Прессование металлов и сплавов

Обновлено: 04.10.2024

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 [1].

Сопоставление процессов прессования.

Прессованием называют процессы обработки металлов давлением, при которых деформация происходит под действием сжимающих сил. Все процессы прессования можно условно разбить на три группы. К первой группе относятся процессы, при которых весь объем заготовки деформируется одновременно; например штамповка и ковка всего изделия. Ко второй группе относятся процессы, при которых деформации подвергается лишь часть объема заготовки, при этом металл поступает в очаг деформации периодически. К этой группе также относится ковка и штамповка, но с одного конца заготовки. К третьей группе относятся процессы деформации части объема заготовки с непрерывным поступлением металла в очаг деформации — процессы выдавливания металла в щели разного профиля, т. е. прессование и волочение.

Производство прессованием профилей сложной формы и сечений часто оказывается более экономичным процессом, чем штамповка их с последующей механической обработкой. Это объясняется тем, что прессованием можно получить изделия требуемых размеров с малыми допусками и тем самым сократить до минимума последующую холодную обработку заготовки. Кроме этого, высокая пластичность деформируемых металлов при прессовании благодаря всестороннему сжатию позволяет использовать этот процесс как основной способ производства изделий из цветных металлов и сплавов — труб, прутков и профилей, отличающихся очень большим сортаментом и малыми сериями. В последнее время в связи с возникновением потребности в широком сортаменте профилей из малопластичных легированных сталей, а также из титана и его сплавов применение прессования значительно расширилось.

По сравнению с прокаткой труб, прутков и профилей прессование имеет свои преимущества и недостатки. К преимуществам следует отнести: трехосное сжатие, благодаря которому повышается пластичность металла и, следовательно, деформирование можно проводить с большими степенями деформации; быстрый переход с изготовления одного размера изделий и форм на другие; возможность получения сплошных и полых профилей самых сложных очертаний.

К недостаткам прессования относятся: более высокие потери на отходы; большая неравномерность механических свойств по длине и поперечному сечению изделия, сравнительно меньшие скорости истечения, а следовательно, и производительность.

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 [1]

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.

Прессование металла

Главная -> Обработка металла -> Обработка металлов давлением -> Прессование металла

Прессование металла — это определенный вид обработки металлов давлением, а именно процесс, в ходе которого происходит выдавливание металла из замкнутой полости через специальные отверстия в матрице.

Продукция получаемая прессованием.

Таким способом обработки металла давлением изготавливают:

прутки диаметром от 3 до 350 мм;
трубы диаметром от 20 до 400 мм, имеющие толщину стенки от 1,5 до 15 мм;
профили сложного сечения полые и сплошные.

Для прессования могут быть использованы слитки цветных металлов (медь, латунь, бронза), легированной или углеродистой стали.

Что касается «Группы Компаний ЛИГ», то в настоящее время мы реализуем цветной металлопрокат, а также изготавливаем на заказ следующие виды металлопродукции:

Мы сотрудничаем напрямую с заводами по производству металлоизделий поэтому можем предложить выгодные условия для сотрудничества.

По вопросам приобретения данного вида продукции вы можете связаться с нами по телефону, через контактную форму на сайте, по электронной почте.

В свою очередь сам процесс прессования металла можно разделить на отдельные операции. Во-первых, заготовка для прессования должна пройти предварительную подготовку (выбор материала, резка металла, обтачивание на станке). Следует учесть, что на качество и точность профиля напрямую зависит от качества поверхности заготовки. Далее заготовку нагревают до необходимой температуры и очищают её от окалины. После этого заготовка укладывается в специальный контейнер и начинают прессование. На конечном этапе прессования происходит отделка изделия, в ходе которого отделяют пресс-остаток.

Для выполнения прессования металла производство должно быть оснащено мощными (до 10000 т) гидравлическими прессами. В настоящее время используют пресса следующих конструкций:

пресс с вертикальным расположением плунжера;
пресс с горизонтальным расположением плунжера.

Выделяют два метода обработки металла давлением, применяемых при производстве металлоизделий:

Прямое прессование.В ходе данного метода направление истечения металла совпадает с направлением перемещения пресс-штемпеля.
Обратное прессование. Направление истечение металла противоположно перемещению пресс-штемпеля.

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/мм2 [1].

По этим причинам прессование металлов обычно производится при высокой температуре:

алюминиевых сплавов – 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.

2.Основные положения обработки металлов давлением.

