Условия эксплуатации инструмента для прессования и штамповки

Условия эксплуатации формообразующего инструмента в процессах прессования и штамповки определяются предварительно созданными в нем за счет бандажирования напряжениями, контактными условиями, тепловым состоянием инструмента и деформируемого металла, а также нагрузками, которые оказывает металл при пластической деформации и своем движении на инструмент.

Производительность процесса, время контакта деформируемого металла с инструментом, качество изделий и силовые условия формообразования требуют выбора оптимальных размеров слитка или заготовки. Так, для получения пресс-изделия высокого качества необходимо, чтобы поперечное сечение слитка после его распрессовки имело по крайней мере величину, обеспечивающую допустимую минимальную вытяжку металла. Однако в связи с тем что прессование с очень большими вытяжками требует приложения больших усилий и вызывает высокие напряжения в прессовом инструменте, для труднодеформируемых сплавов ограничивают не только минимальную, но и максимальную величину вытяжки. При некотором уменьшении оптимального объема заготовки, превышающем допустимые ограничения, поковка не будет соответствовать требуемым размерам. Например, при использовании проката для изготовления заготовок для некоторых процессов штамповки и ковки допустимые отклонения от указанного оптимального (номинального) объема могут составлять 3…15 %. Значительно меньшие допуски предполагаются при точной штамповке поковок. В этом случае допуски на размеры заготовки определяются размерами готового изделия, а также возможностью перераспределения излишка металла в легко устраняемый заусенец.

Объем исходной заготовки для безоблойной штамповки в окончательном штамповочном ручье рекомендуется выбирать таким, чтобы он отличался от объема готового изделия лишь на величину угара металла. Использование такой рекомендации приводит к тому, что точностные параметры ряда изделий из-за неверно определенного объема заготовки весьма невысоки. Это обусловлено тем, что при формообразовании сложнопрофильных поковок деформирующие нагрузки распределяются по объему заготовки очень неравномерно, что приводит к неодновременному течению металла и появлению заусенцев до заключительного оформления всей поверхности поковки.

Несоответствие размеров заготовки определенным допускам при оптимальном ее объеме может приводить к получению бракованных поковок. Увеличение же размеров заготовок приводит не только к перерасходу металла, но и к увеличению затрат энергии на формообразование, а также снижению стойкости инструмента.

Давление деформируемых металлов, которое испытывает формообразующий инструмент в процессе производства изделий, зависит в основном от их пластических свойств. Для уменьшен ния силовых нагрузок на инструмент повышают пластичность деформируемого металла за счет предварительного нагрева заготовки. Однако из-за разогрева инструмента и налипания на его рабочую поверхность деформируемого металла не всегда можно использовать температуры, при которых материал заготовки проявляет максимальные пластические свойства. Если налипание приводит к получению бракованных изделий или невозможности реализации процесса формообразования, то чрезмерный разогрев инструмента в процессе эксплуатации вызывает его повышенный износ. Поэтому температура разогрева инструмента или его отдельных участков не должна превышать температуры отпуска его материала. Такое условие не всегда выполнимо, особенно при прессовании изделий из труднодеформируемых материалов» Это, как правило, обусловливает уменьшение длины получаемого профиля и, следовательно, снижение производительности процесса.

Следует отметить, что температура деформации сказывается не только на пластических характеристиках подвергаемых нагрузкам заготовок, но и на механических характеристиках готового изделия. Так при определенных температурах протекают процессы, препятствующие упрочнению. Такими процессами являются возврат, проявляющийся в уменьшении получаемых при деформировании искажений кристаллографической решетки; снижение дополнительных напряжений и рекристаллизация, заключающаяся в появлении в деформируемом металле новых центров кристаллизации и росте вокруг них зерен с новой ориентировкой кристаллографической решетки и новыми границами между зернами. Если при возврате всегда наблюдается частичное упрочнение, то при рекристаллизации оно может отсутствовать. Возврат и рекристаллизация обычно наблюдаются при температурах нагрева заготовок выше соответственно 0,3 и 0,4 абсолютного значения температуры плавления их материала.

 

Значительные отличия в физико-химических свойствах различных металлов и сплавов приводят к широкому спектру температур , прессования, который обычно делят на четыре диапазона: первый (до 500 °С) — температуры прессования алюминиевых, магниевых, цинковых и свинцовых сплавов; второй (от 500 до 900 °С) — температуры прессования медных сплавов; третий (от 900 до 1300 °С) — температуры прессования никелевых, железных и других тугоплавких металлов и сплавов; четвертый (выше 1300 °С) — температуры прессования особо тугоплавких металлов (например, молибдена).

