Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Колпашников А.И. Гидропрессование металлов

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
19.67 Mб
Скачать

А.И. КОЛПАШНИКОВ

В.А. ВЯЛОВ

ГИДРОПРЕССОВАНИЕ

МЕТАЛЛОВ

МОСКВА «МЕТАЛЛУРГИЯ» 1973

УДК 621.777 : 01

УДК 621.777 : 0І

Гидропрессование металлов. К о л п а ш и и к о в А. И., В я л о в В. А. М., «Металлургия», 1973, 296 с.

В книге приведены сведения о состоянии теории и практики гид­ ропрессования на основе анализа технической литературы и произ­ водственного опыта советских и зарубежных авторов. Дана срав­ нительная характеристика различных способов прессования. Изло­ жены вопросы проектирования и расчета оборудования и инстру­ мента для осуществления процессов гпдропрессования. На основе теоретического и экспериментального анализа процессов гпдропрес­ сования показан инженерный метод расчета основных технологичес­ ких параметров; освещены вопросы технологии гпдропрессования широкой группы цветных металлов и сплавов; дан анализ влияния процесса гпдропрессования на качество прессизделпн; рассмотрены перспективы развития процессов гидропрессования. Книга предназ­ начена для инженерно-технических работников металлургических за­ водов и научно-исследовательских институтов, специализирующихся в области прессования металлов. Ил. 106. Табл. 37. Список лит.:

156назв.

К3103—090 74—73 040(01)—73

© Издательство «Металлургия». 1973.

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стр.

Предисловие

 

 

 

 

 

 

 

5

Введение

 

 

 

 

 

 

 

 

6

Г л а в а

I. АНАЛИЗ

ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ

ПРЕССО­

 

 

ВАНИЯ

 

 

 

 

 

 

9

 

1.

Теоретические

предпосылки

 

9

 

2.

Основные

направления

развития

технологии

 

 

 

прессования

 

 

 

 

15

 

3.

История развития процесса гндропрессовання .

25

 

4.

Основные

схемы и

классификация

процессов

 

 

 

гидропрессоваиия

 

 

 

31

 

5.

Основные

преимущества

процессов

гндропрес­

 

 

 

совання .

 

 

 

 

39

Г л а в а

II. ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ

 

45

 

1. Установки

с вынесенным

источником давления

 

 

 

жидкости

 

 

 

 

 

46

 

2.

Установки

прямого

действия

 

54

 

3.

Способы уплотнения

пуансона и матрицы . .

80

 

4.

Плунжер,

матрица, заготовка

 

90

 

5.

Контейнер

 

 

 

 

 

97

Г л а в а III. ЭЛЕМЕНТЫ

ТЕОРИИ

ГИДРОПРЕССОВАНИЯ

 

 

1.

Основные

свойства

жидкостей

 

108

 

2.

Схема

действующих

сил

 

 

116

 

3.

Давление

выдавливания

 

 

121

 

4.

Угол

конуса

матрицы

 

 

124

 

5.

Характер

трения при гидропрессованпн . . .

126 V

6.Температурно-скоростные условия процесса

гидропрессования

129

7. Влияние противодавления

137

8.Характер течения металла при гпдропрессо-

 

ваипи

 

140

9.

Расчет оптимального количества жидкости для

 

 

осуществления

процессов гидропрессоваиия .

143

10.

Схема расчета

оптимальных технологических

 

параметров

процесса гидропрессоваиия . . .

146

Г л а в а IV. ТЕХНОЛОГИЯ

ГИДРОПРЕССОВАНИЯ . . .

149

1. Выбор рабочей среды и смазки для холодного,

149

теплого и горячего

гидропрессоваиия . . . .

2. Подготовительные

операции

160

I*

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

Стр.

 

3.

Стабилизация

процессов

гпдроирессоваппя . .

168

 

4.

Некоторые

особенности

технологии

гидромеха­

 

 

 

нического прессования н прессования с проти­

 

 

 

водавлением

 

 

 

 

175

 

5.

Технология гидропрессоваипя с нагревом заго­

 

 

 

товки

 

 

 

 

 

183

 

6.

Механизация и автоматизация процессов гид­

 

 

 

ропрессоваипя

 

 

 

 

190

 

7.

Гндропрессоваипе алюминиевых

н

медных

 

 

 

сплавов

 

 

 

 

 

194

 

8.

Гндропрессоваипе сталей п титановых сплавов

206

 

9.

Гндропрессоваипе жаропрочных сплавов на ни­

 

 

 

келевой основе

 

 

 

 

228

Г л а в а

V. КАЧЕСТВО

ГИДРОПРЕССОВАННЫХ

ИЗДЕ­

 

 

ЛИИ

 

 

 

 

 

245

 

1.

Свойства гидронрессоваппых изделий из алю­

 

 

 

миниевых

сплавов

 

 

 

245

 

2.

Сталь

 

 

 

 

 

252

 

3.

Титановые

сплавы

 

 

 

254

 

4. Жаропрочные и тугоплавкие металлы и сплавы

261

Г л а в а VI. ПЕРСПЕКТИВЫ

РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ

 

 

ГИДРОПРЕССОВАИИЯ

 

 

 

276

Список

литературы

 

 

 

 

 

289

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книга посвящена вопросам выдавливания металлов и металлических материалов жидкостью высокого давле­ ния, а также средами, подобными жидкостям. Рассмат­ риваемые процессы имеют ряд названий: гиростатиче- ,ское прессование, гидроэкструзия, гидромеханическое прессование и др. Авторы считают, что наиболее удач­ ным собирательным термином для всех перечисленных процессов является термин «гидропрессование метал­ лов».

Трудно привести какой-нибудь аналогичный пример, когда новая технология таким коренным образом улуч­ шала бы процесс, как это мы наблюдаем при применении гидропрессования.

Основу книги составило описание исследований, про­ веденных авторами на кафедре «Технология обработки металлов давлением» МАТИ при участии А. А. Федоро­ ва, Л. Ы. Сергеевой и др. Исследование и разработку промышленных технологических процессов гидропрессоваиия металлов авторы проводили на металлургиче­ ских и машиностроительных заводах с участием и при большой помощи проф. докт. техн. наук В. А. Ливанова, кандидатов технических наук К. И. Кузнецова, Т. А. Михина, В. А. Цыпера, Р. П. Колесникова, Д. И. Брославского, инженеров С. Ф. Якушина, М. И. Ветшева, С. М. Файнброн, М. Я. Телиса, А. А. Кондратьева и др.

Авторы выражают глубокую благодарность рецензен­ там проф. докт. техн. наук Р. И. Барбаиелю и докт. техн. наук Е. М. Макушку за ценные советы, данные ими при просмотре и редактировании рукописи.

При подготовке рукописи к печати авторам оказали большую помощь инженеры А. П. Петров и В. Н. Безносиков.

о

ВВЕДЕНИЕ

В Директивах XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971 — 1975 гг. предусмотрено всемерное развитие машинострое­ ния, авпа- и судостроения, приборостроения, химической: промышленности, атомной энергетики и других отраслей народного хозяйства — основных потребителей прутков,, профилей и труб из черных и цветных металлов и спла­ вов. Прессование металлов является прогрессивным,, а иногда единственно возможным методом получения; профилей различных форм поперечных сечений и боль­ шой длины.

В настоящее время прессованием получают изделия' почти из всех металлов и сплавов. Развитию процесса прессования способствовали работы советских и зару­ бежных исследователей, направленные на освоение раз­ личных способов прессования, таких как прессование СО' смазкой, холодное прессование, обратное прессование, прессование с противодавлением и др. Однако каждый из указанных методов имеет существенные недостатки. На­ пример, при прессовании титановых сплавов со смазкой матрицы выходят из строя через каждые 10—15 прессо­ вок. При прессовании труднодеформируемых алюминие­ вых сплавов скорости истечения металла приходится ог­ раничивать, так как при превышении определенных (кри­ тических) скоростей, зависящих от свойств сплава, температуры прессования и других факторов, на поверх­ ности лрессизделий появляются трещины, так называе­ мый «ерш». При выдавливании через очко матрицы де­ формации в металле распределяются весьма неравномер­ но, что приводит к анизотропии механических свойств в продольном и поперечном направлениях прессизделий.

Основные недостатки процесса прессования связаны с наличием значительных по величине сил трения между

Деформируемым металлом н прессовым инструментом. Исследования, направленные на создание жидкостных условий трения (прессование с обильной смазкой, при­ нудительная подача смазки в контактную зону очага деформации и др.), привели к разработке гидростатичес­ кого метода прессования (гидроэкструзии), сущность которого заключается в выдавливании металла не жест­ ким пуансоном, а жидкостью высокого давления.

При гидростатическом прессовании создается благо­ приятная схема напряженно-деформированного состоя­ ния металла. Высокий уровень гидростатического давле­ ния приводит к существенному повышению пластичности металлов и дает возможность обрабатывать давлением наиболее трудиодеформируемые металлы. Благодаря от­ сутствию сил трения в контейнере и жидкостным услови­ ям трения в контактной зоне очага деформации обеспе­ чивается наибольшая равномерность распределения де­

формации при истечении металла

через очко матрицы.

«... Высокоэффективный способ

обработки металлов

с помощью жидкости под большим давлением..., — ска­

зал А. Н. Косыгин на сентябрьском Пленуме ЦК

КПСС

в 1965

г., —..

позволяет

обрабатывать металлы,

даже

трудно

деформируемые, с очень большой точностью, улуч­

шать свойства

металлов,

сократить производственные

площади, упростить технологическое оборудование и ве­ сти обработку на высоких скоростях»1 .