В основе обработки металлов давлением лежит процесс пластической деформации, при котором изменяется форма без изменения массы. Все расчеты размеров и формы тела при обработке давлением основаны на законе постоянства объема, суть которого заключается в том, что объем тела до и после пластической деформации принимается неизменным: V1=V2=const (V1 и V2 — объемы тела до и после деформации).

Изменения формы тела может происходить в направлении трех главных осей; при этом каждая точка стремится перемещаться в том направлении, в котором создается наименьшее сопротивление ее перемещению. Это положение в теории обработки металлов давлением носит название закона наименьшего сопротивления.

При свободном формоизменении тела в различных направлениях наибольшая деформация происходит в том направлении, в котором большинство перемещающихся точек встречает наименьшее сопротивление своему перемещению.

Законы постоянства объема и наименьшего сопротивления распространяются на все способы обработки металлов давлением. При этом закон постоянства объема используют для определения размеров заготовок, а закон наименьшего сопротивления позволяет определить, какие размеры и форму поперечного сечения получит заготовка с тем или иным сечением в процессе обработки давлением. Любой процесс обработки металлов давлением характеризуется очагом деформации и коэффициентом деформации.

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» [1, 2]. 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.

Технологический процесс прессования.

В настоящее время применяют различные методы и способы прессования, в том числе прямое прессование труб, прутков и профилей, обратное прессование прутков и профилей, совмещенное прессование труб с прошивкой при закрытом контейнере, прессование профилей переменного сечения, прессование с противодавлением, вакуумное прессование. Процесс прессования характеризуется следующими основными параметрами: коэффициентом вытяжки, степенью деформации и скоростью истечения металла из очка матрицы.

Коэффициент вытяжки λ

определяют как отношение площади сечения контейнера FК к площади сечения всех отверстий матрицы FМ.

Степень деформации

определяется как отношение разности площадей контейнера и всех отверстий матрицы к площади сечения контейнера:

Скорость истечения металла из очка матрицы

пропорциональна коэффициенту вытяжки и может быть определена по формуле:

где VП — скорость прессования, то есть скорость движения поршня и прессшайбы.

При всех процессах прессования вид напряженного состояния в очаге деформации определяется тремя главными нормальными напряжениями сжатия и иногда (в основном, у контактных поверхностей) двумя главными нормальными напряжениями сжатия и одним нормальным напряжением растяжения.

Все процессы прессования протекают при значительной неравномерности деформаций. Прессование через многоканальную матрицу характеризуется большей неравномерностью деформаций по сравнению с прессованием через одноканальную матрицу без принципиальных отличий в прохождении процесса. Основным условием успешного применения прессования является правильный выбор температурно-скоростного режима с учетом свойств прессуемых металлов и сплавов.

В качестве основного инструмента при прессовании применяют матрицы, матрицедержатели, пуансоны, иглы, иглодержатели, прессшайбы, втулки (рубашки-приемники) и другой инструмент, работающий в исключительно тяжелых механических и температурных условиях. Вследствие этого для изготовления рабочего инструмента применяют специальные стали.

Матрицы для прессования прутков имеют одно или несколько отверстий. Последние применяют для прессования изделий небольшого поперечного сечения.

При прессовании труб для прошивки отверстия в заготовке применяют иглы, которые устанавливают в иглодержателе. Внутренний диаметр трубы определяется диаметром иглы. Процесс прессования трубы проходит в следующей последовательности. В начале прессования заготовка распрессовывается так, что заполняет контейнер, затем слиток прошивается иглой, причем выдавленная часть металла в момент распрессовки и прошивки и прошивки выходит из матрицы в виде прутка-пробки. Размер пробки зависит от размеров труб. Так, например, при прессовании труб диаметром более 250 мм масса пробки может достигать 40% массы заготовки. Для уменьшения размеров пробки используют следующий технологический прием. Вместо матрицы устанавливают глухую пробку, с которой прошивается слиток. При этом вытесняемый иглой металл идет на увеличение длины слитка. В конце хода пробку убирают и в матрице осуществляется окончательная допрошивка слитка. В конце операции прессования в контейнере остается часть металла, называемая прессостатком, величина которого определяется размером изделий, свойствами прессуемого металла или сплава, а также конструкцией пресса.

