Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Оборудование и инструмент для прессования.

Разнообразие металлов и сплавов, обрабатываемых прессованием, требует наличия оборудования, позволяющего регулировать условия обработки (скорость, усилие прессования и др.). Основным оборудованием для прессования являются гидравлические прессы с горизонтальным и вертикальным расположением рабочего органа. Усилие прессов составляет от 10мН до 200мН, . Для обеспечения работы гидравлического пресса он оборудован рядом механизмов, выполняющих такие операции, как подача слитка в нагревательную печь, отрезка пресс – остатка, его уборка, транспортировка слитка на ось прессования, подача и отделение пресс–шайб и др.

Горизонтальные гидравлические прессы можно разделить на две группы:

1. прессы с самостоятельным прошивным устройством;

2. без прошивного устройства (прутково–профильные).

Обычно эти прессы работают от центральных насосно–аккумуляторных станций, подающих воду или эмульсию давлением 20¸ 50мПа.

Для удобства рассмотрения конструкцию пресса (Рисунок 32) условно разбивают на два основных узла: подвижный и неподвижный.

В состав подвижного узла входят: передняя траверса (1), механизм выдвижного стола (на рисунке не показан) и головки матрицедержателя (2), контейнеродержатель (4) с контейнером (5).

К неподвижному узлу относятся: главный цилиндр (7), главный плунжер (6), цилиндры обратного хода (8), прошивного устройства (12 и 13).

 

Рисунок 32 - Горизонтальный пресс: 1 – передняя траверса; 2 – головка матрицедержателя; 3 – механизм клинового затвора; 4 – контейнеродержатель; 5 – контейнер; 6 – главный плунжер; 7 – главный цилиндр; 8 – цилиндр обратного хода главного плунжера; 9 – стяжные колонны; 10 – шплинтон (пресс-штемпель); 11 – игла; 12 – гидроцилиндр прошивного устройства; 13 – возвратные цилиндры прошивного устройства, 14 – ножницы (пила), 15 – направляющие главного плунжера и передней траверсы.

Подвижная головка с матрицедержателем служит для крепления и удержания матрицы. В момент прессования подвижная головка с матрицей замыкают отверстие втулки контейнера, а после окончания прессования с помощью выдвижного стола выдвигается из горловины передней траверсы. Движение подвигают головки, останавливается для операции отделения пресс - остатка.

Замыкающих механизм передней траверсы служит для удержания подвижной головки с матрицедержателем и матрицей и прижимает ее к торцу контейнера.

Главный цилиндр пресса – мощная стальная отливка, установлен на фундаментальной раме и закреплен от смещения шпонками. Все продольные перемещения при удлинении стяжных колон осуществляется за счет передней траверсы пресса. В верхней части главного цилиндра сделано довольно большое отверстие для крепления клапана наполнения.

Плунжер главного цилиндра выполнен пустотелым для установки прошивного устройства. На конце плунжера закреплена траверса. Основание траверсы при движении главного плунжера скользит по так называемым траверсным плитам соединительной фундаментной плиты. Эти плиты должны быть строго выверены и их периодически проверяют на горизонтальность и износ, т.к. неправильное их расположение приводит к неточности прошивки и прессования. Их обильно смазывают, иногда они снабжены специальным регулировочным устройством.

Колонны фиксируют точное взаимное положение передней траверсы и главного цилиндра и несут полную нагрузку в процессе прессования. Поэтому строгая регулировка этих колонн при монтаже и их периодическая проверка затяжки является ответственной операцией, проведение которой фиксируется соответствующими документами.

Необходимо проверять расстояние между внутренними обработанными поверхностями приливов передней траверсы и главного цилиндра (разница < ± 0,15 мм.).

Гайки крупных колонн изготавливают разрезными или разъемными, что облегчает их установку. При монтаже пресса, после окончательной выверки расстояния наружных гаек, выполняют затяжку внутренних гаек под давлением главного плунжера и плунжеров прошивного устройства.