Важную роль для развития метода гидростатического прессования сыграли работы ученых в области физики твердого тела при высоких давлениях. Так, опыты Кар­ мана [1] по осаживанию мрамора и песчаника в услови­ ях всестороннего сжатия жидкостью высокого давления позволили сделать вывод, что пластичность мрамора про­ является тем больше, чем резче выражена схема объем­ ного сжатия, т. е. чем больше отношения a2^i и а 3 х (где 0! — максимальное по абсолютной величине главное нап­ ряжение) .

Фундаментальные исследования по физике твердого тела при высоких давлениях провел американский уче­ ный Бриджмен. Опыты Бриджмена показали, что высо­ кое давление, уменьшая расстояние между атомами ве-

1

А. 1-І. К о с ы г и н .

Доклад на Пленуме ЦК КПСС 27 сентября

1965

г. Политиздат, 1965,

с. 14.

іцєства, приводит к существенным изменениям многих

его физических

свойств. [24].

*j

Осуществить

гпдроэкструзшо

металла впервые уда­

лось советским ученым Б. И. Вересневу, Ю. П. Рябинину, Л. Д. Лившицу под руководством Л. Ф. Верещагина в 1956 г. Прутки высокого качества были получены при

гидростатическом прессовании с

противодавлением

[ 5 - 9 ] .

 

В последнее время значительно возрос интерес к ре­ шению проблемы практического использования процес­ сов гидростатического прессования. В Советском Союзе данной проблемой занимаются физические и физико-тех­ нические институты АН СССР, АН БССР и АН УССР, отраслевые ИНСТИТУТЫ ЭНИКОМАШ, ВНИИМЕТМАШ, ЦНИИТМАШ, УралНИИЧМ, ВНИИТС, Ленинградский завод «Красный выборжец», учебные институты МИСиС, МАТИ, а также другие научно-исследовательские орга­ низации и промышленные предприятия.

Наметились основные направления в исследовании процессов гидропрессования:

1.Разработка теории гидропрессования.

2.Разработка оснастки и оборудования для осуще­ ствления процессов гидропрессования.

3.

Совершенствование технологии гидропрессовапия.

4.

Внедрение процессов гидропрессовапия в промыш­

ленность.

По результатам исследований издан ряд статей и не­ сколько монографий. Большинство трудов посвящено теории гидропрессования и физике процесса, очень мало освещены вопросы технологии гидропрессования. Недо­ статочно исследованы процессы гидропрессования с на­ гревом металла заготовки. Нет простой методики инже­ нерного расчета основных технологических параметров процесса гидропрессовапия. Отсутствуют рекомендации по технико-экономическому анализу рентабельности внедрения процессов гидропрессовапия для конкретных групп сплавов и изделий.

Целью издания настоящей монографии и явилось более широкое ознакомление специалистов с особенно­ стями процессов гидропрессования, причем основное внимание уделяется выявлению главных преимуществ процессов гидропрессовапия и способам реализации их в промышленных условиях.

Г л а в а I

АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ ПРЕССОВАНИЯ

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

При прессовании металл заготовки выдавливается из замкнутой полоски контейнера через очко матрицы.

Рассмотрим напряжеш-ю-деформировапное состояние металла при прессовании (рис. 1) [10]. Центральные слои металлической заготовки ориентированы над отвер­

стием

и

имеют меньшее сопро­

 

 

 

 

 

 

тивление

истечению.

Именно

 

 

 

 

 

 

этим

объясняется

неравномер­

 

 

 

 

 

 

ное

распределение

 

напряже­

 

 

 

 

 

 

ний

с минимумом

 

в

центре

 

 

 

 

 

 

прессшайбы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р адп ал ьные

 

напряжения

 

 

 

 

 

 

постепенно

снижаются

при

 

 

 

 

 

 

движении

металла

в контейне­

 

 

 

 

 

 

ре

и

через

очаг

деформации.

 

кр

 

 

 

Это объясняется тем, что при

 

 

 

 

движении

металла

возникают

Рис.

1. Схема сил

н

напряже ­

большие

по величине

силы

нії»,

действующих

на

прессуе­

 

мы»

металл

[!0]:

 

контактного

трения

на поверх­

/ — торцовые

напряжения:

/ / —

ности

контейнера

и

матрицы.

радиальные

напряжения:

/ / / —

главные деформации

удлинения

Из

рассмотрения

схемы

 

 

 

 

 

 

р а сп ределения и апр яжений ясно, что основным видом напряженного состояния прес­

суемого металла является неравномерное всестороннее сжатие, а деформации удлинения в основном пассивные, так как удлинения происходят главным образом за счет превышения поперечных сжимающих сил над продольны­ ми сжимающими без участия растягивающих сил [10]. Благодаря осевой симметрии процесса радиальные и ок­ ружные сжимающие напряжения и деформации укороче­

ния равны

между собой, т. е. справедливы соотношения

Ы

= K I <

K I ;

]

Si +

S2 +

63

= 0;

(1)

=

2

= 2б3 ,

J