Основы технологических процессов прессования. Технологии прессования цветных металлов и сплавов,стали Прессование металлов и сплавов

Процесс прессования представляет собой выдавливание металла, помещенного в замкнутую полость контейнера, через отверстие матрицы. Этот способ находит широкое применение при деформировании как в горячем, так и в холодном состоянии металлов, имеющих не только высокую податливость, но и обладающих большой жесткостью.

Прессованием изготавливаются разнообразные виды изделий: цельные сечением 3¸250 мм ; различные полые профили с постоянным и переменным сечением 20÷400 мм и толщиной стенки 1÷3 мм ; трубы Æ 20¸400 мм при толщине стенки 1,5¸12 мм ,. Некоторые виды изделий представлены на Рисунок 34. Профили, получаемые прессованием, часто оказываются более экономичными, чем изготовляемые прокаткой, а в некоторых случаях их невозможно произвести другим способом.

Рисунок 34 Виды отпрессованных изделий.

Основным преимуществом прессования металла относятся:

· возможность пластической обработки с большими вытяжками;

· обработка малопластичных металлов;

· возможность получения практически любого поперечного сечения изделия;

· универсальность оборудования для получения различных изделий;

· высокое качество поверхности, точность.

К недостаткам можно отнести:

· повышенный расход металла на единицу изделия;

· повышенный расход энергии;

· периодичность процесса;

· высокая стоимость инструмента.

Различают 2 основных способа прессования: прямой (Рисунок 35 а ) и обратный (Рисунок 35 б ).

При прямом методе нагретый слиток цилиндрической формы, помещенный в контейнер, подвергается неравномерному трехстороннему сжатию. Давление металлу передается пресс – штемпелем, матрица – неподвижна.

При обратном методе прессования пресс – штемпель делается полым и на его конце укрепляется матрица. При движении пресс – штемпеля справа налево, матрица, являющаяся одновременно и пресс – шайбой, давит на торцевую часть слитка, при этом металл вынужден вытекать в обратном направлении, т.к. контейнер в противоположном направлении закрыт массивной упорной шайбой. Если при прямом методе вся масса слитка перемещается внутри контейнера в направлении движения (течения) металла, то при обратном прессовании слиток неподвижен относительно стенок контейнера, вследствие чего значительно уменьшается действие сил трения при прессовании. В результате усилия прессование обратным методом снижается на 25¸30%, но конструкция пресса при этом усложняется. К преимуществам обратного метода относится также и снижение потерь металла, 15¸18% металла уходит в отходы при прямом методе, в так называемую выдру, и 5¸6% при обратном.

Рисунок 35 Схемы прессования: а – прямой метод, б – обратный метод.

Прессование труб производится обычно прямым методом, хотя возможно прессование коротких труб большого диаметра (300¸400мм.) обратным методом.

Рассмотрим прессование трубы прямым методом (Рисунок 36). Слиток помещается в контейнер, включается главный гидроцилиндр и начинается движение пресс–шайбы, при этом происходит распрессовка слитка, то есть заполнение контейнера металлом. Следующей операцией, перед прессованием, является прошивка металла в контейнере стальной иглой.

Игла связана со штоком специального прошивного цилиндра, расположенного по оси пресса среди главного гидроцилиндра. Передний конец иглы проходит через распрессованый металл, выдвигаясь на некоторое расстояние из отверстия матрицы, и останавливается. Величина отхода металла (выдры) при прошивке может достигать 20¸40% от массы слитка. Затем включается главный цилиндр пресса, начинает движение пресс–шайба и металл начинает течь через кольцевой зазор, образованный стенками отверстия матрицы и наружной поверхностью иглы.

Рисунок 36 Схема прессования полой заготовки.

Во время прессования возникает очаг деформации, который зависит от способа прессования, коэффициент трения, податливости металла. Различают три основных вида очага деформации, Рисунок 37.

Первый вид (Рисунок 37 а ) характерен тем, что деформация сосредоточена вблизи матрицы.

Такой вид наблюдается при обратном прессовании, а также при прямом, если коэффициент трения низок (тщательная обработка стенок контейнера и качественная смазка). Прессование идет без «заворота» металла, механические свойства прутка по сечению и длине отличаются стабильностью.

