Технология производства прессованных изделий

Типичная технологическая схема процесса производства пресс-изделий состоит из следующих операций:

• подготовка слитков к прессованию;
• прессование
• отделка прессованных изделий.

Подготовка слитков к прессованию:

• В литейном цехе производятся заготовки для прессования. Круглые, сплошные и пустотелые слитки получают методом полунепрерывной разливки через кристаллизатор скольжения или электромагнитный кристаллизатор.
• Осуществляют резку литой штанги на заготовке заданной длины при помощи дисковых пил на специальных станках. Здесь же отбирают пробы для металлографического исследования заготовки.
• Непосредственно за пилой, в потоке, установлен бесцентровый токарный станок для обточки слитков. Эта технологическая операция позволяет удалить литую корку на глубину от 5 до 10 мм, загрязненную различными литейными включениями. Обточенные и просто разрезанные заготовки собирают в кассеты и отправляют на участок термической обработки.

Процесс обточки слитка токарным станком

Для уменьшения ликвации и неравномерности литой структуры слитки подвергают гомогенизационному отжигу в колодцевых печах при температурах от 460 до 500 °С в течение 6-14 часов, в зависимости от марки сплавов. Это способствует улучшению деформируемости металла, а значит и качеству прессуемых изделий.

Прессование

Для уменьшения сопротивления деформации и увеличения пластичности прессуемого металла заготовки подвергаются нагреву. Для этого существует два типа нагревательных устройств: печи сопротивления с воздушной циркуляцией и индукционные нагреватели. Более распространенными являются индукторы, так как при их использовании время нагрева слитков сокращается в десятки раз, сохраняется частота нагретого металла и снижается потерянный угар. Кроме того, площадь занимаемая индуктором значительно меньше, чем у печей сопротивления, более успешно решаются вопросы автоматизации процесса нагрева и комплексной механизации подачи нагретого слитка.

Заготовка с наклонного стеллажа, при помощи подъёмника, попадает на желоб индукционного нагревателя, а затем толкателем перемещается в индуктор. Проходя индуктор по всей длине, заготовка нагревается до заданной температуры. Контроль нагрева осуществляет торцевая термопара, встроенная в щуп таскателя слитков с выходной стороны нагревателя. Поэтому сигнал на выдачу слитка из индуктора и подъем нового слитка появляется только после того, как щуп зафиксирует заданную температуру, и далее цикл повторяется.

Процесс нагрева слитка торцевой термопарой

Нагретая заготовка при помощи рольганга и толкателя перемещается на ложемент подъемника. Сюда же попадает пресс-шайба. Подъёмник выдвигается в рабочую зону так, что заготовка попадает на ось прессования. Пресс-штемпель заталкивает слиток с шайбой в контейнер, подъёмник опускается в исходное положение, и после распрессовки начинается деформация.

На выходной стороне пресса видим отпрессованной пруток. Резка на мерные длины осуществляется при помощи дисковой пилы или пресс-ножниц. После окончания деформации, пресс-остаток вместе с пресс-шайбой отделяют от матрицы при помощи ножниц, затем специальным устройством разделяют остаток и приварившуюся шайбу. Охлаждённая шайба вновь используется для прессования.

Можно сравнить, как осуществляют прессование прутка диаметром 250 мм на прессе усилием 125 МН. В сортаменте изделий из алюминиевых сплавов значительную долю составляют трубы и пустотелые профили. Схема процесса прессования с прошивкой была рассмотрена ранее.

Ознакомимся с процессом прессования из пустотелых заготовок на трубопрофильном прессе усилием 60 МН:

• Нагретую в индукторе заготовку, рольгангом или, в данном случае, при помощи крана подают для загрузки в контейнер, центрируют при помощи иглы и производят подпрессовку. Пресс-шайба, в данном случае, крепится пуансоном.
• Для уменьшения усилия деформации, повышению стойкости иглы или, в данном случае, оправки, её смазывают и начинают прессование.
• Выходной стороной пресса является отпрессованная труба. Отпрессованные изделия удаляют с приёмного стола для дальнейшей обработки.

Точно также осуществляется прессование профильной трубы с оребрением, матрицу которой мы можем увидеть ниже. Это матрица для заготовки корпуса электродвигателя.

Как было сказано ранее, обратная схема прессования имеет определенные преимущества. Но для того, чтобы эти преимущества осуществить, необходим пресс специальной конструкции. Его особенность в том, что матрица монтируется на удлиненном пустотелом матрицедержателе равном длине контейнера, а от главного цилиндра приложено полное усилие к контейнеру с заготовкой.

Таким образом, реализуется обратное прессование при соблюдении привычной схемы и сечения профиля в направлении приложенного давления. Рассмотрим подробнее:

• После загрузки слитка и установки матрицы, полное усилие пресса приложено к контейнеру.
• Отверстие со стороны присущей траверсы закрывается заглушкой, если это пруток, или заглушкой с отверстием для перемещения иглы, если это труба.
• Контейнер двигается в направлении матрицы, через которую выдавливается металл. Скольжение на стенках контейнера отсутствует, отрицательная роль трения сведена к минимуму.

Движение контейнера в направлении матрицы

Теперь рассмотрим цикл прессования трубы и последовательность технологических операций:

• После нагрева, пустотелые заготовки в индукторе с контролем температуры, контактной термопарой в кадре слева, труба по наклонному рольгангу попадает в захват подъемника.
• Подъёмник перемещает заготовку на ось прессования.
• Контейнер справа надвигается на слиток, который входит в отверстие рабочей втулки.
• Контейнер, двигаясь влево, полностью перемещает слиток во втулку.
• При этом с передней стороны между контейнером и матрицедержателем образуется свободное пространство. В этот промежуток на ось прессования манипулятор поднимает матрицу.
• При передвижении контейнера вправо, матрица, прижатая матрицедержателем, оказывается во втулке.

Процесс перемещения слитка во втулку

Так как сборка инструмента закончена, манипулятор уходит из рабочей зоны, а контейнер перемещается вправо, освобождая пространство для оправки, которое необходимо смазать. После нанесения смазки, присущая траверса вместе с иглой перемещается вправо до ликвидации горизонтального зазора между заготовкой и инструментом. Оправка фиксируется в отверстии матрицы, создавая кольцевой зазор, соответствующий размерам внутреннего диаметра и толщине стенки трубы.

После распрессовки начинается прессование:

• На прием рольганг-пресса выходит труба.
• Процесс деформации контролируется по перемещению прессующей траверсы и на пульте управления - по скорости прессования, давлению в главном цилиндре и по длине прессуемого изделия.

После завершения прессования, подвижная траверса уходит влево в исходное положение. Манипулятор, выполняя роль пресс-ножниц, удаляет пресс-остаток вместе с приварившейся матрицей. Затем происходит отделение пресс-остатка, а матрица, находящаяся в захвате манипулятора, снова готова к установке в следующем цикле прессования. Отпрессованные трубы при помощи дисковой пилы разрезают на длины, соответствующие протяжённости охладительных столов, а после охлаждения комплектуются для выполнения отделочных операций.

Резка отпрессованной трубы дисковой пилой

Для получения тонкостенных труб и полых профилей из мягких алюминиевых сплавов, широко применяют прессование из сплошных слитков через комбинированные матрицы со сваркой. Этим способом получают одно- и многоканальные изделия с наружным и внутренним профилем любой конфигурации.

Основной особенностью процесса является разделение в матрице сплошной заготовки на отдельные потоки, с последующей их сваркой. Конструктивно такой инструмент состоит из корпуса матрицы и рассекателя с иглой. Отверстия матрицы и игла формируют изделия из потоков металла, обтекающих рассекатель. Сварка происходит перед калибрующим пояском матрицы в сварочной зоне. Рассмотренная матрица называется матрицей с выступающим рассекателем. Ниже двухканальная матрица подобного типа.

Более простыми в изготовлении являются матрицы с плоским рассекателем. В этом случае разделение потоков металла происходит через отверстия, называемые питателями. Их форма, размеры и количество определяется сложностью прессуемых изделий. Под действием высокой температуры и больших удельных давлений соединение потоков происходит в сварочной зоне перед игрой или иглами, если это многоканальный профиль. Полученное изделие имеет сварные швы по всей длине, в количестве равном числу питателей.

Ниже реальная матрица для прессования трубы, которая была приведена на схеме. Сначала вид со стороны рассекателя, а потом вид с выходной стороны.

А это матрица для более сложного профиля. Слева рассекатель с иглой, справа – сама матрица.

Ниже представлена матрица с отверстием под иглу и выемками для сварочной зоны:

Собранная матрица со стороны выхода. Видны контуры отверстия. Для лучшего рассмотрения профиля, для сравнения, под отверстием в прямоугольнике контур поперечного сечения профиля:

А теперь рассмотрим технологический процесс прессования близкого по форме пустотелого профиля через комбинированную матрицу.

Рассекатель с четырьмя питателями

Принципиально эта технология не отличается от ранее рассмотренного прессования сплошного прутка: задача слитка с пресс-шайбой, прессование, удаление пресс-остатка. Разница в том, что матрица комбинированная. Используется рассекатель с четырьмя питателями. И так как тонкостенный строительный профиль может быть изогнут или скручен на выходе из матрицы, он подвергается контролируемо растяжению при помощи специального тянущего устройства. В результате, пресс-изделие имеет хорошую геометрию и в дальнейшем не нуждается в дополнительной правке.