Содержание к диссертации
Введение
1. Разработка конструкции комбинированной матрица для прессования полых профилей из тяжелых металлов 9
1.1. Анализ применения комбинированных матриц для прессования изделий из меди и ее сплавов 3
1.2. Разработка новой конструкции комбинированной матрицы и особенности прессования через нее полых профилей из тяжелых цветных металлов
2. Исследование формоизменения металла и силовых условий в процессе прошивки слитка 18
2.1. Анализ литературы по исследованию процесса прошивки 13
2.2. Методика экспериментального исследования 25
2.3. Исследование формоизменения металла при прошивке слитка
2.4. Исследование силовых условий процесса прошивки слитка при использовании комбинированных матриц новой конструкции
3. Температурные условия процесса прессования через комбинированные матрицы 51
3.1. Краткий обзор литературы и постановка задачи...51
3.2. Методика исследования температурных условий прессования через комбинированные матрицы новой конструкции
3.2.1. Методика измерения температур в промышленных условиях 55
3.2.2. Методика расчета температур на гидроинтеграторе
3.2.2.1. Методика расчета температурного поля слитка в контейнере
3.2.2.2. Методика расчета температуры пластической зоны в камере сварки
3.3. Температурное поле металла слитка
3.3.1. Температура на границе
3.3.2. Средняя температура слитка
3.3.3. Температура пластической зоны в контейнере (ОЧПЗк)
3.3.4. Температура металла в камере сварки
3.4. Температурное поле прессового инструмента 78
3.4.1. Температурное поле контейнера
3.4.2. Температурное поле иглы 80
3.5. Анализ температурно-скоростных условий процесса прессования через комбинированную матрицу новой конструкции
4. Исследование силовых условий при прессовании через комбинированные матрицы новой конструкции 88
4.1. Анализ работ по исследованию силовых условий при прессовании
4.2. Методика экспериментального исследования силовых условий прессования
4.3. Экспериментальное исследование силовых условий прессования
4.4. Вывод формул для расчета усилия прессования через комбинированные матрицы новой конструкции и усилия действующего на иглу
5. Исследование качества сварного соединения при прессовании меди Ml и латуни ЛбЗ через комбинированные матрицы
5.1. Краткий анализ литературных данных
5.2. Методика экспериментального исследования зоны сварного шва и влияние технологических факторов на ее качество при прессовании через комбинированные матрицы
5.3. Экспериментальные исследования зоны сварного шва при прессовании меди и латуни через комбинированные матрицы
5.3.1. Структура зоны сварного шва 118
5.3.2. Изменение качества сварного шва по сечению и длине прессизделия
5.3.3. Влияние вытяжки в камере сварки на качество сварного шва
5.3.5. Влияние температурно-скоростного режима прессования и высокотемпературного отжига на качество сварного шва
5.4. Выбор оптимальных параметров прессования прессиз делий из меди и латуни ЛбЗ через комбинированные матрицы для получения качественного сварного шва.
6. Исследование течения металла и влияния калибровки инструмента на геометрию прессизделий при прессовании через комбинированные матрицы
6.1. Методика исследования
6.2. Исследование характера течения металла и калибровок прессового инструмента
6.2.1. Исследование течения металла в камере сварки -
6.2.2. Исследование течения металла в контейнере.
6.2.3. Влияние калибровки комбинированных матриц на геометрию прессизделий и выбор оптимальной калибровки
7. Освоение промышленного прессования со сваркой полых профилей из меди Ml и латуни
7.1. Промышленные испытания конструкций комбинированных матриц
7.2. Методика проектирования комбинированных матриц для меди и ее сплавов
7.2.1. Расчет параметров инструмента
7.2.2. Расчет параметров технологии
7.3. Внедрение комбинированных матриц для прессования полых профилей из меди и латуни
Основные выводы и рекомендации 434
Литература
Приложения
- Разработка новой конструкции комбинированной матрицы и особенности прессования через нее полых профилей из тяжелых цветных металлов
- Исследование силовых условий процесса прошивки слитка при использовании комбинированных матриц новой конструкции
- Вывод формул для расчета усилия прессования через комбинированные матрицы новой конструкции и усилия действующего на иглу
- Влияние калибровки комбинированных матриц на геометрию прессизделий и выбор оптимальной калибровки
Введение к работе
Решениями ХХУІ съезда КПСС предусмотрено улучшение качества и расширение сортамента металлопродукции, освоение производства новых экономичных полых профилей проката из цветных металлов на основе меди /I/.