Второй вид (Рисунок 37 б ) очага деформации имеет место при средних значениях коэффициента трения и незначительных изменениях механических свойств сечения слитка в контейнере (при захоложенных периферийных слоях).

Очаг деформации распространяется на всю длину заготовки. Течение внутренних слоев происходит с некоторым опережением внешних. Появляются как бы два объема деформируемого тела: внешний и внутренний – . Однако прессование и в этом случае идет без «заворота».

Рисунок 37 Виды очага деформации.

Третий вид (Рисунок 37 в ) очага деформации имеет место при высоком коэффициенте трения между стенкой контейнера и слитком, а также значительной жесткости внешних слоев заготовки по сравнению с внутренними. Очаг деформации характеризуется высокой неравномерностью течения металла и состоит из трех объемов. Объем , расположенный непосредственно перед матрицей, отличается наибольшей интенсивностью течения металла. Объем по мере развития деформации течет от периферии к оси заготовки, создает пережим в первом объеме - возникает вихревое движение металла. Объем примыкает к пресс–шайбе, он увеличивается к концу прессования. Процесс прессования прекращают до момента входа этого объема в матрицу, т.к. начнется процесс «заворота» и снижение качества изделия ввиду вовлечения в готовое изделие окалины, окисление частиц металла с поверхности слитка, другой структуры металла.

При обработке металлов давлением полуфабрикаты и изделия получают пластическим деформированием исходной заготовки без снятия стружки. Этот процесс отличается значительной экономичностью, высоким выходом годного и большой производительностью. Обработка давлением можно изготовить детали самых различных размеров (от миллиметра до нескольких метров) и формы.

Обработка металлов давлением обычно преследует две основные цели: получение изделий сложной формы из заготовок простой формы и улучшение кристаллической структуры исходного литого металла с повышением его физико-механических свойств. Давлением обрабатывают примерно 90% всей выплавляемой стали, а также большое количество цветных металлов и их сплавов.

К обработке металлов давлением относят прокатку, волочение, прессование, ковку, штамповку, и некоторые специальные процессы, например, отделочную и упрочняющую обработку пластическим деформированием и т.д. Методы обработки металлов давлением классифицируют по схемам технологического процесса.

При прессовании металл выдавливают из замкнутой полости через отверстие, получая пруток или трубу с профилем, соответствующим сечению отверстия инструмента. Исходный материал для прессования - слитки или отдельные заготовки. Существуют два метода прессования - прямой и обратный. При прямом прессовании движение пуансона пресса и истечение металла через отверстие матрицы происходят в одном направлении. При обратном прессовании заготовку закладывают в глухой контейнер, и она при прессовании остается неподвижной, а истечение материала из отверстия матрицы, которая крепится на конце полого пуансон, происходит в направлении, обратном движению пуансона с матрицей.

Обратное прессование по сравнению с прямым требует меньших усилий и прессостаток в этом случае меньше, однако меньшая деформация при обратном прессовании приводит к тому, что прессованный пруток сохраняет следы структуры литого металла. Основное преимущество прессованных изделий - точность их размеров. Кроме того, ассортимент изделий, получаемый прессованием, весьма разнообразен, и этим методом можно получить очень сложные профили.

Рисунок 6 - Схема прямого прессования Т-образного профиля: 1 контейнер (толстостенная цилиндрическая втулка); 2 пресс-шайба; 3 матрица; 4 отверстие матрицы; 5 форма поперечного сечения готового пресс-изделия (профиля); 6 деформируемая заготовка; 7 пресс-штемпель; P - сжимающие силы

Согласно схеме на рисунке 6, деформируемая заготовка 6 заключена в толстостенную цилиндрическую втулку 1, называемую контейнером 1. Контейнер с одного конца прочно закрыт матрицей 3, имеющей отверстие (канал) 4. С противоположного конца в контейнер 1 вставлена пресс-шайба 2 в форме диска, передающая заготовке усилие Р от пресс-штемпеля 7, Металл заготовки под действием усилия Р, не имея другого выхода, кроме канала в матрице, выдавливается из последнего в виде длинномерного профиля с сечением, повторяющим сечение канала матрицы. Поскольку форма канала матрицы может быть весьма сложной, прессованием наряду с простыми профилями (круглого, квадратного, прямоугольного и др. сечений), можно получить очень сложные конструкционные пресс-изделия, изображенные на рисунке 7.

