Гидравлические прессы для профилей и труб

Прессы для прессования профилей и труб (пресс-изделий) по технологическому назначению подразделяются на прессы для холодного и горячего прессования из алюминиевых, медных и углеродистых сплавов (стали). По конструктивной компоновке в зависимости от положения оси прессования и соответствующего направления движения прессы подразделяют на горизонтальные и вертикальные. Преимущественное распространение (более 90%) имеют горизонтальные прессы, которые по сравнению с вертикальными не имеют ограничений по длине пресс-изделий. Областью применения вертикальных прессов является прессование полых пресс-изделий небольших размеров с номинальной силой до 10 МН.
В зависимости от числа рабочих цилиндров прессы подразделяют на одно- и многоцилиндровые. Наиболее распространена одноцилиндровая конструкция прессов, которая содействует бесперекосному движению прессующей поперечины. Многоцилиндровую компоновку применяют только в прессах силой свыше 100 МН.
В зависимости от используемого метода истечения металла при прессовании гидравлические прессы подразделяют на прессы для прессования с прямым истечением, с обратным истечением, универсальные (с прямым и обратным истечением), с активным действием сил трения.
Гидравлические прессы для прессования металлов в зависимости от формы поперечного сечения пресс-изделий делятся на прутково-профильные и трубопрофильные.
Основными параметрами гидравлических прессов для прессования профилей и труб, в совокупности определяющими их технологические возможности, производительность и конструктивные особенности, являются номинальная сила, размеры контейнера, ход и скорость движения прессующей поперечины, время технологического цикла и выполнения вспомогательных операций, связанных с подачей заготовки, пресс-шайбы, отделением пресс-остатка, выгрузкой пресс-изделия и др.
В настоящее время в прессовых цехах работают прессы с номинальной силой до 200 МН, а наибольшее распространение имеют прессы номинальной силой 12,5-50 МН. Обычно при горячем прессовании скорость для алюминиевых сплавов составляет 0,2-25 мм/ сек., для медных сплавов - 20-120 мм/сек., для стали - 50-500 мм/сек. С увеличением скорости прессования значительно возрастает влияние времени выполнения вспомогательных операций на общую продолжительность рабочего цикла и соответственно на производительность пресса. В наибольшей степени это относится к прессам для поточного производства труб и профилей из алюминиевых и медных сплавов и стали. На горизонтальных гидравлических прессах для прессования изделий из низколегированных алюминиевых сплавов затраты времени на выполнение не перекрываемых вспомогательных операций составляют 12-18 сек., а темп прессования достигает 60-80 шт./ч. При прессовании стальных труб производительность таких прессов достигает 140 шт./ч.
Прутково-профильные прессы характеризуются наличием встроенного привода пресс-штемпеля и предназначены для получения прутков, профилей сплошного сечения и полых профилей, прессуемых или на подвижной игле, жестко связанной с пресс-штемпелем, или со сваркой металла давлением в очаге деформации (прессование через язычковые или камерные матрицы). Такие прессы имеют наибольшее распространение.
Трубопрофильные прессы в отличие от прутково-профильных имеют два самостоятельных привода инструмента при рабочем ходе: привод пресс-штемпеля и привод иглы (прошивного устройства). Такие прессы предназначены для получения полых пресс-изделий постоянного и периодического сечений с внутренними и внешними утолщениями. При этом внутренняя поверхность изделий формируется иглой, рабочая часть которой профилируется соответственно поперечному сечению и в процессе прессования» может перемещаться независимо от положения пресс-штемпеля.
Прошивное устройство значительно расширяет технологические возможности пресса при получении полых изделий и позволяет осуществлять на нем прессование с прошивкой заготовки, с движением иглы по заданной программе, с фиксацией иглы в любом промежуточном положении по длине рабочего хода и пр.
На прессах с прямым истечением контейнер вместе с заготовкой в период прессования остается неподвижным, а движение получает пресс-штемпель, закрепленный на прессующей поперечине; при этом заготовка перемещается относительно контейнера. Такие прессы получили наиболее широкое распространение вследствие относительной простоты конструкции и возможности изготовления изделий практически любой конфигурации с высоким качеством поверхности. Их недостатки связаны с необходимостью преодоления трения металла о внутреннюю поверхность контейнера, что ограничивает скорость истечения металла при прессовании и увеличивает необходимую деформирующую силу.
Особенность гидравлических прессов для прессования с обратным истечением металла состоит в движении контейнера вместе с заготовкой под действием прессующей поперечины относительно матрицы, закрепленной на удлиненном матрицедержателе, обычно называемом шплинтоном. В связи с этим ход контейнера пресса для обратного прессования должен быть не меньше его длины.
Сила обратного прессования в среднем на 30-40% меньше, чем при прямом, не зависит от длины заготовки и практически постоянна по всей длине рабочего хода. Это снижает неравномерность деформации по длине изделия и позволяет увеличить диаметр и длину заготовки по сравнению с прямым прессованием: отношение длины заготовки к ее диаметру для обратного прессования может достигать 5-6, в то время как для прямого прессования оно не превышает 3-4.
Однако широкому применению гидравлических прессов для обратного прессования препятствуют следующие недостатки. Габаритные размеры сечения изделий ограничены размерами внутренней полости шплинтона. Качество поверхности изделий хуже, чем у отпрессованных с прямым истечением, что обусловливает необходимость механической обработки заготовок перед прессованием.
В связи с этими недостатками прессы для обратного прессования нашли ограниченное применение. Наибольшее распространение имеют универсальные прессы, конструктивно предусматривающие возможность прессования с прямым и обратным истечением. В первую очередь это относится к трубопрофильным прессам с номинальной силой свыше 60-80 МН.
Прессы для прессования с активным действием сил трения. Прессование с активным действием сил трения относится к одному из перспективных процессов изготовления изделий из труднодеформируемых алюминиевых сплавов и металлопорошков. Сущность процесса состоит в том, что во время прессования контейнер пресса движется в ту же сторону, что и пресс-штемпель, но с большей скоростью.
В результате силы контактного трения, оказывающие при прямом прессовании тормозящее действие, становятся активными и способствуют изотермическое режиму течения металла, повышению скорости прессования и равномерности структуры изделий. Вместе с тем прессование с активным действием сил трения имеет те же недостатки, что и обратное прессование.
Для практического применения прессования с активным действием сил трения необходимы специальные конструкции гидравлических прессов с независимым приводом контейнера, создающим силу, сопоставимую с силой привода пресс-штемпеля. В настоящее время разработка таких прессов находится на опытно-промышленной стадии.

Ю.А. Бочаров, д.т.н., профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана
Журнал «РИТМ», февраль 2009 г.