Экономичные полые профили из меди и ее сплавов используются в народном хозяйстве в качестве охлаждаемых проводников тока, элементов конструкции и деталей электрических машин и агрегатов, волноводов для передачи электромагнитных колебаний, теплообменников в теплообменных аппаратах, в качестве заготовок для последующей механической обработки на автоматических линиях и т.д.
Наиболее широкие возможности открываются при использовании экономичных полых профилей из меди и ее сплавов в энергетике и электромашиностроении. Развитие этих отраслей народного хозяйства путем создания более мощного энергетического и энергопотребляющего оборудования требует применение новых типов экономичных полых профилей из меди и ее сплавов в качестве токопроводящих обмоток, шин и других элементов с внутренним охлаждением все более сложной конфигурации. Для новых агрегатов повышенной единичной мощности требуются полые профили со смещенным или двумя-тремя круглыми, прямоугольными, овальными и др. формы отверстиями.
Одним из прогрессивных способов производства полых профилей сложной формы является прессование со сваркой через комбинированные матрицы на готовый размер /2/. Этот способ нашел широкое применение для изготовления сложных полых профилей из легких сплавов /2,3/. Основное преимущество комбинированных матриц заключается в жесткой фиксации короткой рабочей иглы, формирующей внутреннюю поверхность профиля, с помощью рассекателя относительно очка матрицы, что поз -б воляет получать полые профили практически любой сложной конфигурации с малыми допусками.
Для производства полых профилей из меди и латуни эта технология не разработана.
В связи с этим настоящая работа посвящена исследованию процесса прессования полых профилей из меди и латуни ЛбЗ через комбинированные матрицы с целью разработки технологии и инструмента и получения новых типов полых профилей.
В работе решены следующие вопросы:
1. Разработана конструкция комбинированной матрицы для прессования полых профилей из тяжелых цветных металлов, в которой рассекатель с короткой рабочей иглой, закреплен на игле, установленной в иглодержателе и фиксируется в матрице с помощью специального стыковочного узла, что создает жесткость крепления короткой рабочей иглы относительно матрицы, разгружает рассекатель в процессе прессования и обеспечивает достаточную стойкость его в условиях температур и давлений свойственных горячему прессованию меди и ее сплавов, облегчает отделение пресс остатка от матрицы и пресс изделия.
2. Исследовано течение металла при прошивке слитка иглой установленной в иглодержателе с закрепленным на ней рассекателем с короткой рабочей иглой. Получены зависимости, определяющие соотношение объемов металла истекающих навстречу движению иглы и в матрицу, условия, при которых отсутствует раз герметизация камеры сварки, максимальное усилие прошивки.
3. Изучены и математически описаны формоизменения металла, температурные и силовые условия при прессовании медных и латунных профилей на разработанном инструменте необходимые для выбора основных технологических параметров процесса и оценки работоспособности инструмента.
4. Исследовано влияние основных технологических факторов на качество сварного соединения при прессовании меди и латуни через комбинированную матрицу; определены оптимальные режимы прессования, позволяющие получать на профилях сварной шов прочностью близкой к прочности основного металла.
5. Исследовано влияние калибровки комбинированной матрицы разработанной конструкции на течение металла, геометрию и точность размеров профиля и определена оптимальная из условия получения изделия заданной геометрии требуемой точности.
6. Создана и реализована на ЭВМ "EC-I033" методика проектирования комбинированных матриц и расчета технологических параметров прессования, используя которую была разработана промышленная технология прессования ряда полых профилей из латуни и меди для электротехнической промышленности.