Передняя траверса и главный цилиндр соединены тремя стяжными колоннами (a = 120°) с внутренними и наружными гайками. Оба основных узла устанавливают на фундаментные рамы под переднюю крестовину, главный цилиндр и хвостовую часть пресса.

Контейнеродержатель выполнен из 2 половин, скрепленных болтами. Нижняя половина контейнеродержателя по высоте может регулироваться специальным устройством, а верхняя может сниматься для установки контейнера. К передней траверсе контейнер прикреплен двумя болтами, в некоторых конструкциях в контейнередержателе установлены электронагреватели.

Контейнер (Рисунок 33) представляет собой массивную стальную отливку (сталь 50). Во внутреннюю расточку контейнера вставлена втулка, изготавливаемая из сталей 5ХНМ, 4ХНВ, 5ХНВ, ОХНЗМ и др. В большинстве конструкций втулка изготавливается составной с так называемой рубашкой. Втулка кренится в рубашке горячей посадкой и, кроме того, вся система сажается в корпус контейнера по горячей посадке.

Втулка контейнера служит приемником для нагретой заготовки, в ней происходит ее деформация, что вызывает большие термические и механические напряжения, приводящие к довольно быстрому износу.

Рисунок 33 - Контейнер.

В большинстве современных конструкций контейнер может передвигаться при помощи цилиндров, встроенных в переднюю или заднюю траверсы. Это устройство при большом его ходе и усилии позволяет также осуществлять прессование по методу обратного течения. Контейнер нагревается, чаще всего, индукционный методом.

Матрица (Рисунок 34) находится в непосредственном соприкосновении с нагретым металлом (450¸900°). Процесс деформации слитка наиболее интенсивен в области матрицы. Большие удельные давления при истечении металла приводят к горячему истиранию ее поверхности. Отсутствие смазки наряду с вышеприведенными факторами требует применения наиболее стойких марок сталей, например таких как 3ХВ8; 4XB2C, 5ХВ2С 3ОХГСА, 5ХНМ. Основными элементами матрицы являются входной конус и формирующий поясок. При изготовлении, в зависимости от сложности сечения изделия и его размеров, высоту формирующего пояска принимают в пределах мм, а радиус закругления мм.

Рисунок 34 - Матрица.

При прессовании прутков, а также профилей, наружные размеры матрицы сохраняются, но входной конус не делается, для удобства отрезки пресс–остатка.

Расположение профиля на матрице должно выполнено с учетом равномерного истечения металла при прессовании. При несимметричном профиле его располагают сооcтно центру тяжести сечения и контейнера. Часто для уменьшения течения металла в матрицах делают дополнительные компенсирующие отверстия и разную высоту формирующего пояска (чем больше - тем меньше скорость течения). При проектировании и изготовлении профильных матриц необходимо уделять внимание на качество отделки. Особенно тщательно должен быть выполнен переход от входного конуса к формирующему пояску, параллельность стенок пояска, симметричность входного конуса (возможно скручивание).

При прессовании сложных (закрытых) профилей с внутренними отверстиями диаметром 5¸10 мм применение обычных матриц и игл становится невозможным. В этом случае применяют комбинированные матрицы (Рисунок 35), объединяющие в себе еще и иглу. Обычно такие матрицы состоят из 2 деталей: основания и язычковой накладки, образующей внутреннюю полость трубы или профиля.

Прессуемый материал поступает через отверстия и попадает в камеру, откуда по кольцевому зазору прессуется полая заготовка.

Рисунок 35 - Комбинированная матрица.

Игла. Назначение иглы – прошивка отверстия в слитке и образование отверстия в прессуемой трубе или профиле. Размер игл небольшой, находятся под действием высоких температурных, силовых нагрузок, подвержены истиранию. После каждого цикла температура иглы достигает 700° и выше, после чего ее интенсивно охлаждают маслом или водой. В целях повышения стойкости используют внутреннее охлаждение иглы. Игла испытывает продольный изгиб при пошивке: растяжение – во время прессования, ударный рывок – во время обратного хода; изгибающие усилия при неправомерном течении металла. Иглы выполняют с конусностью 1¸1000.