Рисунок 7 - Типовые представители пресс-изделий

Прогресс современной техники (появление новых летательных аппаратов, автомобилей, железнодорожных вагонов, поливальной передвижной установки и т.п.) немыслим без металлопродукции (рисунок 7), которую получают прессованием.

Прессование металла это вытеснение с помощью пуансона металла исходной заготовки (чаще всего цилиндрической формы), помещенной в контейнер, через отверстие матрицы. Этот способ пластической обработки находит широкое применение при деформировании как в горячем, так и в холодном состоянии металлов, имеющих не только высокую податливость, но и обладающих значительной природной жесткостью, а также в одинаковой мере применим для обработки металлических порошков и неметаллических материалов (пластмасс и др.). Прессованием изготовляют прутки диаметром 3.250 мм, трубы диаметром 20.400 мм при толщине стенки 1,5.12 мм, полые профили с несколькими каналами сложного сечения, с наружными и внутренними ребрами, разнообразные профили с постоянным и изменяющимся (плавно или ступенчато) сечением по длине. Профили для изготовления деталей машин, несущих конструкций и других изделий, получаемые прессованием, часто оказываются более экономичными, чем изготовляемые прокаткой, штамповкой или отливкой с последующей механической обработкой. Кроме того, прессованием получают изделия весьма сложной конфигурации, что исключается при других способах пластической обработки. К основным преимуществам прессования металла относятся: возможность успешной пластической обработки с высокими вытяжками, в том числе малопластичных металлов и сплавов; возможность получения практически любого поперечного сечения изделия, что при обработке металла другими способами не всегда удается; получение широкого сортамента изделий на одном и том же прессовом оборудовании с заменой только матрицы; производство изделий с высокими качеством поверхности и точностью размеров поперечного сечения, что во многих случаях превышает принятую точность при пластической обработке металла другими способами (например, при прокатке). К недостаткам получения изделий прессованием следует отнести: повышенный расход металла на единицу, изделия из-за существенных потерь в виде пресс-остатка; появление в некоторых случаях заметной неравномерности механических и других свойств по длине и поперечному сечению изделия; сравнительно высокую стоимость прессового инструмента. Основным признаком разновидностей процесса прессования является наличие или отсутствие поступательного перемещения металла относительно стенок приемника (контейнера), за исключением небольших участков вблизи матрицы, называемых мертвыми зонами, где перемещение металла отсутствует. Наряду с наиболее распространенным методом прессования. С прямым истечением, которое используется для получения сплошных и полых изделий, широкое применение получил обратный (обращенный) метод, а также другие схемы истечения металла. Каждый из этих методов имеет определенные преимущества. Так, например, при боковом истечении металла помимо удобств приема пресс-изделия обеспечивается минимальная разница механических свойств изделия в поперечном и продольном направлениях. Процесс прессования выполняется в условиях неравномерного всестороннего сжатия металла, что положительно сказывается на увеличении его пластичности. Поэтому прессованием можно обрабатывать металлы и сплавы с низкой природной пластичностью. Однако трехосное сжатие вызывает необходимость значительных усилий при обработке. Поэтому прессование требует повышенного расхода энергии на единицу объема деформируемого тела. Как отмечалось, при прессовании в местах перехода контейнера в матрицу появляются так называемые мертвые углы, т.е. такие зоны, которые испытывают лишь упругую деформацию. Течение металла в мертвых зонах отсутствует, пока размер пресс-остатка не будет достаточно мал. Эти мертвые зоны при прессовании прутков большой длины в известной мере играют положительную роль, так как оказывают фильтрующее воздействие: в мертвых углах задерживаются различные загрязнения, что предохраняет от вдавливания посторонних включений в поверхностные слои изделия. При неправильно выбранном размере пресс-остатка загрязнения мертвых углов могут попасть в изделие и вызвать заметное понижение его качеств. Все это необходимо учитывать при разработке технологического процесса прессования. Практикой установлено, что при нормальных условиях прессования минимальная высота пресс-остатка составляет 0,10. 0,30 диаметра исходной заготовки. Силовые условия прессования определяются свойствами деформируемого металла, температурным режимом, размерами заготовки, скоростью и степенью деформации, значением контактного трения, геометрией инструмента и др. К сожалению, еще не разработана методика, позволяющая связать все эти факторы в математическую зависимость для определения усилий прессования. Поэтому приходится пользоваться методами расчета, лишь приближенно отражающими условия деформации.

Прессование металлов

способ обработки давлением, заключающийся в выдавливании (экструдировании) металла из замкнутой полости (контейнера) через отверстие матрицы, форма и размеры которого определяют сечение прессуемого профиля. При П. м. создаётся высокое гидростатическое давление, вследствие чего значительно повышается пластичность металла. Прессованием можно обрабатывать многие хрупкие материалы, неподдающиеся обработке другими способами (прокаткой, ковкой, волочением). Различают следующие виды П. м. (рис. ): с прямым истечением металла (направление движения металла совпадает с направлением движения пресс-шайбы - схемы а и б ) и с обратным (металл течёт навстречу движению матрицы, которая выполняет также функции пресс-шайбы, - схемы в и г ).

При П. м. с прямым истечением профиля сплошного сечения пресс-штемпель через пресс-шайбу передаёт давление на заготовку, находящуюся в контейнере. При этом металл заготовки выдавливается в отверстие матрицы, закрепленной в матрицедержателе, и образует профиль. Скорость истечения профиля во столько раз превышает скорость движения пресс-штемпеля (скорость прессования), во сколько раз площадь сечения полости контейнера больше площади отверстия в матрице. Отношение указанных площадей называется коэффициентом вытяжки. При прессовании трубы с прямым истечением металл заготовки выдавливается в кольцевой зазор между матрицей и иглой, образуя трубу заданной конфигурации. В этом случае заготовка перемещается не только относительно контейнера, но и относительно иглы.

При П. м. с обратным истечением силовое воздействие на заготовку осуществляется через контейнер, получающий движение в направлении, указанном стрелкой, через укороченный пресс-штемпель - пробку, запирающую контейнер. С др. стороны контейнер запирается удлинённым матрицедержателем, в котором закреплена матрица. При перемещении контейнера вместе с ним перемещается заготовка, и металл выдавливается в канал матрицы, образуя профиль.

При П. м. с прямым истечением вследствие трения металла о поверхность контейнера периферийные слои заготовки испытывают значительно более высокие сдвиговые деформации, чем центральные слои. Неравномерность деформации приводит к различию структуры и свойств по сечению изделия; особенно заметно это при прессовании прутков большого диаметра. При П. м. с обратным истечением трение металла о поверхность контейнера отсутствует, вследствие чего неравномерность структуры и свойств по сечению изделия значительно меньше. Кроме того, при обратном истечении значительно меньше усилия, требуемые для П. м., благодаря чему возможно снижение температуры нагрева заготовок и повышение скорости процесса.

Для получения труб и полых профилей из алюминиевых и магниевых, а в некоторых случаях медных и титановых сплавов используется также П. м. со сваркой (схема д ). Заготовка под давлением, передаваемым пресс-штемпелем, рассекается гребнем матрицы в зависимости от его конструкции на 2 или несколько потоков металла. Эти потоки затем под действием высокого давления свариваются, охватывая сплошной массой иглу матрицы, выполненную за одно целое с гребнем. Окончательно труба формируется в кольцевом зазоре между матрицей и иглой.

Существуют и другие способы прессования: труб из сплошной заготовки с предварительной прошивкой её иглой; сплошных и полых профилей плавно-переменного или ступенчато-переменного сечения; широких ребристых листов (панелей) из плоского (щелевого) контейнера и т.д. Промышленное применение находит также гидростатическое П. м. (гидроэкструзия), при котором давление на заготовку передаётся через жидкость. При этом способе силовое поле создаётся жидкостью высокого давления, подаваемой в контейнер от внешнего источника, или давлением на жидкость уплотнённого пресс-штемпеля. В современных установках для гидростатического П. м. давление жидкости в контейнере достигает примерно 3 Гн/м 2 (30 000 кгс/см 2 ).

П. м. осуществляется как с предварительным нагревом заготовки и инструмента, так и без нагрева. Холодное прессование (т. е. без нагрева) используют при обработке легкодеформируемых металлов (олова, свинца, чистого алюминия). Холодное гидростатическое прессование вследствие весьма высоких давлений и отсутствия трения заготовки о поверхность контейнера позволяет обрабатывать и более труднодеформируемые металлы и сплавы (дуралюмины, медные сплавы, стали). Горячим прессованием получают изделия из различных металлов и сплавов: алюминиевых, титановых, медных, никелевых, а также тугоплавких металлов. Наиболее высокие температуры нагрева заготовок (до 1600-1800 °С) используют при прессовании вольфрама и молибдена.

П. м. осуществляют на горизонтальных гидравлических Пресс ах; реже, в основном при прессовании труб и гидроэкструзии, используют вертикальные гидравлические прессы. В некоторых случаях для холодного прессования труб из легкодеформируемых металлов используют прессы с механическим приводом. П. м. позволяет получать сплошные профили с площадью сечения 0,3-1500 см 2 и диаметром описанной окружности 1,5-90 см, круглые прутки диаметром 0,6-60 см и трубы диаметром 0,8-120 см с толщиной стенки 0,1-10 см.

Лит.: Перлин И. Л., Теория прессования металлов, М., 1964; Прозоров Л. В., Прессование стали и тугоплавких сплавов, 2 изд., М., 1969: Жолобов В. В., Зверев Г. И., Прессование металлов, 2 изд., М., 1971; Ерманок М. З., Производство полых профилей из алюминиевых сплавов прессованием со сваркой, М., 1972; Колпашников А. И., Вялов В. А., Гидропрессование металлов, М., 1973.

М. З. Ерманок.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Основными способами формования изделий из металлических порошков являются:

• прессование в пресс-формах;
• изостатическое прессование;
• прокатка порошков;
• мундштучное прессование;
• шликерное формование;
• динамическое прессование.

Прессование в пресс-формах

Прессование в пресс-формах наиболее распространено в связи с тем, что оно обеспечивает получение деталей, которые практически не подвергаются механической обработке.

Прессование в пресс-формах может быть односторонним и двухсторонним. Одностороннее прессование применяется при изготовлении изделий простой конфигурации, у которых отношение длины или высоты к диаметру или толщине не превышает 3.

Размеры прессуемого изделия в направлении, перпендикулярном направле6нию прессования, определяются размерами полости пресс-формы и являются для данной пресс-формы стабильными. Размер в направлении прессования (по высоте) может меняться при каждом очередном прессовании.

Получение изделия заданной высоты можно обеспечить либо прессованием с использованием ограничителей высоты (так называемое прессование до упора), когда ход плунжера пресса ограничивается специальными ограничителями, либо путем контроля давления прессования по индикатору или манометру. Прессование до упора обеспечивает высокую производительность и получение изделий с размерами, которые зависят от колебаний характеристик порошка вследствие влияния последних на упругое последействие. Метод прессования по давлению основывается на наличии точного соответствия между приложенным давлением и плотностью спрессованного брикета для каждого сорта порошка.

Операция прессования из-за специфических особенностей накладывает ограничения на форму и размеры прессуемых изделий. Например, невозможно получить изделия с боковыми впадинами, которые приходится изготавливать дополнительной механической обработкой. Отверстия, перпендикулярные направлению прессования, необходимо высверливать после операций прессования и спекания.

Наиболее распространенными видами брака спрессованных брикетов являются расслойные трещины (расслой) и осыпание граней. Причинами расслоя являются неправильный режим прессования (высокое давление прессования при использовании непластичных порошков с большим упругим последействием), неправильная конструкция пресс-формы и плохо обработанные стенки её, неравномерная засыпка шихты в полость матрицы и другие факторы.

При горячем прессовании используются графитовые пресс-формы или пресс-формы из жаропрочных сталей. В этом случае процесс прессования обычно совмещается со спеканием, так как применяемые температуры горячего прессования составляют 0,5 – 0,8 от Т пл. основного компонента смеси.

Изостатическое прессование

Изостатическим называют прессование в эластичной оболочке под действием всестороннего сжатия. Если сжимающее усилие создается жидкостью, прессование называют гидростатическим, а если газом – газостатическим.

При гидростатическом прессовании порошок засыпается в резиновую оболочку, помещают её в рабочую камеру гидростата, в которой создают требуемое давление жидкостью с помощью насоса высокого давления.

В качестве жидкости может использоваться масло, вода, глицерин. При этом виде прессования почти отсутствует трение частиц порошка о стенки оболочки, так как те из них, которые прилегают к оболочке, перемещаются вместе с ней. Равенство и равномерность сжимающих усилий во всех направлениях приводит к тому, что боковое давление равно единице. Плотность различных участков получаемой прессовки практически одинаково.

