поверхностный слой слитка, соприкасаясь с более холодными стенками контейнера, охлаждается и имеет пониженную пластичность, что в свою очередь увеличивает неравномерность деформации.

 

При обратном методе прессования заготовка не перемещается относительно стенок контейнера, за исключением небольшого объема вблизи матрицы, и истечение металла происходит более равномерно. Поэтому влияние трения на усилие прессования и течение металла в этом случае значительно меньше, чем при прессовании с прямым истечением. Локализация деформации вблизи матрицы уменьшает неравномерность деформации.

 

При совмещенном методе металл на первой стадии прессования при прошивке слитка иглой движется ей навстречу, а иа второй стадии по окончании прошивки — в направлении, совпадающем с движением прессшайбы. Наряду с положительными сторонами деформации металла методом прессования этот способ имеет и некоторые недостатки, в частности: всестороннее сжатие требует повышенного усилия деформации, при высоких температурах прессования ухудшаются условия работы инструмента, прессованное изделие имеет более выраженную анизотропию свойств, большие потери металла из-за наличия прессостатка.

 

Неравномерность деформации и соответствующая неоднородность свойств изделий, полученных прессованием, зависят прежде всего от температуры прессуемого металла и инструмента, трения между металлом и инструментом, степени деформации, формы инструмента, скорости прессования, свойств деформируемого металла и др.

 

Для прессования применяются два типа гидравлических прессов — вертикальные и горизонтальные. Стрелки указывают ввод и вывод охлаждающей жидкости

стичности металла. В работах С. Б. Певзнера, Н. И. Корнеева, И. Г. Скугарева описаны устройства, обеспечивающие противодавление при прессовании.

 

Существуют схемы прессования с механическим противодавлением, которое создается непосредственно за счет жесткого ступенчатого конца прессуемого изделия ). При прессовании могут применяться две матрицы, из которых нижняя имеет меньшее очко и она создает противодавление верхней матрице (рис. 79,а,в). В целях усиления противодавления применяют охлаждение выходного конца.

 

Противодавление также создают, применяя матрицы различного профиля (рис. 80) или регулируя ступенчатость прессования (рис. 81), при этом подвижную матрицу делают разъемной и ее очко изменяют при помощи соответствующего устройства.

 

При прессовании с противодавлением наблюдается более равномерное истечение металла и меньшая неоднородность механических свойств. Если вести прессование с противодавлением, равным прочности металла при температуре прессования, то растягивающие напряжения будут минимальными. Деформация с противодавлением позволяет получать изделия без трещин.

 

Для снижения усилия прессования тугоплавкие металлы прессуют при высоких температурах. Поверхностные слои металла, соприкасающиеся с инструментом, особенно с матрицей, охлаждаются быстрее, чем внутренние, что усугубляет неравномерность распределения напряжений и деформаций в процессе прессования.

 

При значительном охлаждении наружных слоев дополнительные напряжения растяжения могут превышать предел прочности металла и на поверхности прессуемой заготовки появятся трещины. Теория образования трещин подробно рассмотрена в трудах И. М. Павлова.

 

Неравномерность распределения температуры наблюдается также по длине прессуемой заготовки. Обычно температура переднего конца выше температуры заднего конца в связи с менее длительным временем контакта с инструментом.

 

Температурный интервал прессования выбирают с учетом всех факторов, оказывающих влияние на силовые параметры процесса и обеспечивающих хорошее качество получаемого изделия.

 

Температурный интервал деформирования вольфрама и молибдена соответственно колеблется в пределах 1600-2000 и 1400-1800° С. Несмотря на то что указанные температуры превосходят температуру рекристаллизации, прессование фактически не является горячим, так как время прессования и последующего охлаждения сравнительно мало (рекристаллизация не происходит).

 

Например, твердость вольфрама, прессованного при температуре 1800-1900° С, ниже твердости холоднодеформированного всего на 3-4%. Как отмечалось, при прессовании существенную роль играет трение: оно сдерживает течение периферийных слоев металла и тем самым повышает неравномерность распределения напряжений и вызывает увеличение усилия прессования.

 

Для понижения трения, а следовательно, неравномерности распределения напряжений и деформаций при прессовании применяют смазку. Для того чтобы уменьшить охлаждение поверхности заготовки и нагрев инструмента, смазка должна иметь незначительную теплопроводность. Кроме того, она должна иметь соответствующую вязкость и смачиваемость.

 

Покрытие заготовок смазками с недостаточной вязкостью и смачиваемостью металла может привести к тому, что на отдельных участках поверхности заготовки сплошность пленки будет нарушена. При очень высокой вязкости может происходить заклинивание заготовки в контейнере вследствие затвердевания смазки.

 

Обычно в качестве смазки при прессовании тугоплавких металлов применяют коллоиднографитовые и вод-нографитовые смеси, металлические и другие покрытия. Если температура прессования ниже 1000° С, то применяют смазку на основе графита. При высоких температурах прессования тугоплавких металлов применять обычные графито-маслянные и другие подобные смазки уже нельзя, так как они воспламеняются, легко выдавливаются и не обеспечивают удовлетворительного качества поверхности изделий и стойкости инструмента.

 

Прессование в интервале температур 1000-1200° С можно проводить в металлических оболочках (стальных, медных и др.) как в сочетании с графитовой смазкой, так и без смазки. При более высоких температурах прессования также применяют оболочки, однако нагревают их отдельно ниже температуры плавления, перед прессованием надевают на слиток, нагретый до необходимой температуры, и производят прессовку.