Стальные трубы рекомендуется прессовать при максимально высоких температурах и скоростях, так как в этом случае меньше вероятность образования трещин и расслоений. Поэтому скорости прессования стальных труб достигает 5м/с и более. Стальные трубы прессуют со смазкой, так как при отсутствии смазки горячий металл заготовки налипает на инструмент, а в местах повышенного разогрева даже приваривается к нему. В качестве смазки рекомендуется применять графитовую пасту. При прессовании труб из низкопластичной стали используют металлическую смазку в виде тонкого слоя меди между вытекающим металлом и инструментом.

При прессовании труб из коррозионно-стойкой, жаропрочной, жаростойкой и других высоколегированных сталей и специальных сплавов в качестве смазки применяют стекло. Применение стекла в два-три раза уменьшает коэффициент трения по сравнению с графитовой смазкой. При этом стекло является еще и теплоизолирующим материалом.

Смазку, уменьшающую внешнее трение, следует наносить на инструмент (контейнер, матрицу) равномерным слоем, чтобы предотвратить тесное соприкосновение трущихся поверхностей и сгладить шероховатости на поверхности инструмента. Кроме этого, она должна выдерживать высокие температуру и усилия прессования, чтобы надежно разъединять трущиеся поверхности. Указанным требованиям полностью удовлетворяют лишь твердые смазки. Однако ими трудно покрыть поверхности контейнера и матрицы, поэтому порошкообразную твердую смазку связывают легковоспламеняющимися и быстро сгорающими жидкими веществами.

Сущность процесса прессования заключается в выдавливании металла , заключенного в замкнутую полость, через отверстие меньшего сечения, чем площадь сечения исходного металла. Прессование применяют для изготовления прутков, труб и изделий сложных профилей. Наружные размеры и форма каждого профиля определяются размерами и формой отверстия матрицы ( рис. 127 ), а внутренняя — формой и наружными размерами иглы 4.

Рис. 127. Схема прессования: а — по прямому методу; б — по обратному; в — трубы; г — профиля, полученные прессованием.

При прессовании заготовку помещают в контейнер 2, с одной стороны которого установлена матрица 5, через отверстие матрицы с помощью пуансона 1 выдавливается металл заготовки. Профиль получаемой продукции при работе на данной матрице будет постоянным на всей длине.

При движении пуансона с некоторой скоростью, называемой скоростью прессования, металл из матрицы будет выходить со скоростью истечения во столько раз большей, во сколько площадь поперечного сечения контейнера будет больше площади отверстия в матрице.

Прессованию подвергают алюминий, медь и их сплавы, а также цинк, олово, свинец и др. Для прессования стальных профилей исходным металлом служат специально подготовленные заготовки. Процесс прессования осуществляется при температурах горячей обработки. Прессование осуществляется почти исключительно на гидравлических, горизонтальных прессах. Усилие применяемых для прессования прессов достигает 15 000 Т.

Применяют два метода прессования — прямой ( рис. 127, а ) и обратный ( рис. 127, б ). При прямом методе прессования течение металла совпадает с направлением движения пуансона; при обратном методе прессования металл течет навстречу направлению движения пуансона.При прессовании по прямому методу затрачивается большее усилие, чем при прессовании по обратному методу, так как в этом случае оно расходуется на выдавливание металла и на преодоление трения металла о внутренние стенки контейнера. При обратном методе прессования смещение исходного металла относительно внутренних Стенок контейнера не происходит, а потому усилие расходуется только на выдавливание металла через отверстие матрицы.

При обоих методах прессования имеет место отход металла на прессование: при прямом методе 12 — 15%, при обратном 5 — 6% от веса слитка, получающийся вследствие того, что полностью выдавить из контейнера заложенный в него металл невозможно. Пресс-остаток при обратном методе прессования всегда меньше пресс-остатка, получакщегося при прямом методе. Однако обратный метод получил ограниченное применение из-за сложности конструкции пуансона, который оказывает влияние на конструкцию пресса.

При прессовании труб ( рис. 127, в ) заготовка должна иметь сквозное отверстие. Это отверстие может быть получено на другом прессе, но также может быть прошито и на том же прессе, на котором осуществляется сам процесс прессования.

Особое внимание при прессовании уделяют нагреву металла и очистке его от окалины, так как заготовки с окалиной резко снижают стойкость матриц. Прессованием можно получить трубы, прутки простых профилей, а также разнообразные профили ( рис. 127, г ).