Порошок, находящийся в оболочке, до приложения к нему давления подвергают вибрации для обеспечения равномерной плотности засыпки и дегазации, так как воздух, имеющийся в порах засыпки, будет препятствовать уплотнению.

Гидростатическим прессованием получают цилиндры, трубы, шары и другие изделия. К недостаткам гидростатического прессования следует отнести трудности получения брикетов размерами близкими к заданным и необходимость применения механической обработки при изготовлении изделий точных форм и размеров, а также низкую производительность процесса.

Газостатическое прессование пока не получило широкого распространения из-за сложности конструкций прессующих устройств. Оно может проводится при комнатной температуре или при повышенных температурах. Прессование при высоких температурах совмещается с процессом спекания и позволяет получать изделия практически любых материалов с относительной плотностью, близкой к теоретической.

Прокатка порошков

Прокатка металлических порошков представляет собой формование в прокатном стане. Сущность метода прокатки заключается в подаче порошка в зазор между двумя вращающимися навстречу один другому валками.

Силами внешнего трения порошок увлекается в зазор и уплотняется в изделие достаточной прочности, обеспечивающей транспортировку его на спекание. Поступление порошка в валки может быть свободным, когда он поступает в очаг деформации под действием собственной массы, и под давлением, когда порошок в валки подаётся принудительно, с помощью специальных устройств. Например, подача порошка в валки с помощью шнекового устройства, когда давление подпора порошка в очаге деформации создается за счет разности производительности шнека и пропускной способности валков.

Толщина и плотность заготовки зависят от химического и гранулометрического состава порошка, формы его частиц, давления порошка на валки, состояния поверхности валков и других факторов. При прокатке каждая частица в зависимости от усилия прессования и формы частиц будет иметь разную степень деформации и различную плотность. Частицы шаровой формы будут меньше деформироваться, чем частицы дендритной или игольчатой формы и заготовка из этих частиц будет иметь меньшую плотность. Кроме того, заготовка из частиц с сильно развитой поверхностью обладает повышенной плотностью.

Процесс прокатки порошка от начала поступления его в валки и до выхода из валков делится на три периода. В первый период, который называется начальным неустановившемся , заготовка имеет переменные толщину и плотность, так как плотность порошка, заполняющего зону деформации, изменяется по высоте. При вращении валков в зазор между ними увлекаются деформируемые частицы порошка, которые вызывают расклинивающее действие, а в очаг деформации поступают новые порции порошка. Когда процесс вовлечения и прессования порошка уравновешивается сопротивлением стана упругим деформациям, наступает второй период, называемый установившимся периодом прокатки, в котором выходящая из валков заготовки имеет постоянную плотность. В третьем периоде, называемым нестационарным , происходят обратные явления в связи с разгрузкой валков стана.

В начальном и конечном периодах параллельно с изменением плотности изменяется давление порошка на валки и в результате упругой деформации стана изменяется толщина заготовки. В связи с этим при прокатке порошков стремятся к максимальному сокращению длительности этих периодов, а концевые участки заготовок подлежат обрезке, так как они обычно неоднородны по плотности.

Порошок можно прокатывать в холодном или горячем состоянии. Прокатка при комнатной температуре наиболее проста, но менее эффективна, чем прокатка подогретого порошка.

Заготовки после прокатки обычно спекают в печах непрерывного действия в защитной атмосфере.
В некоторых случаях после спекания применяют ещё одну или несколько повторных уплотняющих прокаток и спеканий, обеспечивающих получение заготовки с заданными свойствами. При одновременной прокатке нескольких порошков, различающихся по свойствам металлов, или порошка и листового металла получают многослойный прокат.

Прокатка металлических порошков применяется для получения заготовок конструкционных, электротехнических, фрикционных и антифрикционных изделий (лента, листы, проволока и др.), а также в производстве фильтров и других пористых изделий для очистки разных сред.

Мундштучное прессование

Мундштучным прессованием называют формование заготовок путем продавливания смеси порошка с пластификатором через отверстие в матрице.

При мундштучном прессовании можно продавливать через мундштук либо смесь порошка со связкой, либо предварительно спрессованную заготовку, которую перед продавливанием подогревают.

В качестве пластификатора применяют парафин, поливиниловый спирт, крахмал, бакелит. Мундштучное прессование эффективно при производстве прутков, труб, уголков и других больших по длине изделий из плохо прессуемых материалов, в том числе тугоплавких металлов и соединений, твердых сплавов и других.

Шликерное формование

Шликерное формование является способом изготовления изделий путём заливки шликера, представляющего собой однородную концентрированную взвесь порошка в жидкости, в пористую форму с последующей сушкой. При этом процесс формования совершается без приложения внешнего давления. Иногда этот процесс формования называют шликерным литьём.

Для приготовления шликера используют очень мелкие порошки, взвесь которых в жидкости (растворы на основе воды и спирта) однородна и устойчива в течение длительного времени. Шликер содержит некоторое количество добавок (кислоты, щелочи, различные соли), препятствующих скапливанию частиц и улучшающих смачивание частиц порошка и стенок формы жидкостью.

Форму для шликерного формования изготавливают из гипса, пористой керамики, нержавеющей стали и других подобных материалов.

Заготовку получают путем заливки шликера во влагопоглощающую форму, жидкость из которой удаляется через поры. Механизм формования заключается в направленном осаждении твердых частиц на стенках формы под действием направленных потоков жидкости. Потоки возникают в результате впитывания жидкости в поры формы под влиянием разрежения или под воздействием центробежных сил при центробежном шликерном формовании.

Скорость наращивания твердого слоя зависит от скорости удаления жидкости, размера частиц, соотношения между твердой и жидкой фазами в шликере, температуры, количества добавок. Связь между частицами обусловлена в основном механическом зацеплением.

Полученная заготовка извлекается из формы и подвергается сушке и спеканию. Для облегчения удаления заготовки внутреннюю поверхность формы покрывают тонким слоем специального вещества (мыло, графит, бумага, тальк), препятствующего схватыванию с формируемым материалом.

Изделия, полученные шликерным формованием, вследствие большой исходной пористости, которая может достигать 60%, при спекании дают значительную усадку. Однако плотность изделий после спекания получается достаточно большой и равномерной по объёму.

Методом шликерного формования изготавливают изделия сложных форм (трубы, тигли, турбинные лопатки и др.), которые трудно получить традиционными методами прессования, особенно в случае уплотнения хрупких порошкообразных материалов.

Динамическое формование

Динамическое формование представляет собой процесс прессования с использованием импульсных нагрузок или вибрации. Отличительной чертой такого формования является высокая скорость приложения нагрузки к уплотняемому порошку. В связи с этим его часто называют высокоскоростным.

В качестве источника энергии используют энергию взрыва заряда взрывчатого вещества, ударную волну высокой интенсивности, возникающую при разряде аккумулированной электрической энергии и воздействующую на материал через жидкость, энергию сжатого газа, вибрацию.

При взрывном формовании энергия взрыва сообщает определенную скорость устройству, ударяющему по прессующему пуансону, либо передается на прессуемый порошок через жидкость, либо воздействует на прессуемый порошок, заключенный в эластичную оболочку или тонкостенный металлический контейнер. Такой высокоскоростной вид прессования приводит к выделению тепла и нагреву контактных межчастичных участков, что облегчает процесс деформирования. В результате плотность заготовок достигает большего значения, чем при обычных методах прессования низкоскоростными нагрузками.

Разновидностью динамического формования является динамическое горячее прессование (метод ДГП). Метод основан на предварительном холодном формовании пористой заготовки из порошковой шихты заданного состава, её последующем кратковременном нагреве и допрессовки динамическими нагрузками. Этот метод позволяет получать практически беспористые изделия точных размеров и с высокой чистотой поверхности.

При вибрационном формовании используется эффект благоприятного воздействия вибрации на процесс уплотнения, что связано с разрушением межчастичных связей и улучшением взаимоподвижности частиц. В результате достигается плотная укладка частиц при меньших давлениях прессования и обеспечивается высокая равномерность распределения плотности по объёму заготовки.

Энергия вибрирования расходуется на преодоление инерции и упругого сопротивления вибрирующей системы и на преодоление инерции, сил трения и сцепления уплотняемого порошка. В случае уплотнения порошка небольшой массы основную роль играют инерция и упругие свойства системы. Поэтому для обеспечения наиболее выгодного режима уплотнения следует выбирать частоту вибрирования ближе к собственной частоте колебаний системы. При уплотнении больших масс порошка основную роль будут играть собственная частота колебаний слоя частиц и силы связи между ними. Поэтому частоту вибрирования выбирают ближе к резонансной или по отношению к вибрирующей системе, или по отношению к уплотняемой массе порошка. При правильном выборе частоты, ускорения и амплитуды вибрирования плотность и прочность прессовок выше, чем при статическом прессовании.

Во всех случаях, требующих высоких давлений при статическом прессовании применение вибрирования будет выгодным. Наиболее эффективно применение вибрации при прессовании порошков непластичных и хрупких металлов, к которым высокие статические давления не могут быть приложены из-за происходящего при этом разрушения брикетов.

Прессование металлов – это технология, в которой заготовка, обычно круглого сечения, продавливается штоком пресса – пресс-штемпелем – под высоким давлением через специальный инструмент – матрицу – в один или несколько профильных прессованных изделий – прутки, проволоку, трубы или профили. Эту технологию называют также экструзией. Ее применяют главным образом для производства прутков, проволоки, труб и профилей из алюминиевых и медных сплавов. Однако прессование (экструзию) применяют также и для производства в небольших количествах труб из нержавеющей стали, стальных профилей и полуфабрикатов из других металлов .

Прямое и обратное прессование

На рисунке ниже показаны два наиболее важных метода прессования:

• прямое прессование;
• обратное прессование.

Рисунок – Методы прессования:
а) прямое прессование; б) обратное прессование

При прямом прессовании пресс-штемпель, обычно с установленной на его переднем конце пресс-шайбой, выдавливает заготовку из неподвижного контейнера через формообразующий инструмент – матрицу. В этом методе относительное движение происходит между заготовкой и контейнером.

При обратном прессовании, наоборот, матрица располагают спереди полого пресс-штемпеля и ее продавливают через заготовку в ходе поступательного движения заглушенного сзади контейнера. В этом случае, отсутствует относительное движение между заготовкой и контейнером.

Давление и температура

В ходе прессования внутри заготовки создается напряженное состояние всестороннего сжатия, что дает возможность развития больших деформаций при малом риске образования трещин. Отношение между площадями поперечных сечений заготовки и прессуемого профиля называют коэффициентом вытяжки или отношением прессования. Обычно эта величина составляет от 10 до 100. В отдельных случаях, например, при прессовании латунной проволоки, отношение прессования может достигать 1000. Однако это требует низкого предела текучести прессуемого материала и, кроме того, высокого удельного давления прессования – до 1000 Н/мм 2 .

По этим причинам прессование металлов обычно производится при высокой температуре:

• – обычно в интервале от 400 до 500 ºС;
• медных сплавов – в интервале от 600 до 900 ºС;
• нержавеющие стали и специальные сплавы – до 1250 ºС.

Необходимо отметить, что кроме прямого и обратного прессования существуют также другие, специальные, методы прессования, которые применяются в значительно меньших объемах:

• гидростатическое прессование;
• метод «Conform»;
• метод изготовления кабельных оболочек.

Прутково-профильное прессование

Прессование на прутково-профильных прессах применяют при производстве проволоки, полос, прутков, сплошных и полых профилей. Прутково-профильному прессованию соответствует английский термин «rod extrusion» . В этом случае полые профили, в том числе, трубы, прессуют через матрицы с так называемыми сварочными камерами. В этих камерах материал сваривается в процессе деформации внутри матрицы. Это называется «сваркой давлением». Поэтому полые профили, в том числе, трубы, которые производят этим методом прессования, имеют сварные швы.

Трубопрофильное прессование

На трубопрофильных прессах производят трубы и полые профили, которые не имеют сварных швов. Такие трубы так и называются «бесшовные трубы». Для этого применяют специальные оправки (“иглы”), которые проходят заготовку насквозь – “прошивают” ее. При этом оправка формирует внутренний контур трубы, а матрица – наружный. Трубопрофильному прессованию соответствует английский термин «tube extrusion» .

Источники:

1. – ASM International, 2006

2.Прессование цветных металлов и сплавов / Грабарник Л.М., Нагайцев А.А. – М.: Металлургия, 1991