 

Оболочки не только являются заменителями смазки, но и предохраняют металл от загрязнения. Широкое применение в условиях прессования при высоких температурах получила смазка из стекла, используемого в виде порошка, волокон или ткани, наносимых на поверхность нагретой заготовки или на инструмент. Эта смазка способствует снижению удельного давления прессования, обеспечивает вплоть до температуры 1700° С равномерное истечение металла и повышает однородность свойств по длине изделия.

 

Однако необходимо учитывать характер взаимодействия между металлом и стеклом. Как показали исследования, при прессовании ниобия применять для защиты и смазки Силикатные стекла не следует, так как кремний, в сравнительно больших количествах находящийся в этих стеклах, может взаимодействовать с ниобием с образованием эвтектики.

 

При содержании 96% она плавится при 1300° С. Образующиеся при этом жидкие фазы разъедают поверхность металла и в процессе прессования при 1500° С и выше на изделиях появляются трещины. Кроме того, снижается стойкость инструмента. Большую роль при прессовании тугоплавких металлов играет форма и качество инструмента, а также его стойкость. Основным фактором, определяющим течение металла при прессовании сплошных профилей, является форма канала матрицы, а при прессовании полых профилей еще и форма иглы или оправки.

 

Обычно применяют матрицы трех видов — цилиндрические, конические и радиальные. Применение цилиндрических матриц требует повышенных усилий деформации, и поэтому при прессовании тугоплавких металлов они не используются. Важную роль играет форма продольного канала матрицы. Геометрию канала конической матрицы определяет угол его конусности а, т. е. угол между образующей конуса и торцом конической матрицы.

 

Уменьшение угла конусности вызывает более резкие повороты продольных волокон при входе в обжимающую зону и выходе из нее и, следовательно, большую неравномерность деформации. Увеличение угла конусности в свою очередь приводит к увеличению длины канала, а тем самым к увеличению сил трения и также к неравномерно-сти деформации. Большое влияние на усилие прессования и качество получаемой заготовки оказывает длина рабочего пояска матрицы.

 

Так как прессование тугоплавких металлов осуществляется при высоких температурах, то материал инструмента должен обладать высокой стойкостью при этих температурах. Прессование вольфрама, молибдена и их сплавов при температурах инструмента выше 650° С показало лучшую стойкость матриц, изготовленных из сплава ЖС-6. Для прессования других тугоплавких металлов в условиях, когда инструмент нагревают до 500° С, можно применять матрицы из стали ЭП 956 или ЗХ2В8.

 

При этом следует учитывать, что в процессе прессования при высоких температурах вольфрам, молибден и ниобий взаимодействуют с железом инструмента, образуя эвтектики с температурами плавления железо — вольфрам в пределах 1500° С, железо — ниобий — около 1450° С и перитектику железо — молибден с температурой плавления 1360° С. Инструмент, контактируя с нагретым металлом, подвергается физико-химическому разрушению (инструмент «размывает»).

 

Стойкость инструмента повышают нанесением поверхностных покрытий или наплавкой твердыми сплавами, : в частности наносят слой окиси алюминия толщиной 0,40-0,50 мм. Применение покрытия из окиси алюминия допускает нагрев матрицы до 1880°С. В последнее время для прессования вольфрама применяют сборные матрицы, например из стали ЗХ2В8 со вставным кольцом из алюмооксидного материала 22ХС.

 

Стойкость таких матриц возрастает в несколько раз по сравнению с обычными из специальных сталей. Иногда применяют матрицы с охлаждающими каналами, по которым циркулирует вода, однако в этом случае ослабляется прочность матрицы. Для нагрева тугоплавких металлов перед прессованием применяют электропечи сопротивления или индукционные печи.

 

Обычно для нагрева слитков до 1600° С применяют муфельные печи электросопротивления, а для нагрева выше этих температур — индукционные печи. В индукционных печах можно нагревать по одному или несколько слитков. Преимущество индукционного нагрева состоит также в сокращении времени нагрева: если в электропечах сопротивления нагрев слитка длится в пределах часа и более, то в индукционных печах всего несколько минут, а при нагреве крупных слитков практически не более получаса.

 

Нагрев производят в нейтральной среде, которая создается путем герметизации печи и постоянной продувкой нейтрального газа с давлением 3,99-5,32 кн/м2 (30- 40 мм рт. ст.).

При прессовании большую роль играет выбор формы и размера заготовки, которые определяют в итоге технико-экономическую эффективность процесса.

 

Обычно размеры заготовки выбирают с учетом допустимых вытяжек, усилий пресса и прочности инструмента. Считается, что вытяжка при прессовании готовых изделий должна составлять не менее 10, а полуфабрикатов, предназначенных для дальнейшей обработки, не меньше 5.

 

При прессовании тугоплавких металлов важным фактором является скорость прессования, которая должна быть значительно выше, чем при прессовании обычных металлов. На практике применяют скорость движения пуансона 200-600 мм/сек.

 

При прессовании с высокими скоростями слиток меньше охлаждается, понижается износ инструмента и улучшается поверхность прессованных изделий. При этом, однако, увеличивается сопротивление деформации, а следовательно, и потребное усилие деформации.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.