Принципы прессования алюминия

Прессование металлов

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

                              princip-pressovaniya

Рисунок 1

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.

 

izmenenie-nagruzki-pressa

Рисунок 2

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.  

obratnoe-pressovanie Рисунок 3

 

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.

prjamoe-pressovanie

Рисунок 4

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. 

prjamoe-pressovanie-bez-press-ostatka

Рисунок 5

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-Mg-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-CuMg (серия 2xxx),  сплавы AlMg (серия 5ххх) при содержании магния более 3 % и сплавы AlZnMg-Сu (серия 7ххх) обычно не прессуют методом «стык в стык». Для них применяют прессование каждой заготовки отдельно.   

Источник: Saha К. P.

Запись опубликована в рубрике Экструзия алюминия. Добавьте в закладки постоянную ссылку.