Научная новизна работы заключается в следующем: изучены формоизменение и силовые условия при прошивке слитка в контейнере ступенчато-конической иглой на матрице с отверстием; получены аналитические зависимости температурных условий максимального усилия прессования и усилия действующего на иглу от технологических параметров процесса; впервые проведено исследование влияния основных технологических факторов на качество сварного шва при прессовании меди и латуни ЛбЗ через комбинированные матрицы; исследовано влияние калибровки комбинированной матрицы разработанной конструкции на течение металла и точность расположения отверстия на сечении профиля.
Практическая ценность работы: разработана конструкция комбинированной матрицы для производства полых профилей из меди и ее сплавов; установлены оптимальные режимы прессования и калибровка матрицы; разработана методика проектирования комбинированных матриц для прессования меди и ее сплавов.
Результаты работы реализованы в промышленности: разработана промышленная технология прессования через комбинированные матрицы прямоугольного профиля с прямоугольным отверстием из латуни ЛбЗ размером 34,5x20-22x15 мм и медного Ml профиля размером 80x25 мм с двумя отверститли 15 мм для электротехнической промышленности.
Общий реальный экономический эффект от внедрения отмеченных разработок составил более 140 тыс. рублей.
Разработка новой конструкции комбинированной матрицы и особенности прессования через нее полых профилей из тяжелых цветных металлов
Комбинированная матрица (рис. І.І) состоит из: рассекателя (I), короткой рабочей иглы (2) и матрицы (3). Рассекатель предназначен для крепления короткой рабочей иглы и жесткой фиксации ее относительно профиля отверстия матрицы.
Конструкции комбинированных матриц для прессования алюминиевых сплавов И.Л.Перлин /2/ объединяет в следующие группы (см.рис.1.1): с выступающим, с утопленным и с плоским рассекателем. Промежуточное положение между матрицами с выступающим и утопленным рассекателями занимает матрица с полуутопленным (полувыступающим) рассекателем /3/.
При прессовании полых профилей из алюминиевых сплавов наибольшее распространение получили комбинированные матрицы с выступающим и плоским рассекателем /4,5/.
Процесс прессования через комбинированные матрицы заключается в следующем: металл слитка под действием давления прессования, разделяется рассекателем на потоки, которые по питающим каналам поступают в камеру сварки, где соединяются, охватывая короткую рабочую иглу, и свариваются, после чего изделие формируется матрицей и рабочей иглой. Отделение прессостатка по окончании процесса прессования производят профильным ножом или путем отрыва его от матрицы движением контейнера /2/. Учитывая, что между температурами слитка и инструмента при прессовании алюминиевых сплавов нет существенного различия, эта операция не вызывает трудности.
Известны попытки использования конструкций комбинированных матриц применяемых для прессования алюминиевых сплавов при прессовании профилей из меди и латуни. Так В.В.Жолобовым /6,7/ были проведены эксперименты на прессах усилием 15 МН и 6 МН по прессованию труб размером i 30x2 мм и jtf Збхб мм на комбинированных матрицах с выступающим рассекателем. При прессовании меди и латуни Л62 на прессе 15 МН инструмент выходил из строя на первом же прессовании за счет разрушения центральной части рассекателя. На прессе усилием 6 МН при прессовании латуни Л62 матрица выдерживала одно прессование, однако дальнейшее использование ее было невозможно из-за значительной сложности отделения прессостатка. Качество сварного шва на ряде полученных труб из латуни Л62 было удовлетворительное. В работе /8/, анализируя эксперименты М.И.Темкина по прессованию труб из меди и латуни через комбинированные матрицы с утопленньм и выступающим рассекателем, отмечено, что матрицы выдерживали одно-два прессования. Разрушение матриц происходило за счет поломки рассекателя. Отделение прессостатка от матрицы профильным ножом было затруднено, т.к. прессостаток быстро остывал до температуры инструмента. Металл из камеры сварки удалялся при прессовании последующего слитка, однако полностью удалить его было невозможно, что отрицательно сказывалось на качестве сварного шва труб, которое, в основном, было неудовлетворительное.
В работе /9/ проведено испытание ряда конструкций комбинированных матриц с плоским рассекателем при прессовании меди МІ на горизонтальном гидравлическом прессе усилием 15 МН. Эти испытания также подтвердили, что прочность известных конструкций комбинированных матриц при прессовании меди и латуни низкая. Разрушение матриц происходит за счет разрушения центральной части рассекателя. Это связано с тем, что, как показывают расчеты, при прессовании меди рассекатель прогревается до температур 400...700С, при этом в нем возникают напряжения от 10 до 14 Ша, которые находятся на уровне предела прочности стали ЗХ2В8 при этих температурах (предел прочности стали ЗХ2В8 при температурах 400...700С составляет 9...14 Ша /10/) Таким образом для использования комбинированных матриц для прессования профилей из меди и ее сплавов необходимо в первую очередь обеспечить соответствующую прочность рассекателя. Увеличение прочности рассекателя можно добиться следующими путями: - использованием для рассекателя материалов повышенной жаропрочности таких, например, как ЭИ867, ЖС6К, ЭП220 и др.; - увеличением прочности рассекателя, за счет изменения его размеров ; - нанесением теплостойких покрытий /II/; - уменьшением нагрузки, действующей на рассекатель при прессовании Использование новых жаропрочных материалов для комбинированных матриц приводит к значительному удорожанию их изготовления как за счет исходных материалов, так и за счет повышенной стоимости обработки, и поэтому не всегда оправдано. Увеличение жесткости рассекателя наиболее просто достигается за счет увеличения его высоты. Однако это связано со значительным ростом поверхности контакта металла слитка с инструментом, следствием чего является значительное увеличение сил трения и теплопотерь прессуемого металла, а, соответственно, и усилия прессования. Нанесение теплостойких покрытий - один из эффективных путей повышения стойкости рассекателя. Однако стойкость самих покрытий низкая, поэтому их применение оправдано лишь для отдельных случаев, например, при прессовании профилей из титана /II/. Наиболее приемлемым способом увеличения прочности рассекателя при прессовании меди и ее сплавов является уменьшение нагрузок, действующих на рассекатель. Одним из решений уменьшения нагрузки, действующей на рассекатель, является инструмент (рис. 2а), включающий комбинированную матрицу и иглу, установленную в иглодержателе . Перед началом прессования на этом инструменте к рассекателю с небольшим зазором подводится игла, установленная в иглодержателе, которая уменьшает усилия, действующие на рассекатель в процессе прессования. Другим решением является конструкция инструмента, в которой рассекатель имеет удлиненную хвостовую часть (рис. 26), свободно устанавливающуюся в прессшайбе и шплинтоиехх . В этих конструкциях инструмента стойкость рассекателя увеличивается за счет исключения усилий, действующих при прессовании на его торцевую поверхность.
Однако отмеченные конструкции инструмента при увеличении стойкости рассекателя не решают вопрос удаления металла из камеры сварки. Кроме этого при прессовании на этих конструкциях инструмента необходимо использовать полые слитки для введения в эту полость иглы либо хвостовика рассекателя, а наличие внутренней полости в слитке усложняет получение изделий со сварным швом требуемого качества.
Исследование силовых условий процесса прошивки слитка при использовании комбинированных матриц новой конструкции
На первой стадии прошивки как для , так и для диаметр отверстия матрицы не влияет на форму и размеры очага пластической деформации /13/, а ширина очага пластической деформации не зависит от глубины прошивки /13,18/.
На второй стадии очаг пластической деформации распространяется на всю длину непрошитой части слитка и касается поверхности матрицы, при этом по ходу прошивки происходит постоянное изменение его формы и размеров /15...17/.
Учитывая, что процесс прессования на новом инструменте сопровождается сваркой потоков металла, то при анализе процесса прошивки необходимо остановиться на вопросах отделения пробки. При отделении пробки от слитка происходит разгерметизация внутренней полости слитка, получаемой при прошивке и нарушение безокислительных условий сварки. В работе /13/ показано, что отделение пробки от слитка при прошивке цилиндрическими иглами диаметром и с/м наступает при входе иглы в отверстие матрицы и сопровождается в большинстве случаев образованием шейки при разрыве стенки трубы. При прессовании толе не тоетенных труб усилия в заключительной стадии прошивки могут превышать усилия разрыва трубы, требуемые для отделения пробки, в результате чего происходит прошивка пробки без ее отделения (допро-шивка). Исследование процесса прошивки слитка в контейнере ступенчато-конической иглой проводили для случая нарастающей прошивки на глухой матрице /20...22/. В процессе прошивки слитка ступенчато-конической иглой выделены следующие этапы /20/: I. осадка слитка в контейнере; 2. внедрение в слиток короткой рабочей иглы; 3. внедрение в слиток основания ступенчато-конической иглы. При внедрении короткой рабочей иглы весь металл слитка, вытесненный иглой,истекает навстречу движению иглы. Процесс прошивки в этом случае аналогичен процессу прошивки слитка цилиндрической иглой на первой стадии процесса /20...22/. При внедрении основания ступенчато-конической иглы перед его торцом также формируется зона затрудненной деформации и очаг пластической деформации /21,22/. Форма и размеры очага пластической деформации перед ступенчато-конической иглой зависят от соотношений размеров основания ступенчато-конической иглы и короткой рабочей иглы. В основном это единый очаг пластической деформации, включающий очаги пластической деформации перед короткой рабочей иглой и основанием ступенчато-конической иглы. В работе /22/ отмечается, что при длине короткой рабочей иглы -Ври большей, чем длина очага пластической деформации перед основанием ступенчато-конической иглы tcpoc ри o y,vc, возможно образование двух отдельных очагов пластической деформации. При внедрении основания ступенчато-конической иглы на первой стадии процесса, также как и для прошивки цилиндрическими иглами очаг пластической деформации не касается поверхности матрицы. На второй стадии процесса очаг пластической деформации касается поверхности матрицы. Учитывая, что в анализируемых работах прошивку слитка вели на глухих матрицах, вопросы, связанные с истечением металла в отверстие матрицы, формированием и отделением пробки, не рассматривались. Однако, следует отметить, что поскольку при прошивке слитка ступенчато-конической иглой на матрице с отверстием диаметр короткой рабочей иглы меньше диаметра матрицы tfjk ??, то при входе иглы в отверстие матрицы возможно отделение пробки от металла слитка и, соответственно, разгерметизация внутренней полости слитка. Силовые условия процесса прошивки слитка иглой на матрице с отверстием рассмотрены в работах В.В.Жолобова и Г.И.Зверева /6/, Ю.Ф.Шевакина и А.М.Рытикова /13,18/, Н.И.Касаткина /14/ для случая, когда диаметр иглы меньше диаметра матрицы: При прессовании полых профилей из меди и ее сплавов с использованием подвижных игл применяют либо цилиндрические иглы, либо иглы с небольшой конусностью, которая облегчает сход металла с иглы во время прессования. Разность диаметров (максимального и минимального) иглы на ее рабочей длине , определяющая ее конусность, в зависимости от размера игл находится в пределах л с/= //»& -&гп/г, -=0,5...1,2 мм /13/. В работах /13,14,18/ отмечается, что в зависимости от конструкции иглы: с небольшой конусностью либо цилиндрической график "усилие-ход" имеет, соответственно, экстремальную зависимость либо вначале постоянен, а с некоторого расстояния от матрицы характеризуется падением усилия прошивки. Для цилиндрических игл усилие прошивки определяется площадью сечения иглы. Спад усилия прошивки наступает при длине непрошитой части слитка равной длине участка среза. Для игл с небольшой конусностью, которые нашли наибольшее распространение при прессовании полых профилей из меди и ее сплавов максимальное усилие прошивки определяется как площадью сечения иглы, так и длиной участка среза, при этом с увеличением длины слитка увеличивается усилие прошивки и раньше наступает срез металла в матрицу.
Формула (2.4) дает хорошую сходимость результатов с экспериментальными значениями в промышленных условиях прошивки слитков из тяжелых цветных металлов и сплавов цилиндрическими (с небольшой конусностью) иглами для широкого интервала варьируемых параметров. Формула (2.4) получена для условий, когда диаметр иглы меньше диаметра матрицы я/» с/м и не превышает трети диаметра контейнерас/и 0,33 . Использование зависимости (2.4) для других соотношений параметров с/„, dn, die., а также для расчета усилия прошивки на ступенчато-конических иглах приводит к расхождению расчетных и экспериментальных данных.
Исследование силовых условий при прошивке ступенчато-коническими иглами проведено для случая нарастающей прошивки на глухой матрице /20,21/. Приведены формулы для расчета усилий прошивки при внедрении в слиток как короткой рабочей иглы, так и основания. Приведенные формулы громоздки, сложны в использовании и пригодны лишь для случая нарастающей прошивки на глухой матрице. Использование этих зависимостей для расчета усилия прошивки слитка ступенчато-конической иглой на матрице с отверстием приводит к существенной ошибке.
Вывод формул для расчета усилия прессования через комбинированные матрицы новой конструкции и усилия действующего на иглу
В лабораторных условиях проведено исследование силовых условий прессования на ступенчато-конических иглах. Прессовали свинцовые заготовки размером 40x50 мм на специальной прессовой установке (см. рис. 2.1, раздел 2.2). Прессование вели непосредственно после прошивки, фиксируя иглу в осевом направлении в заданном положении установочными болтами. В эксперименте варьировали размерами матрицы = 10...14 мм, короткой рабочей иглы = 6...8 мм, углом наклона переходной части иглы ос = 30...90; расположением иглы в канале матрицы & = 2...20 мм. Учитывая, что расположение иглы в канале матрицы существенно влияет на усилие прессования, величину проверяли непосредственно поділе каждого прессования путем обмера прессостатка, для чего свинцовые заготовки имели разъем по диаметральному сечению. Прессование вели без смазки рабочего инструмента. Запись усилия прессования осуществляли на фотобумагу осциллографа НІІ7 с помощью тензодатчиков собраных по усилительной схеме.
В промышленных условиях исследование силовых условий прессования меди и латуни ЛбЗ через комбинированные матрицы новой конструкции проводили на горизонтальных гидравлических прессах усилием 15 МН и 30 МН, оборудованных специально разработанными датчиками и измерительной аппаратурой (см. рис. 2.3, раздел 2.2). При прессовании записывали следующие параметры: давление в цилиндрах главного плунжера prfr и плунжера иглы/v, усилие в иглодержателе Q„, скорость УГГ7 и перемещение Хгп главного плунжера, температуру профиля Т р и начальную температуру слитка 2 . Запись всех параметров проводили на пленку осциллографа H-I02. Силовые параметры записывали по безусилительной схеме с индивидуальным питанием каждого канала. при прессовании на ступенчато-конических (кривая I) и цилиндрических (кривая 2) иглах не имеет принципиальных отличий. Положение минимального значения усилия прессования на ступенчато-конической игле/ и цилиндрической игле Ъкь на диаграмме "усилие-ход" в общем случае не совпадает. Значение минимального и максимального усилия мкп и fin» существенным образом зависят от положения иглы относительно матрицы, увеличиваясь при уменьшении & (рис. 4.3). Усилие, действующее в процессе прессования на ступенчато-коническую иглуцс (кривая 3) в отличие от Ц в общем случае имеет зону растяжения ( %,/nQx ) и зону сжатия ( $/„ „ ), что связано с совместным действием на иглу растягивающих усилий за счет трения по поверхности иглы и сжимающих усилий от осевой составляющей силы нормального давления металла на переходную часть иглы и позволяет регулировать силовые условия работы игл. Положение ЦМі и соответствует положению гщ/н на диаграмме "усилие-ход".
Силовые параметры процесса прессования на ступенчато-конических иглах во многом зависят от места расположения инструмента и характера течения металла.
Течение металла определяется формой и размерами инструмента и зон затрудненной деформации, которые совместно образуют трубку тока металла. Щорма и размеры зон затрудненной деформации в установившемся режиме не изменяются и на переходной части иглы по осевому сечению имеют вид криволинейного треугольника с углом при вершине «=45, а у матрицы аналогично прессованию на цилиндрических иглах /13/ 60. Длина обжимающей части пластической зоны bow$ определяется положением большего основания переходной части ступенчато-конической иглы. В общем случае 4v/Z3 не равно длине ОЧПЗ при прессовании на цилиндрической игле ру . В зависимости от настройки иглы в ОЧПЗ по длине трубки тока металла возможны следующие соотношения проходных сечений: I. последующее сечение/ / всегда меньше предыдущего " і c f2rf\ 2. вначале/0 а затем/? /? /. Во втором случае последовательно протекают два процесса: вначале осадка металла между контейнером и переходной частью ступенчато-конической иглы, затем выдавливание.
Положение минимальных значений ж /) и «С , на диаграмме "усилие-ход" соответствует, также как и для цилиндрических игл /13/, длине ОЧПЗ.
Исследование силовых условий при прессовании меди и латуни ЛбЗ через комбинированные матрицы новой конструкции, проведенное в промышленных условиях, показало, что характер изменения усилия по ходу процесса в этом случае аналогичен прессованию на ступенчато-конической игле.
При горячем прессовании силовые условия во многом определяются температурными условиями, особенно при применении нового инструмента. Это связано с большим теплоотводом от слитка на иглу, установленную в иглодержателе. При этом усилие прессования в промышленных условиях в зависимости от сечения иглы, установленной в иглодержателе, в практическом диапазоне в 1,3...1,5 раза выше, чем при прессовании на длинных цилиндрических иглах. При малых скоростях прессования 2 о Гю мм/с увеличение усилия за счет теплопотерь слитка по ходу процесса не компенсируется уменьшением поверхности трения, что приводит к росту усилия прессования практически с самого начала истечения. При промышленном прессовании в этих условиях имелись случаи недопрессовок. С увеличением температуры предварительного нагрева слитков Іс , происходит снижение начального усилия прессования, однако интенсивность роста его по ходу процесса увеличивается в связи с увеличением теплопотерь слитка.
Влияние калибровки комбинированных матриц на геометрию прессизделий и выбор оптимальной калибровки
При прессовании через комбинированные матрицы на прессизделии формируется сварной шов. Процесс соединения потоков металла в камере сварки при прессовании через комбинированные матрицы относится к процессу сварки давлением /69/.
Анализ работ по сварке давлением /75...102/ показывает, что для получения качественного сварного шва необходимо, во-первых, обеспечить плотный контакт чистых свариваемых поверхностей, свободных от окисных, масляных и других пленок и, во-вторых, активизировать атомы соединяемых поверхностей для их взаимодействия. Из теории сварки давлением следует что: - пластическая деформация в зоне сварки приводит к улучшению качества шва. Чем выше степень деформации, пластичность металлов, твердость поверхностных пленок (окалины), затрудняющих сварку, тем легче удалить их из зоны контакта. Чистые металлы свариваются лучше, чем сплавы; - увеличение взаимного давления свариваемых поверхностей ускоряет деформацию макронеровностей в зоне сварки и улучшает качество шва: - увеличение температуры повышает пластические характеристики металла в зоне контакта, что улучшает качество шва. Однако с увеличением температуры растет подвижность окисных пленок, что затрудняет сварку; - увеличение длительности контакта улучшает сварку. Однако при этом степень окисления металла растет, что затрудняет сварку; - зачистка свариваемых поверхностей, вакуумирование зоны сварки положительно сказывается на качестве сварного соединения; - рекристаллизационные и диффузионные процессы в основном способствуют улучшению качества шва при удовлетворительном качестве соединения металла.
Экспериментальные исследования качества сварного шва при прессовании через комбинированные матрицы проводились в основном лишь для легких металлов и сплавов. Результаты этих исследований /2,3, 5,6,65,73,103...114/ корревпондируютея с выводами из теории сварки давлением:
Соединение потоков металла в камере сварки происходит в результате пластической деформации металла при необходимом обновлении поверхности и сжимающем давлении свариваемых потоков. В качестве основного параметра определяющего качество сварного соединения ряд исследователей принимают давление /2,6,65,73,103,107/, другие - вытяжку /3,105,106,108,110...112/. С увеличением вытяжки в камере сварки Млгс улучшается обновление свариваемых поверхностей свободных от окисных и других затрудняющих сварку пленок, а также увеличивается сжимающее давление в зоне контакта /2,107/; улучшение прочности шва с ростом/ ес происходит пока прочность шва не достигнет прочности основного металла, дальнейший рост/ практически не сказывается на качестве шва /112/. Применительно к прессованию алюминиевых сплавов оптимальная величина вытяжки в камере сварки / 20 /106/.
Влияние температуры на качество сварного соединения по литературным данным противоречиво. Так, в работах /2,65,105...109/ отмечается, что с увеличением температуры прочность сварного шва уменьшается, т.к. при этом уменьшается величина гидростатического давления в камере сварки. По работам /65,114/,наоборот, с увеличением температуры прочность сварного шва росла, т.к. рост температуры приводил к увеличению пластичности свариваемых металлов и интенсификации диффузионных процессов в зоне сварки.
Время формирования прочного сварного соединения для алюминиевых сплавов определяют величиной о =0,25-0,45 с. Увеличение высоты сварочных карманов /106/, объема металла в камере сварки /3,69, 107,108/, протяженности камеры сварки /69,107/ положительно влияет на качество сварного соединения. Отмечается, что центральные и периферийные слои металла имеют различную длительность деформации, что может повлиять на изменение качества шва по его сечению /69/. По длине прессизделия качество сварного:шва улучшается от начала к середине. В конце прессизделия качество шва может быть как выше, чем в его средине (за счет увеличения гидростатического давления в зоне сварки), так и ниже (за счет загрязнения зоны сварки и пр.) /2,3,65,106/.
На качество сварного соединения существенное влияние оказывает состояние поверхностей слитка и инструмента; через комбинированные матрицы прессуют либо слабоокисляемые металлы, либо металлы, окисная пленка которых существенно не влияет на процесс сварки /2/, Недопустимо прессование со смазкой. С целью снижения загрязнения поверхности заготовок нагрев их осуществляют только в индукционных печах /3/. Учитывая, что в шов в основном переходит боковая и передняя торцевая поверхности заготовки /5/, то задержка в движении периферийных слоев приводит к улучшению условий сварки /5/. Для этого прессуют с "мертвыми" зонами по матрице /106/, оставляя значительный прессостатак /2,5,65,69/, обрезь переднего конца составляет до 1500 мм, заднего - до 300 мм /3/. Вакуумирование процесса прессования положительно сказывается на качестве сварного шва /2/.
Отжиг улучшает качество прессизделий, имеющих сварной шов, за счет диффузизиозных процессов, которые приводят к уменьшению структурной неоднородности /115...117/.
Проведенный анализ литературных данных показывает, что качество сварного соединения прессизделий, отпрессованных через комбинированные матрицы зависит от большого числа факторов. Основными из них являются состояние поверхностей свариваемых потоков металла (смазка, окалина), вытяжка в камере сварки, температурно-скорост-ной режим прессования и режим отжига.
Влияние этих факторов на качество сварного шва при прессовании через комбинированные матрицы детально изучено в основном для прессования алюминиевых сплавов и оказывает существенное влияние на расчет технологических параметров прессования и конструкции инструмента.