К достоинствам метода прессования можно отнести:

более высокую точность профилей, по сравнению с аналогичными профилями, получаемыми при прокатке;
возможность избежать малопроизводительных отделочных операций;
высокую производительность;
возможность получения сложных профилей.

Наряду с достоинствами у прессования есть и существенные недостатки: значительный износ инструмента, большой отход металла, особенно припрессовании труб большого диаметра.

Прессование металлов

Рисунок – Методы прессования:
а) прямое прессование; б) обратное прессование [1]

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

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» [1, 2].

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

Принципы прессования алюминия

Прессованием металлов, в частности, алюминия и его сплавов, называют процесс пластической деформации, при котором холодная или нагретая заготовка, обычно часть круглого слитка («столба»), продавливается через специальный инструмент с с одним или несколькими отверстиями заданной формы – матрицу (рисунок 1).

Прессование алюминия и алюминиевых сплавов

Для экструзии алюминия применяют специальное оборудование – экструзионные прессы, как правило, гидравлические, которые обеспечивают на штоке (пресс-штемпеле), который непосредственно «давит» заготовку, усилие от 500 до 4000 тонн, а иногда и больше, в зависимости от назначения и производительности пресса.

Прессование = экструзия

Англоязычный термин «extrusion» как раз и обозначает понятие «выталкивание, выдавливание». Прессование может быть холодное или горячее в зависимости от сплава и применяемого метода. При горячем прессовании заготовку предварительно нагревают для облегчения пластической деформации.

Профили, трубы, прутки, полосы

Алюминиевые профили, которые получают прессованием, а не, скажем, прокаткой или гибкой, так и называют – прессованными алюминиевыми профилями. Под профилями часто понимают все виды прессованной продукции, хотя стандарты различают «профили», «трубы», «прутки» и «полосы» и даже прессованные панели, например, для вагоно- и самолетостроения. Профили, в свою очередь, могут быть, сплошные и полые, стандартные и специальные, трубы – общего назначения и бесшовные, а прутки – круглые, квадратные, прямоугольные, шестигранные. А еще бывают прессованная проволока и прессованные полуфабрикаты для дальнейшей обработки: прокатки, волочения, гибки и т.п.

Основными методами прессования алюминия и алюминиевых профилей являются два – прямой и обратный. Большинство промышленных прессов работают прямым методом прессования.

Прямое прессование

Принцип прямого прессования хорошо виден из рисунка 1. Нагретую заготовку помещают в контейнер и с помощью так называемого пресс-штемпеля, «проталкивают» через матрицу. Прямое прессование применяют при производстве сплошных профилей (простых прутков и сложных специальных профилей), труб и полых профилей. При прямом прессовании направление течения металла совпадает с направлением движения пресс-штемпеля. В ходе этого процесса заготовка скользит относительно стенок контейнера. На преодоление возникающей при этом силы трения затрачивается значительная часть усилия пресса. График зависимости нагрузки или давления от перемещения пресс-штемпеля имеет обычно вид, который показан на рисунке 2. Выделяют три стадии процесса: 1 – распрессовка (осадка) заготовки и начало прессования, 2 – снижение давления и то, что называют устойчивым состоянием, 3 – давление достигает своего минимума, за которым следует его резкий подъем при формировании пресс-остатка.

Обратное прессование

При обратном прессовании алюминия матрица располагается на переднем конце полого пресс-штемпеля и перемещается вместе с ним внутрь контейнера (рисунок 3) . В этом случае отсутствует относительное перемещение между заготовкой и контейнером. Поэтому нет сил трения между поверхностью заготовки и контейнером. Отсутствует также перемещение центра заготовки относительно периферийных участков заготовки. Изменение нагрузки и давления с продвижением пресс-штемпеля для обратного прессования показано на рисунке 2. Обратное прессование применяют обычно для прессования трудно прессуемых сплавов и при жестких требованиях по размерам поперечного сечения и однородности свойства по сечению и длине профиля.

Прямое прессование “стык в стык”

Для прессования алюминиевых сплавов, которые легко свариваются при температуре и давлении прессования применяют метод «стык в стык»: каждую последующую заготовку загружают в контейнер в стык предыдущей. Длина прессованного профиля в этом процессе ограничена длиной выходного стола и может достигать 50 и более метров. Окончательная сварка заготовки в контейнере со следующей заготовкой происходит, когда стык проходит через деформационную зону матрицы. Принцип метода прессования «стык в стык» с удалением пресс-остатка показан на рисунке 4: новая заготовка приваривается к оставшемуся в матрице или так называемом питателе металлу, оставшемуся от предыдущей заготовки.