Указанные диапазоны температур прессования характерны и для процессов штамповки, впрочем, как и для всех других видов обработки металлов давлением. При этом для каждого конкретного случая формообразования изделия оптимальную температуру нагрева заготовки определяют экспериментально или на основе уясе известных данных о нагреве при получении аналогичным способом обработки давлением близких по форме и размерам изделий.

Температуры прессования и штамповки неразрывно связаны со скоростью формообразования изделия, которая существенно влияет на температурные условия процесса (тепловой эффект, охлаждение деформируемого металла и переход его в область хрупкости и т.п.). Это влияние проявляется в изменении количества рассеиваемого тепла, выделяющегося в зоне пластичности. Гак как процесс передачи тепла окружающей среде происходит во времени, то, например, при увеличении скорости прессования, т.е. при сокращении времени протекания процесса теплопередачи, количество тепла, передаваемого инструменту, уменьшается. Выбор точно определенных интервалов скорости формообразования обусловлен и необходимостью учета, кроме температуры, еще и фактора, связанного с распределением напряжений в деформируемом металле. Этот фактор особенно важно учитывать при прессовании, когда кроме влияния на размеры поперечного сечения изделия вдоль его длины (для процессов штамповки — вдоль высоты поковки) он сказывается на качестве поверхности (наличие или отсутствие трещин, рисок, заусенцев и других аналогичных дефектов).

При выборе скорости формообразования необходимо учитывать также форму и свойства материала изделия. Например, для гаеесования из углеродистой стали трубы способом прямого истечения (при вытяжке менее 40) допускается скорость истечения- 3 м/с, тогда как для изготовления при той же вытяжке прутков устанавливается скорость истечения, не превышающая 1,5 м/с. При увеличении вытяжки эти значения для углеродистых сталей также возрастают, а для алюминиевых сплавов (АВ, Амц, 2Д1 и др.) величина скорости истечения уменьшается.

Большую роль при разработке технологии процесса формообразования играет выбор смазки. Использование смазки приводит к уменьшению неравномерности деформации, а также вызываемых ею остаточных напряжений в изделии, замедлению охлаждения поверхностных слоев заготовки или слитка вследствие контакта с холодными частями инструмента, уменьшению износа инструмента. Кроме того, использование смазки в процессах прессования позволяет увеличивать длину слитка, степень деформации и скорость прессования.

Однако в некоторых случаях использование смазки приводит к ухудшению качества изделий из-за образования в поверхностных слоях пузырей, пленок и запрессовки продуктов сгорания смазки. Это происходит, например, при прессовании алюминия и его сплавов, поэтому некоторые материалы штампуют и прессуют без смазки.

При деформировании различных металлов и сплавов используют разнообразные смазки (графитные, солевые и др.). Вид смазки зависит от температуры, при которой осуществляется процесс формообразования изделия; наиболее используемые интервалы: ниже 500 °С, 600…950 °С и выше 1000 °С.

Напряжения, предварительно создаваемые в формообразующем инструменте (матрицах) за счет бандажирования, а соответственно и деформации, зависят от величины натяга, который обычно определяют исходя из необходимости снижения концентрации растягивающих напряжений в инструменте при максимально возможном внутреннем давлении.

Так, например, для прессовых матриц с внешним диаметром приблизительно 100 мм натяг на сторону устанавливают от ОД до 0,2 мм. В результате бандажирования, как показали эксперименты по определению деформаций методом муара, приращения размеров гравюры инструмента изменяются примерно до величины созданного натяга.

 

Таким образом, на прессовый и штамповый формообразующий инструмент в процессе его эксплуатации воздействуют:

• растягивающие напряжения от давления деформируемого материала;

•  тепловое поле, вызванное технологическими параметрами процесса (температура заготовки, скорость истечения металла, силы трения и т.п.) и приводящее к изменению размеров инструмента, его напряженного состояния и стойкости;

•  радиальные усилия со стороны бандажа, который служит для сохранения прочности инструмента и компенсации растягивающих напряжений от давлений деформируемого металла.

В зависимости от материала и технологии производства изделий вклад от сил, воздействующих на инструмент и определяющих его деформации, будет меняться, и эти изменения, при получении требуемых точностных характеристик изделий, необходимо учитывать.

Учет упругих деформаций осуществляют путем соответствующих расчетов на стадии проектирования инструмента, использования данных о размерах изделий, полученных после пробных формообразований, и последующей корректировки размеров гравюры, применения специальных конструкций и способов изготовления инструмента. Для учета пластической деформации инструмента, вызывающей изменение его формы и размеров выше пределов поля допуска, назначаются нижние (при формовании внешних поверхностей) или верхние (при формовании внутренних поверхностей) допуски на размеры формующей части, а также используются специальные конструкции инструмента и способы компенсации вызванных изменений размеров.

Комментариев нет »

Комментариев нет.

RSS-лента комментариев к данной записи. TrackBack URI

Оставить комментарий