Требования к иглам:

- иглы должны быть не хрупкими (материал должен обладать высокой ударной вязкостью);

- материал должен быть устойчив против отпуска, легко переносить резкую смену температур (стали 3Х2В8; 4ХВ2С).

Типы игл:

- иглы, закрепляемые в шплинтон горизонтальных и вертикальных прессов без самостоятельного прошивного устройства, используются в прессах, работающих на просверленной заготовке;

- плавающие иглы, не закрепленные в шплинтон пресса, работают также на просверленном слитке,

- иглы, закрепляемые в самостоятельное прошивное устройство, работающие на сверленной заготовке, либо на цельной болванке.

- специальные (бутылочные) иглы, применяются для прессования труб с малыми отверстиями (Рисунок 36).

Рисунок 36 - Специальные иглы.

Профильные иглы служат для образования различных профильных отверстий и получения периодических профилей (Рисунок 37).

Рисунок 37 - Изделия, полученные с помощью профильных игл

Определение усилия прессования

По характеру силовых и деформационных условий процесс прессования можно разделить на четыре периода (Рисунок 38):

1. распрессовка слитка в контейнере и заполнение металлом всего объема контейнера и очага деформации матрицы;

2. начальная стадия прессования;

3. течение основной массы металла из матрицы;

4. течение захоложенной части слитка.

Соответственно полное усилие пресса состоит из четырех составляющих, которые преодолевает гидроцилиндр:

, (38)

где – усилие для осуществления деформации;

– усилие для преодоления сил трения слитка о боковые стенки контейнера;

– усилие для преодоления сил трения в боковых поверхностях очага деформации в матрице;

– усилие для преодоления сил трения в калибрующем пояске.

 

Рисунок 38 - Типичный график усилия прессования.

Составляющие полного усилия определяются по формулам И.Л.Перлина:

а) для сплошного профиля:

, (39)

где – вытяжка;

– допустимая вытяжка;

– угол наклона образующей матрицы к ее оси (Рисунок 39);

– диаметр контейнера;

– сопротивление деформации.

, (40)

где – длина распрессованной заготовки;

, (41)

где - площадь сечения контейнера;

- площадь сечения изделия.

, (42)

где - поперечное сечение элемента контура;

- средняя толщина стенок элементов профиля.

Рисунок 39 - Схема матрицы.

, (43)

где – диаметр контейнера;

– высота очага деформации;

– коэффициент трения в контейнере;

; (44)

где – коэффициент трения в матрице;

, (45)

где – длина калибрующего пояска;

– площадь поверхности калибрующего пояска.

– коэффициент трения пояска;

б) для трубы

, (46)

 

где – наружный диаметр трубы;

– внутренний диаметр трубы;

где – коэффициент трения матрицы;

, (47)

 

где – коэффициент трения матрицы;

, (48)

где – коэффициент трения пояска.

 

Вопросы и темы для самоконтроля:

1. Основные способы прессования металлов.

2. Виды очага деформации при прессовании.

3. Основные узлы гидравлического пресса.

4. Что такое контейнер, пресс-штемпель, пресс-шайба, их назначение.

5. Виды матриц, игл.

6. Как определяется вытяжка при прессовании?

7. Основные факторы, определяющие усилие прессования.

 

Волочение металлов

Обработка металлов волочением осуществляется протягиванием прутка через отверстие, размеры которого меньше начального размера прутка. Волочение применяют для производства проволоки диаметром от 0,002÷10 мм, стальных прутков диаметром до 500 мм, труб диаметром от 0,002¸400 мм, фасонных профилей и т.д. Волочение чаще всего выполняют при комнатной температуре, когда пластическая деформация сопровождается наклепом и наличием трения скольжения по всей контактной поверхности. В любом слое, находящемся на некотором расстоянии от центрального кроме деформации растяжения, происходит сдвиг и изгиб, причем, чем дальше слой от оси протягиваемого прутка тем больше сдвиг и изгиб. За счет сил трения на поверхности прутка, создается задерживание поверхностных слоев, что приводит к разности скоростей частиц металла по сечению.

Возможность протягивания прутка через отверстие волоки ограничивается предельными условиями: усилие волочения не должно создавать напряжения в передней части прутка, превышающие предел текучести, что может привести к остаточным деформациям, разрыву. По этой причине волочение горячего металла практически не применяется.

Установлено, что до 80% общего усилия волочение расходуется на преодоление сил трения. Это ограничивает практическое значение единичной вытяжки m до 1,5. Контактные силы трения повышают среднюю температуру проволоки до 250°, а температуру контактной поверхности до 700°. Это создает условия повышенного износа инструмента, налипания металла на контактную поверхность волоки, увеличивает обрывы проволоки.

Для уменьшения сил трения используют смазку. Для увеличения вытяжки прикладывают противонатяжение к заднему концу прутка, что снижает сопротивление металла деформированию, уменьшает влияние контактного трения.

Положительные влияния на силовые условия волочения показало приложение ультразвуковых колебаний и высокочастотных низковольтных импульсов к волочильному инструменту.

При волочении полых изделий наблюдается много общего с обработкой волочением цельных прутков.

Волочение труб может выполняется четырьмя способами (Рисунок 40):

- без оправки;

- на короткой оправке;

- на длинной оправке;

- на плавающей оправке.

Рисунок 40 - Способы волочения труб: а – на короткой оправке; б – без оправки; в – на длинной оправке; г – на плавающей оправке.

При волочении без оправки наблюдается уменьшение наружного и внутреннего диаметров трубы, при этом стенка трубы может сохраняться неизменной, утончаться или утолщаться в зависимости от формы очага деформации. При волочении на оправке всегда происходит уменьшение стенки трубы.

Волочение на плавающей оправке широко применяется при волочении медных труб на барабанных волочильных станах. В тех случаях, когда требуется увеличить диаметр трубы, применяют раздачу волочением (Рисунок 41) при осевом сжатии и осевом растяжении.

Рисунок 41- Способы раздачи труб.

Волочильный инструмент

Материал, из которого изготавливаются волоки или фильеры, должен отличаться большей прочностью и стойкостью против износа. Изготавливают фильеры из легированной стали, металлокерамических сплавов, технических алмазов.

Волоки или волочильные кольца делают цельными из стали, из твердых сплавов – цельными или составными – в зависимости от диаметра и конфигурации. Их запрессовывают или закрепляют в стальные обоймы. Схема волоки представлена на Рисунке 42. Ее элементами являются: смазывающий конус, рабочий конус, калибрующий поясок и распушка. Углы конусов составляют: a=10¸24°, b=40¸60°, =60¸90°.

Волоки изготавливают из следующих марок сталей: У7, У8, У12, У13, Х12, Х12М, твердых сплавов: ВК3, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15.

 

Рисунок 42 - Схема волоки: А – смазывающий конус; Б – рабочий конус; В – калибрующий поясок; Г – распушка.

Кроме волок, изготовленных из цельных минералов и сплавов, применяют роликовые и составные волоки.

Роликовая волока – это волочильный инструмент с двумя и более не приводными роликами (Рисунок 43), смонтированными так, что их оси вращения перпендикулярны оси волочения, а рабочие поверхности образуют калибр, соответствующий форме трубы, прутка, профиля.

Двухроликовую волоку с парой вертикальной роликов монтируют в одном корпусе вместе с другой двухроликовой волокой, имеющей пару горизонтальных роликов. Ролики смонтированы в термически закрытых подшипниках. Зазор между роликами регулируется нажимными винтами. Калибры обеих волок устанавливают на одной линии с помощью регулировочного винта.

Преимущества: меньшее внешнее трение, что уменьшает усилие волочения на 10¸20%; возможность вести процесс с большими деформациями; возможность протягивать трудно – деформируемые сплавы со значительным обжатием до 50% и без промежуточной термообработки. Производство их проще, чем монолитных, обладают повышенной стойкостью и не требуют высококачественных технологических смазок.

Рисунок 43 - Роликовая волока.

Сборные волоки применяются для волочения сплошных и полых фасонных профилей. Обладают по сравнению с монолитными большей стойкостью, универсальностью и ремонтопригодностью, возможностью работы без предварительного острения. Рассмотрим две схемы сборных волок.

Первый вариант, Рисунок 44, наружные опорные поверхности вкладышей контактируют с опорными поверхностями корпуса, выполненными с продольным профилем в виде дуги окружности, центр которой расположен в плоскости выходного сечения калибра. Перед началом работы вкладыши разведены. При движении заготовки вкладыши увлекаются силами трения, обжимают заготовку и останавливаются в плоскости выхода, образуя профиль калибра.

Рисунок 44 - Сборная волока, первый вариант: 1 – вкладыш; 2 – корпус.

 

Сборная волока, второй вариант (Рисунок 45), содержит два горизонтальных валка 1 с сегментами 2 и синхронизирующими шестернями 3. Перед началом работы сегменты разведены грузовым устройством для свободного ввода заготовки в рабочее пространство. При контакте заготовки с валками резиновыми элементами 4, являющимися элементами захвата, происходит их поворот, захват конца заготовки тележкой и волочение. После окончания волочения валки поворачиваются в исходное положение под действием веса контргруза 5.

 

Рисунок 45 - Сборная волока, второй вариант.

Технология волочения

В качестве исходного материала для волочения используют катанку и прессованные заготовки. Перед волочением заготовка проходит предварительную обработку: термообработку, удаление окалины и подготовку поверхности для закрепления и удержания на ней смазки.

Термическую обработку перед волочением выбирают такой, чтобы она снимала наклеп и придавала металлу нужные механические характеристики.

Во многих случаях термообработку в процессе волочения могут производить несколько раз. Обычно приводят после получения относительного обжатия 70¸85% за один переход. Готовый продукт также может подвергаться термообработке с целью придания конечному продукту необходимых механических свойств и структуры.

Удаление окалины и заготовок перед волочением производится механическим, химическим, электромеханическими способами, а также их комбинациями. При механическом способе заготовку подвергают изгибу между роликами, установленных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, зачистку могут производить металлическими щетками, поверхность подвергают дробеструйной обработке.

При химическом способе удаления окалины заготовку подвергают травлению в растворах серной и соляной кислоты с добавлением в ванну присадок, которые уменьшают скорость растворения основных металлов, снижают диффузию водорода в металле, уменьшают загазованность.

При электрическом способе в ванне с раствором, через которую проходит проволока, устанавливается электрод. К проволоке и электроду подводится постоянное напряжение. Проволока может быть как катодом, так и анодом. При электролизе окалина частично восстанавливается, но в подавляющих случаях отрывается бурно выделяющимся водородом. В качестве анода используется свинец и его сплавы, в качестве катода - свинец, медь, железо. Для снижения трения непосредственно после травления металл тщательно покрывают тонким слоем гидрата окиси железа ( ) желтого цвета, который вместе с известью выполняет роль наполнителя при волочении с мыльным порошком.

При меднении проволоку обрабатывают медным раствором, в результате чего при волочении, за счет тонкой медной пленки, снижается коэффициент трения в волоке. Также применяется фосфатирование, которое представляет процесс образования на проволоке кристаллической пленки фосфатов марганца, железа или цинка. Фосфатная пленка в сочетании со смазкой способствует равномерному прилипанию смазки и снижению коэффициента трения. После промывки, нанесения смазки металл подвергается сушке.

После волочения прутки помимо термической обработки травят, шлифуют, полируют, хромируют, наносят защитные покрытия.

Для регламентации технологических операций составляют технологические карты, в которых расписан весь технологический процесс по подготовке металла к волочению, маршрут волочения, способы начальной, промежуточной и окончательной обработки, операций отделки. Маршрут волочения представляет собой последовательность изменения размеров поперечного сечения металла на волочильном стане.

 

Последнее изменение этой страницы: 2017-07-16

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...