Прямое прессование “стык в стык” без удаления пресс-остатка

Намного реже применяют вариант прессования «стык в стык» без удаления пресс-остатка: торец следующей заготовки придвигается в контейнере вплотную к торцу остатка предыдущей заготовке, еще находящегося в контейнере (рисунок 5). Прессование без удаления пресс-остатка требует дополнительных затрат, в том числе, по обеспечению чистой поверхности заготовки и особенно их торцов. Поэтому такое прессование применяется в основном только в специальных случаях, например, при изготовлении изделий-заготовок (подката, полуфабриката) в бухтах для дальнейшей переработки, например, волочения.

Легкопрессуемые алюминиевые сплавы

Для прессования «стык в стык» требуется способность алюминиевых сплавов свариваться при температуре и давлении прессования. Такими качествами обладают так называемые легко прессуемые («мягкие») сплавы: все марки алюминия, сплавы Аl- Mn (серия 3ххх) и сплавы Al- M g-Si (серия 6ххх), в том числе самый популярный сплав АД31, а также «нормально» прессуемые («среднепрочные») сплавы: Al-Mg (серия 5ххх) при содержании магния до 3 %, а также сплавы Al-Zn-Mg (серия 7ххх) без легирования медью, например, 1915 по ГОСТ 4784 (7005 по международной классификации).

Труднопрессуемые алюминиевые сплавы

Так называемые трудно прессуемые сплавы, к которым относятся все сплавы Al-C ты – Mg (серия 2 ххх ), сплавы Al – Mg (серия 5ххх) при содержании магния более 3 % и сплавы Al – Zn – Mg -Сu (серия 7ххх) обычно не прессуют методом «стык в стык». Для них применяют прессование каждой заготовки отдельно.

Прессование алюминия: немного теории

В производстве алюминиевых профилей важнейшей операцией является прессование. Прессование алюминия и его сплавов представляет собой процесс пластического деформирования, в котором заготовку под воздействием давления заставляют течь через одно или несколько очков матрицы с площадью поперечного сечения намного меньшей, чем у исходной заготовки. Интервал температуры прессования, величина напряжения течения и условия трения металла об инструмент определяют особенности прессования алюминиевых сплавов. Интервал температуры прессования алюминиевых профилей составляет от 350 до 550 °С и зависит от типа сплава, требований к качеству поверхности профиля и его механическим свойствам.

Алюминий и алюминиевые сплавы профили почти всегда прессуют в прямом контакте с контейнером и матрицей, которые изготавливают из жаропрочных сталей. Алюминий отличается значительной химическим сродством и адгезией к железу: даже в твердом состоянии он стремится «прилипнуть» к поверхности стального инструмента. Особенность прессования алюминия заключается в том, что при увеличении давления в контейнере силы трения между стальной стенкой контейнера и алюминием настолько велики, что сдвиговая пластическая деформация алюминия во внутренних слоях заготовки начинается раньше, чем его проскальзывание по стенке контейнера.

Теория пластичности

Для понимания закономерностей прессования металла – его течения – применяют теорию пластичности. При простом одноосном сжатии или растяжении металл начинает течь пластически при превышении напряжения величины предела текучести. Пластическое течение алюминия при прессовании является сложным трехмерным сдвиговым течением. Особенность сдвигового течения алюминия и его сплавов от других металлов заключается в том, что внутренние слои алюминиевой заготовки начинают пластически деформироваться первыми, а ее периферийные слои – позже. Течение металла в ходе прессования зависит от многих факторов, таких как:

свойства материала заготовки;
условий трения между контейнером и заготовкой, металлом и матрицей;
отношение прессования.

Классические типы течения при прессовании гомогенного материала с различными условиями трения в контейнере и матрице представлены на рисунке 1.

Типы течения алюминия

Течение без трения

Тип течения S происходит при отсутствии трения в контейнере и матрице. Такое течение обеспечивало бы однородные свойства алюминиевых профилей. Этот тип течения можно рассматривать как чисто теоретический, поскольку алюминий почти никогда не прессуют со смазкой. В этом случае мертвые зоны течения металла не возникают.

Течение с трением на матрице

Тип течения А возникает при прессовании с трением на зеркале матрицы и при отсутствии трения в контейнере. Это характерно для обратного прессования. В центре заготовки металл движется быстрее, чем на периферии. В углах переднего конца заготовки между зеркалом матрицы и стенкой контейнера формируются мертвые зоны «неподвижного» металла. Эта мертвая зона формируется сразу после распрессовки. Материал заготовки течет вдоль конусообразной границы этой зоны в результате сдвиговой пластической деформации и движется «по диагонали» к отверстию матрицы для формирования наружных слоев алюминиевого профиля.

Течение с “рубашкой”

При течении по типу В трение металла происходит как об контейнер, так и об матрицу. Это происходит при прямом прессовании. Для этого случая характерна более интенсивная сдвиговая деформация, чем при течении по типу А. Поверхность заготовки является неподвижной относительно стенки контейнера, а сдвиговая деформация достигает максимума сразу под поверхностным слоем. Перед зеркалом матрицы формируется мертвая зона. Поверхность алюминиевого профиля формируется не из поверхностного слоя заготовки, а внутренних слоев заготовки, которые сдвиговым течением двигаются вдоль границы мертвой зоны. Конечный профиль имеет значительно более неоднородные свойства по сравнению с профилем, полученным при течении по типу А. Поверхностный слой заготовки, который сначала «прилипает» к стенке контейнера, а затем «сбривается» подошедшей пресс-шайбой. Материал, который собирается и сжимается перед пресс-шайбой, содержит материал из так называемого инверсного слоя слитка с повышенным содержание оксидов, легирующих элементов и примесей. Эту поверхностную оболочку называют иногда “рубашкой”, а сам метод прессования – прессование с рубашкой.

Факторы течения алюминия

Таким образом, свойства прессованных алюминиевых профилей в значительной степени зависят от особенностей течения металла в ходе прессования. На течение металла оказывают влияние многие факторы:

Cпособ прессования, прямой или обратный.
Максимальное усилие пресса, размеры и форма контейнера.
Процессы трения на матрице и контейнере.
Тип, размеры и конструкция матрицы.
Длина заготовки и тип сплава.
Отношение прессования (коэффициент вытяжки).
Температура матрицы и прессового инструмента.
Скорость прессования.

Проработка металла

Степень деформационной проработки металла в значительной степени зависит от типа, размеров и конструкции матрицы. Например, в полых матрицах на деформирование материала затрачивается значительно больше энергии, чем в сплошных. Как уже упоминалось, в углах между контейнером и матрицей образуется конусообразная «мертвая зона». Материал в своем движении по контейнеру к матрице деформируется сдвигом вдоль границы этой зоны. Эта мертвая зона играет роль конической поверхности матрицы. Размеры этой мертвой зоны определяются углом α этой конической поверхности по отношению к оси контейнера (рисунок 2). Этот угол зависит от отношения прессования, напряжения течения материала, коэффициента трения между заготовкой и контейнером, а также между текущим металлом и зеркалом матрицы. При одном и том же коэффициенте трения между контейнером и заготовкой конусный полуугол мертвой зоны зависит от отношения прессования: с увеличением отношения прессования этот угол увеличивается и уменьшается длина линии сдвига.

Пресс-остаток

В конце цикла прессования каждой заготовки оставляют остаток заготовки – пресс-остаток – толщиной больше чем длина мертвой зоны прессования. Это предотвращает образование в алюминиевом профиле поверхностных и подповерхностных дефекты из-за попадания в него материла из поверхностного слоя заготовки. В промышленности обычно «держат» пресс-остаток в пределах от 5 до 15 % от исходной длины заготовки. Поскольку толщина пресс-остатка связана с мертвой зоной прессования, она также зависит от отношения прессования, типа матрицы, температуры заготовки, условий трения между контейнером и заготовкой, а также напряжения течения материала заготовки. На рисунке 2 показана связь толщины пресс-остатка с конической поверхностью мертвой зоны прессования. Остановка прессования на безопасном расстоянии от мертвой зоны предотвращает попадание в прессуемое изделие нежелательных металлических и неметаллических включений, которые скапливаются в ней.

Обычно на каждом прессовом производстве вырабатывается свой опыт по допустимой минимальной толщине пресс-остатка при различных условиях прессования, который подтверждают результатами травления сечений пресс-остатков на макроструктуру. В результате возникает понимание изменения конического угла мертвой зоны (и допустимой толщины пресс-остатка) с изменением параметров прессования, формы и размеров очка матрицы (количества очков) и типа матрицы (сплошная или полая).

Читайте также: