Отделочные операции после горячей объемной штамповки
Список литературы
Введение
Технология конструкционных материалов - дисциплина о способах обработки конструкционных материалов, применяемых во всех хозяйственных отраслях.
Предмет включает в себя совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, форм, сырья, материала осуществляемых в процессе производства.
Обработка давлением, основана на способности металлов, необратимо изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Она обеспечивает получение заготовок для производства деталей, а в некоторых случаях и самих деталей требуемых форм и размеров с необходимыми механическими и физическими свойствами.
Обработка давлением - прогрессивный экономичный и высокопроизводительный способ металлообработки, развивающийся в направлении максимального приближения форм и размеров заготовки к форме и размерам детали, что обеспечивает лучшее использование металла, сокращения трудоемкости последующей обработки резанием и уменьшение себестоимости продукции.
Штамповка - способ обработки давлением металлов, при котором форма и размеры изделия определяются конфигурацией инструмента штампа. Различают штамповку объемную и листовую; Объемная штамповка - один из основных видов обработки металлов давлением горячую и холодную; прессовую и молотовую.
Объемная штамповка является прогрессивным видом металлообрабатывающей промышленности, позволяющей значительно сократить расход металла при производстве деталей машин, устройств и приборов, а также повысить их качество. Поэтому штамповочное производства - одно из основных производств, обеспечивающих изготовление заготовок и деталей. Объемной штамповкой получают заготовки и детали массой от десятков граммов до сотен тон самых различных, габаритных размеров. Детали, полученные штамповкой, отличаются высокой прочностью и ударной вязкостью. Поэтому ответственные детали машин изготовляют с применением этого вида обработки давлением.
Объемная горячая штамповка характеризуется высокой производительностью.
Основная задача горячей штамповки, как и других видов обработки,- формоизменение заготовки с максимальным приближением ее формы к форме готовой детали. Это формоизменение обусловлено пластичностью металлов, то есть их способностью формоизменяться без разрушения.
Объемная горячая штамповка на прессах, молотах и других машинах, устанавливаемых в отдельных зданиях или помещениях, которые называют кузнечно-штамповочными цехами. Также есть заводы, которые в основном состоят из кузнечно-штамповочных цехов. Это кузнечно-штамповочные заводы, выпускающие заготовки, и из которых затем на станках получают детали машин.
1. Сущность процесса и способы объемной штамповки
Объемная штамповка - придание заготовке заданной формы и размеров путем заполнения материалом рабочей полости штампа. Полость штампа, которую заполняет металл при штамповке, называют ручьем.
Объемная штамповка наиболее эффективна при крупно серийном и массовом изготовлении поковок. По сравнению с ковкой штамповка позволяет получать с большей производительностью и меньшим расходом металла поковки более сложной формы с лучшим качеством поверхности. Припуски и допуски на штамповочные поковки в 2 - 4раза меньше, чем на кованные. Обычно масса штампованных поковок не превышает 300кг, в отдельных случаях штампуют поковки массой до 5тонн.
По способу изготовления поковок горячую объемную штамповку разделяют на штамповку в открытых штампах и закрытых штампах.
Открытыми называют штампы, в которых вдоль всего внешнего контура штамповочного ручья в плоскости разъема сделана заусенечная канавка. Она имеет при штамповке следующее назначение во первых, в нее вытекает избыточный объем металла заготовки; во вторых, при соударении верхней и нижней половин штампа заусенец, находящийся в канавке, предохраняет их от жесткого удара, что способствует продлению срока службы штампа; в третьих, мостик заусенечной канавки в виде узкой щели создает в конце штамповки большое сопротивление течению металла, чем способствует лучшему заполнению ручья штампа. Этому же способствует и быстрое остывание заусенца.
Для штамповки в открытых штампах характерны следующие особенности: объем металла заготовки, находящегося в ручье, непостоянен, при штамповке часть металла вытесняется в заусенец; по месту обрезки заусенца у поковки волокна металла оказываются перерезанными; объем заготовки на поковку всегда больше на величину объема заусенца; особых требований к точности заготовки по объему не предъявляется.
Закрытыми называются штампы, в которых металл заготовки деформируется в замкнутой полости. Штамповку в них выполняют бес заусенец. Для штамповки в таких штампах характерны следующие особенности: заготовка должна быть достаточно точной по объему, поскольку заусенец не предусматривается; макро структура поковок весьма благоприятна, так как процесс формирования поковки в полости штампа протекает так, что волокна обтекают ее контур и после нигде не перерезаются. Расход металла при штамповки в закрытых штампах меньше, чем в открытых.
В зависимости от сложности формы поковки для ее изготовления применяют либо одноручьевую штамповку, выполняемую в штампе с одним ручьем, либо многоручьевую штамповку, выполняемую последовательно в штампе, имеющем несколько ручьев. Обработку заготовки в одном ручье штампа называют переходом. Чем сложнее поковка по форме и чем больше она отличается от формы заготовки, тем большее число ручьев в штампах и переходов штамповки требуется для ее изготовления.
Заготовительные ручьи предназначены для перераспределения металла заготовки с целью приближения ее формы к форме штамповочной поковки.
Ручьи для получения окончательно оформленной поковки называют штамповочными. Их делят на ручьи предварительной и окончательной штамповки. Предварительный или черновой ручей служит главным образом для повышения стойкости окончательного ручья. Ручей окончательной штамповки, или чистовой ручей соответствует размерам горячей поковки. Поскольку штамповка в окончательном ручье требует наибольшего усилия, чем в остальных ручьях, его располагают обычно в плоскости штампа, с целью предохранения от поломки самого штампа и оборудования на котором он установлен. Для штамповки используют сортовой и периодический прокат, заготовки, подготовленные вальцовкой или ковкой.
Технологический процесс изготовления штампованной поковки состоит в общем случае из следующих основных операций: разделки проката на мерные заготовки, нагрева, штамповки, обрезки заусенца, термической обработки, чистки от окалины, правки, калибровки. Проектирование технологического процесса штамповки включает выбор способа штамповки, составление чертежа поковки, выбор перехода штамповки, определение мощности штамповочного оборудования (массу подающих частей молота или усилий пресса), конструирование штампов, выбор способа и разработку режимов нагрева, определение видов отделочных операций и техника - экономического процесса.
Чертеж поковки составляют по чертежу детали в последовательности: выбирают поверхность разъема штампов, то есть решают вопрос о том, какая часть поковки будет находиться в верхней или нижней части штампа по ГОСТ 7505 - 74 - Назначают припуски, штамповочные уклоны, допуски, напуски, радиусы закруглений; указывают основные технические условия на поковку.
. Исходные материалы для горячей штамповки и разделка заготовок
Для горячей штамповки применяют различные деформируемые материалы и сплавы, к числу которых относят углистые легированные и высоколегированные стали, жаропрочные сплавы, алюминий и его сплавы, магний и его сплавы, медь и его сплавы, титан и его сплавы, а также молибден, вольфрам, ниобий.
Деформируемые металлы и сплавы характеризуются относительно высокими пластическими свойствами, которые в основном определяются относительно поперечным сужением и остаточным удлинением при разрыве и ударной вязкостью в интервале ковочных температур.
Для горячей штамповки применяют в основном сталь.
В зависимости от химического состава сталь бывает углеродистая и легированная; от назначения конструкционная и инструментальная; от способа получения мартеновская, бессемеровская, томасовская; от способа раскисления спокойная, полуспокойная, кипящая.
Низко - и среднеуглеродистые, низко - и среднелегированные стали, имеют большой запас пластичности и относят к высокопластичным металлическим материалам.
Стали высокоуглеродистые и высоколегированные допускают деформацию за один ход при осадке приблизительно до 60%, их относят к материалам средней пластичности.
Цветные металлы и сплавы поставляют для горячей штамповки в виде прессованных или катанных прутков и слитков.
Исходными, стальными заготовками для горячей штамповки являются, обжатые болванки (блюмсы) и сортовой прокат.
Слитки редко применяются для горячей штамповки.
Форма слитков обычно усеченная пирамида. Механические характеристики слитков по сечению и длине различны, вследствие неоднократности их микро строения, химической неоднородности, в частности неравномерности углерода.
Блюмсы применяются для крупных штампованных поковок. Сечение блюмса - квадратное с вогнутыми сторонами и закругленными углами.
Сортовой прокат является заготовкой для подавляющего большинства штамповочных поковок.
Поперечное сечение проката - круглое или квадратное. Диаметр проката круглого сечения 5-250мм, а сторона квадрата квадратного сечения 5-250мм. Квадратное сечение со стороной квадрата до 100мм выполняют без закруглений на углах, а свыше 100мм с закругленными, равными 0,15мм от стороны квадрата.
Длина сортового проката 2-6м.
Кроме обжатой болванки и сортового проката для горячей штамповки используют профильный прокат и прокат периодического профиля, и полосовую заготовку.
Перед разделкой металлов на заготовки удаляют местные дефекты металла, а изогнутый прокат правят. При большом числе дефектов зачищают всю поверхность.
Катаный металл разделывают на заготовки следующими основными способами: резкой на пресс - ножницах, кривошипных прессах, резкой пилами, ломкой в хладноломах, газовой резкой.
На пресс - ножницах режут прутки диаметром15-200мм, а на кривошипных прессах режут прокат диаметром меньше 20мм.
Большое значение имеет при резке правильная конструкция ножей. Габаритные размеры ножей устанавливают с соответствием размеров ножевого пространства пресс - ножниц и штампа.
Стальные прутки из низкоуглеродистой и низколегированной стали при диаметре меньше 150мм режут в холодном состоянии. Прутки из среднеуглеродистых и легированных сталей перед резкой предварительно подогревают до 450-550 С, так как в противном случае, из-за пониженной пластичности этих сталей появляются торцовые трещины.
На плитах в основном разделяют прутки из цветных металлов и сплавов. Пилы бывают дисковые и ленточные. Диаметр дисков дисковых пил 200-800мм, при максимальном диаметре диска можно резать прутки диаметром до 300-350мм. На ленточных пилах можно резать несколько прутков. На пилах прутки режут в холодном состоянии. Место разреза охлаждают эмульсией. Качество резки на пилах выше по сравнению с другими видами резки, а производительность ниже, чем на пресс - ножницах
. Нагрев при штамповке. Температурный интервал и типы нагревательных устройств
Способность металлов и сплавов подвергаться различным видам обработки давлением характеризуется пластичностью и сопротивлением деформации. Для увеличения ковкости, то есть повышения пластичности и снижения сопротивления деформирования, обычно повышают температуру металла.
Температура нагрева для разных металлов различна. Эта температура имеет нижний и верхний пределы, между которыми находится температурный интервал штамповки, то есть область температур, при которых целесообразно проводить горячую штамповку.
Металл поковок хорошего качества получают при определенных температурах. При этом нижний предел определяется температурой фазовых превращений.
Температурный интервал объемной горячей штамповки зависит в основном от химического состава металла и от других свойств, определяемых этим составом. Температурный интервал обусловливается комплексом испытаний.
Для определения оптимального температурного интервала рассматривают изменение механических характеристик в зависимости от температуры.
Реальный металл представляет собой скопление зерен - кристаллов разнообразных размеров, форм и направлений кристаллографических осей. Подобное строение называется поликристаллическим.
Металлы и сплавы в нормальных условиях имеют кристаллическое строение. Горячая деформация поликристалла происходит в том случае, когда металл получает полностью или частично рекристаллизованную структуру. Рекристаллизация снимает упрочнение и исключает искажение форм зерен
Однако при температурах, близких к пережогу, наблюдается большой рост зерна и образование крупнозернистого строения металла - перегрев металла. Из крупнозернистого строения всегда можно получить мелкозернистое. Это приводит к крупнозернистому менее качественному строению металла поковки. Поэтому необходимо устанавливать верхнюю границу температурного интервала штамповки ниже температуры, при которой интенсивно растет зерно.
При температурах выше 1470 градусов и вблизи температуры плавления находится зона хрупкости металла - зона пережога. При пережоге кислород диффундирует внутрь металла, и окисляет границы зерен, которые при этом оплавляются, так как окислы железа имеют меньшую температуру плавления, чем сам металл. Штамповка при пережоге не возможна. Таким образом, верхняя граница температурного интервала не должна находиться ниже зоны пережога.
При температурах 750 - 800 градусов сопротивление деформированию остаётся относительно постоянным, а пластичность уменьшается. Это объясняется фазовыми превращениями, происходящими в металле. Наиболее пластичной структурой является структура аустенита. При наличии двухфазной структуры пластичность снижается. Низкоуглеродистые и углеродистые стали при температурах 1100 - 1200 С имеют чисто аустенитную структуру. Исходя из однофазности структуры и повышенной пластичности, температуру 1200 С можно принять за верхний предел температурного интервала деформации для углеродистых сталей. У высокоуглеродистой стали при 1100 С структура двухфазная: аустенит и цементит, последний образует хрупкую сетку по границам зёрен. Для пластичности стали цементитную сетку надо раздробить с тем, чтобы цементит образовал отдельные зёрна в металле поковки. При этом твёрдость и прочность металлов останутся высокими.
Верхний предел температур деформации, для высокоуглеродистой стали, целесообразно принять за 1100 С, а давление должно производится осторожно с учетом того, что пластичность снижена из - за наличия двухфазной структуры.
Нижний предел температур деформации должен находиться выше температур фазовых превращений. При установлении нижнего предела температур штамповки необходимо учитывать массу поковки, наличие или отсутствие последующей термообработки, способ охлаждения и т. д. Так при большой массе поковки и высокой температуре окончания процесса штамповки, поковка остывает медленно, и размельченное деформацией может вновь, вырасти. При малой массе поковки, до 100 кг, температура конца штамповки может быть более высокой, но из - за быстрого охлаждения, зерно не успевает вырасти и остается измельченным.
Данные о температурном интервале штамповки можно найти в соответствующих справочниках.
В цехах горячей объёмной штамповки применяют полуметодические печи и печи с вращающимся подом, представляющие собой разновидность полуметодических печей.
Кроме пламенных печей, для нагрева небольших заготовок из черных и цветных металлов и сплавов применяют электропечи сопротивления. При нагреве в этих печах угар значительно меньше, чем в пламенных. Температура в электропечах поддерживается автоматически в соответствии с заданным режимом.
В электронагревательных устройствах теплота выделяется непосредственно в заготовке. Широкое распространение в промышленности нашли установки для индукционного нагрева и контактного нагрева сопротивлением. В электронагревательных устройствах скорость нагрева заготовок в 8 - 10раз больше, а угар металла в 4 - 5раз меньше, чем при печном нагреве. Практическое отсутствие окалины на заготовке уменьшает износ штампов и позволяет штамповать точные поковки. Эти установки в ряде случаев наиболее выгодно применять для нагрева заготовок под горячую объемную штамповку. Электронагрев улучшает санитарно - гигиенические условия труда благодаря отсутствию излучения и газообразования.
Установка для индукционного нагрева имеет индуктор в виде витков медной трубки, по которой циркулирует вода для охлаждения и генератор для получения токов высокой или промышленной частоты. При пропускании переменного тока через индуктор вокруг его витков возникает переменное поле индукции. При установке в индуктор заготовки, в последней, возбуждаются вихревые токи разогревающие ее.
Форма и размеры заготовок влияют на нагрев: чем меньше длина, тем быстрее нагрев. При длине заготовки большей трем диаметрам заготовки на скорость нагрева дальнейшее изменение длины не влияет.
Чем больше нагреваемая поверхность заготовки, тем больше теплоты перейдет в заготовку и тем быстрее протекает нагрев. Чем больше размеры заготовки, тем больше время нагрева вследствие того, что площадь поверхности, приходящаяся на единицу объёма нагреваемой заготовки, будет меньше.
Теплопроводность, теплоемкость и плотность заготовки влияют на нагрев.
Чем больше теплопроводность, тем быстрее отводится теплота с поверхности и передается внутрь заготовки. Чем меньше теплопроводность, тем больше температурный градиент в различных сечениях заготовки.
Чем больше теплоемкость, тем больше времени нагрева. Теплоемкость в зависимости от температуры изменяется незначительно.
Чем больше плотность заготовки, тем больше требуется теплоты для нагрева единицы объема. При нагреве возникают термические структуры напряжения, которые могут разрушить металл. Если металл достаточно пластичен, то в местах наибольших термических напряжений происходит пластическая деформация без его разрушения.
Чем выше пластичность металла, тем больше скорость нагрева. Пластичные металлы и сплавы можно нагревать быстро даже при низкой теплопроводности и большого температурного градиента. Пластичность стали увеличивается по мере нагрева при температурах свыше 600 - 700 С ее можно нагревать с большой скоростью.
горячая объемная штамповка
4. Штамповка на молотах
Наиболее распространена штамповка на паровоздушном штамповочном молоте двойного действия. Основной характеристикой молота является масса падающих частей. При штамповке на молоте металл деформируется за счет кинетической энергии падающих частей, накопленной к моменту соударения. Жесткая конструкция молота обеспечивает большее, полное использование энергии удара и большую точность штамповки.
На штамповочных молотах штамповка производится в открытых и закрытых штампах.
Существует два метода штамповки на молотах: из катаной заготовки и из кованой заготовки. Кроме того, существует расчлененная штамповка.
Катаную заготовку штампуют в многоручьевом штампе, в нем выполняют заготовительные ручьи для предания заготовке переходных форм перед штамповкой в окончательном ручье. Штампуют быстро с одного нагрева. Заготовка последовательно деформируется в ручьях штампа. Характеризуется высокой производительностью.
Кованую заготовку штампуют в штампе с одним окончательным ручьем, заготовку предварительно куют на другом оборудовании, чаще на одном или двух ковочных пневматических молотах, устанавливаемых рядом со штамповочным молотом. На ковочном молоте устанавливают специальные бойки, типа вырезных, в которых в начале куют заготовку, а затем с того же нагрева передают на штамповку, характеризуется низкой производительностью.
При расчлененной штамповки применяют штампы, устанавливаемые на рядом стоящих молотах. Штампуют с одного нагрева с передачей заготовки последовательно со штампа на штамп. Применяется только в массовом производстве.
Горячую штамповку на молотах подразделяют в зависимости от способа расположения заготовки в окончательном ручье, на штамповку осадкой в торец и плашмя. Выбор метода обуславливается формой поковки. В свою очередь метод штамповки определяет направление течения металла.
Металл заготовки должен заполнять углубление в ручье штампа истечением в них. Для разработки технологии штамповки надо знать, как заполняет металл углубления в ручье штампа и каковы особенности течения металла при штамповке на молотах.
При штамповке на молоте деформирование происходит за несколько ударов с большой скоростью.
При штамповке на молоте металл лучше заполняет полости верхнего штампа, чем нижнего. Это объясняется разными условиями охлаждения участков заготовки, контактирующих с нижним и верхним штампами.
При разработке технологического процесса горячей штамповки главной целью является получение заданной детали, конфигурация и размеры детали в основном определяют схему технического процесса штамповки. По чертежу детали составляют чертеж поковки. От правильной разработки чертежа поковки зависит возможность его рационального изготовления.
Чертеж поковки разрабатывают по следующей последовательности:
. выбирают поверхность разъема;
. назначают припуски, допуски, и напуски;
.определяют штамповочные уклоны и строят линию разъема;
. определяют радиусы закруглений;
. в поковках с отверстиями конструируют наметки под прошивку и определяют размеры пленки под прошивку;
. решают вопросы конструирования, связанные с расположением для последующей обработки резанием, мест клеймения и так далее.
В большинстве случаев при штамповке на молотах применяют катаную заготовку. Для этого способа штамп выполняют многоручьевым. Применяемые ручьи имеют различное назначение и форму.
Штамповочные ручьи: окончательный и предварительный. Полость окончательного ручья в точности соответствует форме поковки. Для заусенца предусматривают заусенечную канавку. Заусенец имеет техническое назначение. Он создает сопротивление истечению металла из полости штампа, закрывает выход металла из полости по всему периметру поковки, вследствие чего заполняется полость штампа.
При штамповке заготовку вначале осаживают, при этом часть металла вытекает в заусенечную канавку. По мере обжатия заусенец задерживает остальной металл и полость заполняется. Затем лишний металл вытекает из полости и поковки доштамповывают.
Предварительный ручей также в основном повторяет форму поковки, но в ней нет заусенечной канавки, и заусенец вытекает на плоскость разъема штампов.
Предварительный ручей применяют при штамповке поковок сложных форм в штампах с глубокими полостями, когда стойкость одного окончательного ручья низкая и полости могут не заполниться, поковки залипнуть и поэтому с трудом могут выниматься из полости, что приводит к быстрому перегреву штампов и снижению их твердости. У предварительного ручья форма и размеры полости почти аналогичны окончательному ручью. Так как у предварительного ручья форма не такая сложная, как окончательного, он легче заполняется металлом.
В предварительном ручье глубокие полости делают в верхнем штампе, также как и в окончательном, т. к. металл при штамповке вверх течет лучше.
И из предварительного в окончательный ручей поковка поступает без кантовки, не изменяя положения относительно плоскости разъема.
Заготовительные ручьи предназначены для предварительного, грубого деформирования исходной заготовки в штамповочных ручьях с относительно малым отходом металла в заусенец. Заготовительные ручьи можно подразделить на подгруппы в зависимости от применяемого способа штамповки в окончательном ручье: поперек оси заготовки (штамповка плашмя) и вдоль оси заготовки (осадкой в торец).
К заготовительным ручьям при штамповке плашмя относят:
формовочный ручей, для придания формы, приближающейся к форме поковки в плане с тем, чтобы ее можно было разместить в окончательном ручье, при этом штамповка облегчается, а заусенец уменьшается;
подкатной ручей предназначен для увеличения или уменьшения площадей поперечных сечений исходной заготовки в тех или иных местах;
пережимной предназначен для увеличения ширины заготовки в некоторых сечениях и для небольшого перераспределения металла по длине исходной заготовки, ручей применяют для поковок с относительно большой шириной;
площадка для расплющивания применяется для поковок, приближающихся в плане формы прямоугольника, у которых площади вертикальных и перпендикулярных к оси сечений либо равны, либо незначительно отличаются между собой;
площадку для протяжки применяют для протяжки концевого участка заготовки;
гибочный ручей предназначен для изгиба заготовки в соответствии с формой окончательного ручья в плане.
Заготовительные ручьи, применяемые при штамповке осадкой в торец:
площадка для осадки применяется при штамповке поковок типа шестерен и квадратных в плане, которые штампуют осадкой в торец. Осадка перераспределяет металл в заготовке, что обеспечивает хорошее заполнение полости окончательного ручья с минимальным отходом на заусенец.
специальный формовочный ручей применяют при штамповке поковок с отростками и в частности типа крестов
Заготовительные ручьи, применяемые при штамповке плашмя с осадкой в торец:
высадочный ручей служит для увеличения одного из сечений исходной заготовки за счет уменьшения ее длины. Объем полостей высадочного ручья равен объему соответствующих частей заготовки
Отрубные ручьи молотовых штампов служат для отделения полученной поковки от прутка в случае, когда исходный пруток предварительно не разделяют на отдельные заготовки или исходную заготовку используют для последовательного изготовления отдельных поковок. Отрубной ручей располагают в одном из углов штампа.
При штамповке поковок, имеющих изогнутую ось или форму, вызывающую неравномерное распределение давлений, возникают горизонтальные силы, смещающие половинки штампа относительно друг друга.
Сдвигающее усилие предотвращается штамповкой сдвоенной поковки, специальных направляющих. Направляющие могут быть кольцевые, долевые, крестовые, шлицевые и направляющие колонки
Обычно заготовки для изготовления штампов служат штамповые кубики. Прежде всего, необходимо определение размеров штампового кубика в плане. Эти размеры зависят от числа, размеров и расположения ручьев, толщин стенок между плоскостями ручьев, а также между ручьями и гранями штампа.
После этого определяется площадь соударения штампов. При малой площади штамп при соударении может расколоться или деформироваться, при слишком большой площади дополнительно расходуется металл. Площадь соударения, приходящаяся на единицу массы, падающих частей молота, зависит от массы штампа.
При разработке технологии штамповки на молотах большое значение имеет правильный выбор ручьев, обусловливающий не только экономичность процесса, но и возможность изготовления данной поковки. Выбор ручья, прежде всего, зависит от форы и размеров поковки. Применение тех или иных ручьев зависит от способа штамповки. Вместе с тем способ штамповки определяется формой и размерами поковки. Существующие ручьи молотовых штампов используют для изготовления определенных групп поковок соответствующих форм и соотношений размеров.
Созданная классификация поковок облегчает выбор ручьев, поковки разделяют на две группы и девять подгрупп, по следующим признакам:
выбранному способу штамповки, поковки;
форме и соотношению основных размеров поковки, определяющих тех или иных заготовительных ручьев или заготовительно-предварительных ручьев;
_ форме поперечных сечений поковки, обуславливающей характер, форма изменения, при заполнении штамповочного ручья и необходимость применения заготовительно-предварительных ручьев;
форе главной оси поковки и линии разъема.
Форма главной оси и линия разъема определяют применение особых заготовительных ручьев или необходимость уравновешивания сдвигающих усилий при штамповке.
Для избежания отходов металла на заусенец используют штамповку, а в закрытых штампах на молотах.
Преимуществами закрытой штамповки являются:
экономия металла;
снижение трудоемкости процесса, сокращение технологического цикла и экономия энергии за счет отсутствия обрубки заусенца;
отсутствием обрезного штампа и пресса для обрезки;
энергия удара молота почти вся затрачивается на деформацию;
Недостаткам является низкая стойкость металла, ограниченное по конфигурации число поковок, штампованных данным способом.
. Штамповка на кривошипных штамповочных прессах
Эти прессы предназначены для относительно точной штамповки различных поковок, преимущественно в открытых штампах. Их также применяют при штамповке в закрытых штампах и выравниванием. КГШП отличаются быстроходностью (50-60 ход\мин), что позволяет сократить время деформации заготовки снизить разогрев штампов и увеличить их скорость. Но глубокие полости штампа заполняются металлом хуже, чем при штамповки на молотах. При штамповке на КГШП металл течет одинаково в верхние и нижние штампы, вследствие того, что верхние и нижние контактные поверхности заготовки охлаждаются приблизительно одинаково. Течение металла при штамповке на КГШП характерно для штамповки всех других прессах.
Технологические и эксплуатационные преимущества КГШП по сравнению с молотами:
1.Относительно высокая точность получаемых поковок, особенно по высоте конструкция пресса обеспечивает точность поковок вследствие надежного направления ползуна в направляющих станины и наличия направляющих колонок и втулок в штампе для точного совпадения верхней и нижней половин штампа.
2.Меньшие припуски на механическую обработку, а также штамповочные уклоны из-за наличия выталкивателей, для удаления штамповочных поковок из штампов. При этом экономиться металл, и уменьшается последующая обработка резанием поковок.
.Более высокая производительность: в среднем в 14раз и в2раза при штамповке поковок шестерен. Это объясняется тем, что деформация на прессе в каждом ручье происходит за один ход.
.Возможность применения автоматических перекладчиков заготовок и автоматизация процесса штамповки.
.Экономический расход энергии - КПД прессов в4 раза выше, чем молотов.
.Относительно спокойный безударный характер работы позволяющий устанавливать КГШП в зданиях облегченной конструкции.
КГШП имеют недостатки по сравнению с молотом:
1.Меньшую универсальность из-за жесткого хода ползуна не применяют протяжку и подкатку заготовок;
2.Необходимость очистки заготовок от окалины перед штамповкой, так как деформация проходит за один ход пресса, и окалина может быть заштампована в поверхность штамповки;
.Применение большого числа ручьев из-за худшего заполнения полостей;
.Сложнее конструкция штамповки и их регулирования;
.Более высокая (в 3 -4раза), стоимость при сопоставимых мощностях КГШП и молота;
.Заклинивание при перегрузке ползуна в нижнем положении.
Чертеж поковки штампованной на КГШП составляют по тем же правилам, что и поковки, штампованной на молоте
Для штамповки на КГШП применяют сборные штампы, состоящие из пакета и смонтированных на нем вставок. В пакет входят нижние и верхние плиты с направляющими коронками и втулками, а также узел выталкивания и крепления. Обычно пакет делают для трех вставок для возможности штамповки в трех ручьях. Вставки штампов в КГШП имеют сборную конструкцию. Они снабжены выталкивателями, которые, воздействуя на поковку после штамповки, удаляют ее из штампов.
Заусенечная поковка для окончательного ручья штампов КГШП выполняется, открыто со стороны магазина, чтобы исключить соударение штампов по плоскости разъема и для удобства их настройки.
Штамповка на КГШП в открытых штампах в трех ручьях на примере штамповки фланца.
В первом ручье объемную заготовку осаживают до необходимой высоты на плоских вставках. Форма и размер осаженной заготовки обеспечивают ее фиксацию в нижней половине предварительного ручья. В предварительном ручье нижняя часть бобышки заполняется не полностью. Она заполняется лишь в окончательном ручье за счет углубления в вертикальной части поковки. В предварительном ручье поковка удаляется выталкиванием только из нижней вставки, а в окончательном ручье - из нижней и верхней вставок.
При штамповке на КГШП в закрытых штампах жесткий фиксированный ход обеспечивает определенное нижнее положение ползуна. Для штамповки необходима заготовка точного объема, который равен объему полости штампа.
При условии точной дозировки заготовок по массе их можно штамповать в закрытых штампах КГШП, не применяя какого - либо дополнительного устройства. Точная масса заготовок зависит не только от точности резке по длине, но и от точности прокатных прутков.
На КГШП штампуют в закрытых штампах с неразъемной и разъемной матрицами.
Обычные заготовки штампуют на КГШП в закрытых штампах двумя способами.
При первом способе штамповки излишний металл вытекает в компенсационные полости, расположенные в прошивниках окончательного ручья, подобно вытеканию металла заусенец в открытых штампах.
Заготовка в начале деформируется в осадочном ручье, затем в предварительном ручье с неполным его заполнением, на конец, в окончательном ручье. При последующей прошивке штамповых поковок на обрезном прессе вместе с отходом - перемычкой удаляется в избыток металла, вытесненный в компенсаторе.
При втором способе штамповки на КГШП штамп имеет кольцевые и цилиндрические выталкиватели, подпружиненные обычно пружинами Белвилля. Пружины предварительно сжимают на усилие, обеспечивающее заполнения полости и штампа при неподвижных выталкивателях. После полного заполнения полости, если в заготовке есть избыток металла, давление в ней возрастает, и выталкиватели задвигаются, освобождая место для избытка металла. После штамповки пружины возвращают выталкиватели в исходное положение, зафиксированное относительно полости штампа.
Система подпружиненного выталкивателя штампа обеспечивает жесткое выталкивание поковки выталкивателем пресса.
Штамповка на КГШП прямым выдавливанием. Типичной поковкой для такого метода является поковка типа стержня с фланцем. Сначала производят предварительное выравнивание, при котором получают стержень. В окончательном переходе оформляется головка при незначительном течении металла в стержень. После штамповки измененную часть стержня отрезают. При штамповке этот излишек играет роль компенсатора.
При разработке технологии штамповки вдавливанием необходимо учитывать следующее:
1.Дно матрицы выполнять коническим с заводным углом 150 С. Для исключения мертвых зон входной угол должен быть не более 120 С. Наиболее эффективно применение пуансона с коническим торцом. Однако, при штамповке сложных головок, если требуется доштамповка головки в следующем ручье, целесообразно применение плоского пуансона.
2.Относительное обжатие в %.
.Скорость истечения металла. Высоколегированную сталь штампуют при меньших скоростях истечения, чем низколегированную и углеродистую.
.В зависимости от формы поковки, выбранного технологического процесса и колебаний объема заготовки выравниванием можно получить поковки без заусенца, с торцевым заусенцем, с поперечным, и с поперечным и торцовым заусенцем.
.Зазор между пуансоном и матрицей зависит от выбранного технологического процесса.
.Заготовка перед штамповкой выдавливанием в основном осаживают для снятия окалины, при этом одновременно учитывают преимущества резки заготовок меньшего диаметра и большей длины. Иногда при осадке заготовки фасонируют для более удобной укладки их в штамповочный ручей.
. Горизонтально ковочные машины
Горизонтально - ковочные машины (ГКМ) представляет собой горизонтальный механический пресс, в котором кроме главного деформирующего ползуна, есть зажимной ползун. Ползун, зажимает не деформируемую часть прутка, обеспечивая высадку деформируемой части прутка.
Штампы ГКМ отличаются наличием двух разъемов. ГКМ изготовляют с вертикальными и горизонтальными разъемами.
Основными операциями при штамповке на ГКМ является высадка, прошивка и сквозная прошивка.
ГКМ предназначен для штамповки из пруткового материала, высадкой и прошивкой поковок, форма которого близка форме тел вращения.
В принципе ГКМ является горизонтальным механическим прессом, имеющим кроме главного деформирующего ползуна, зажимной ползун для удержания не деформируемой части прутка в процессе штамповки.
ГКМ имеют предохранительные устройства для предотвращения перегрузок зажимного механизма.
Для получения необходимой точности поковок к конструкции шатуна, ползуна и кривошипного вала, как и у КГШП, предъявляют повышенные требования по жесткости и точности движения.
К преимуществам штамповке на ГКМ можно отнести следующее:
. Легкость штамповки таких деталей, которые на другом оборудовании рационально изготовить нельзя.
.Экономия металла за счет штамповки преимущественна в закрытых штампах и отсутствие в отдельных случаях штамповых уклонов.
. Получение поковок высокого качества.
. Возможность применения вставок, в результате чего экономится штамповая сталь.
. Безударную, спокойную и безопасную работу.
.Легкость автоматизации (автоматические ГКМ с горизонтальным разъемом матриц).
При разработке технологического процесса необходимо учитывать следующее:
1.В первом ручье должна быть зафиксирована с помощью упора и высаженная определенная часть прудка, необходимая для штамповки и поковки или ее части.
2.В каждом предыдущем переходе, начиная с первого, в заготовке должна быть создана специальная опорная поверхность, по которой ее центрируют или устанавливают в следующем переходе.
.При штамповке в матрице (во избежание перекосов), пуансон перед началом деформирования должен подучить определенное направление (продвинуть матрицу на длину 10-15мм).
.Тонкие высокие ребра поковки желательно оформить в первых переходах, при достаточно высоком прогреве металла.
.Части поковок с фланцами с максимальным диаметром при штамповке в матрице желательно располагать ближе к пуансону.
.Диаметр прутка надо выбирать исходя из применения минимального числа переходов.
.Следует избегать первой высадки прутка сочень большим диаметром. Отношение длины высаживаемой части прутка к его диаметру должно быть больше 0,6.
.Штамповка поковок в пуансоне предпочтительней, так как при этом достигается большая их точность, а также прочность и упрощение конструкции инструмента.
.При глубокой прошивке предварительные ручьи надо конструировать таким образом, чтобы металл при прошивке тек в стороны, а не навстречу пуансону.
.При начальном наборе металла в матрице форма пуансона должна быть такой, чтобы по нему центрировался конец прутка, и было затруднено образование одностороннего торцового заусенца.
.При холостом ходе должны быть исключены создания, для чего целесообразно оставлять минимальный зазор между торцами пуансона и матрицы, составляющие 0.5-4 мм в зависимости от мощности машины.
При изготовлении поковок высадкой, начальную высадку можно производить в матрице или пуансоне. Различают высадку свободную и на ограниченный диаметр, близкий к диаметру высаживаемого прутка. Высадку свободную и на ограниченный диаметр при штамповке в матрице, осуществляют в соответствии с рекомендуемыми соотношениями размеров высаживаемой части прутка и матрицы. За один ход ползуна машины, при свободной высадке, можно высадить круглую заготовку (пруток) на любой диаметр, если длина высаживаемой части заготовки меньше 2,5d. В противном случае заготовка изгибается и на ней образуется зажим. При свободной высадке высаживают в наборном переходе.
На ГКМ проводят штамповку поковок колец со сквозной прошивкой. Легко штампуют кольца, экономя металл за счет почти безотходной штамповки. В зависимости от соотношения диаметров отверстия и прутка может быть три варианта штамповки:
.Диаметр прутка равен диаметру отверстия.
.Диаметр отверстия больше диаметра прутка.
. Диаметр прутка больше диаметра отверстия.
пережимные ручьи служат для пережима прутка на меньший диаметр. Возможно выполнение пережима в формовочном ручье, однако пережимные ручьи могут быть выполнены отдельно;
прошивные ручьи служат для получения глухой или сквозной прошивки;
обрезные ручьи служат для отделения радиального заусенца от поковки. Заусенец, опирающийся на острую кромку матрицы, обрезают при проталкивании поковки пуансоном;
отрезные ручьи служат для отделения поковки от прутка. Существует две разновидности отрезных ручьев. Для одной из них характерно, что поковка остается неподвижной, а пруток сдвигается и отделяется от нее. Для другой характерен сдвиг поковки. В обоих случаях по существу происходит процесс, аналогичный резке прутка на пресс - ножницах;
окончательные - формовочные, служащие для получения окончательной формы поковки, форма их полостей должна соответствовать форме поковки.
Последующая высадка. При высадке на ограниченный диаметр в матрице или пуансоне высаженной части может оказаться слишком большой по сравнению со средним ее диаметром. В этом случае, последующая свободная, высадка невозможна и необходим дополнительный наборный переход. Переходы выбирают однотипные, обычно в конических пуансонах.
7. Штамповка на винтовых фрикционных прессах
Винтовые фрикционные прессы предназначены для штамповки, мелко и среднегабаритных поковок, в открытых (в основном в одноручьевых) и закрытых штампах. Их также применяют для чеканки и правки поковок.
Винтовые фрикционные прессы обладают большим запасом кинетической энергии для деформирования, так как в них используют кинематическую энергию вращательного и поступательного движения масс. Энергия за каждый ход пресса расходуется полностью. Штамповать можно за несколько ударов в одном ручье.
Винтовые фрикционные прессы универсальны, просты и не дороги, их модернизируют и делают более быстроходными. В некоторых конструкциях прессов улучшено направление ползуна, что позволяет штамповать в многоручьевых штампах.
На фрикционных прессах можно штамповать в прессах: открытых, закрытых с цельной матрицей, в закрытых с разъемной матрицей и выдавливанием.
Скорость деформирования штамповки на фрикционных прессах составляет в начальный момент штамповки 0,3 - 0,5м/с. Такие скорости обеспечивают качественную штамповку металлов и сплавов, чувствительных к повышенным скоростям деформации. Это расширяет технические возможности фрикционных прессов.
Технологическими особенностями фрикционных прессов являются:
не жесткий рабочий ход ползуна, что исключает возможность заклинивания пресса при избытке металла в заготовке;
наличие системы выталкивателей, для удаления поковки из штампа.
Пресс штамповки в закрытых штампах на фрикционных прессах прост, чем на молотах и КГШП. Это объясняется надежность выталкивателей, которых нет у молотов, и отсутствием фиксированного хода ползуна, что исключает работу «в распор» в отличии от кривошипных прессов.
При открытой штамповке нужно учитывать, что перераспределение металла вдоль оси заготовки нерационально. Обычно на таких прессах штампуют в одноручьевых штампах. Если по эпюре сечений необходимо использовать поткатной или протяжной ручей, целесообразно заготовку подготовить на другом оборудовании (ковочных вальцах, ГКМ, молоте).
Чертеж поковки, при штамповке на фрикционных прессах в открытых штампах, проектируют также как при штамповке на молоте
При штамповке в закрытых штампах рекомендуется в том положении, которое она занимает в штампе. Линию разъема выбирают по верхнему торцу элемента с наибольшим периметром.
Переходы и размеры исходной заготовки выбирают также как для молотовых поковок. При использовании ковочных вальцов для подготовки заготовки под штамповку в окончательном ручье, целесообразно рассматривать вопрос о возможности многоштучной штамповки. Открытые штампы винтовых прессов имеют, как правило, один окончательный ручей и очень редко формовочный или пережимной. Поэтому металл распределяется в заготовку под штамповку на этих прессах сложных поковок хуже, чем при штамповке на молотах. Для отвода избытка металла в штамповочном ручье на отдельных участках выполняют заусенечную канавку с двух сторонним магазином или специальным карманом.
К первой группе относят мелкие поковки с прямой и изогнутой осью и отростками, которые также штампуют на молотах в одноручьевых штампах или многоручьевых штампах имеющих формовочный или пережимной ручей.
Поковки второй группы - это мелко - и среднегабаритные поковки с осевой симметрией, которые получают высадкой, прямым, обратным и боковым выдавливанием.
К поковкам третьей группы относят мелкие поковки промежуточной формы между первой и второй группой поковки с буртами, отростками и глухими полостями, требующие разъема в штампе по двум или трем плоскостям.
При штамповке поковок второй группы, первой подгруппы, в основном используют один окончательный ручей. При этом головку изделия высаживают за один удар.
Поковки второй и третьей подгрупп штампуют аналогично таким же поковкам на молотах. При штамповке на фрикционных прессах за два и три перехода часто поступают следующим образом, применяют одну матрицу, неподвижно закрепленную к нижней половине штампа, а пуансоны закрепляют на салазках перемещающихся в верхней плите штампа или часть пуансонов не закрепляют и используют как подкладной инструмент при свободной ковке.
Для поковок третьей группы, первой и второй подгруппы, переходы штамповки и размеры заготовок надо определять по методике, используемой для аналогичных поковок, штампованных на молотах, с учетом замечаний для поковок первой группы. Эти поковки штампуют в открытых и закрытых штампах.
Поковки третьей группы, третьей подгруппы штампуют в закрытых одноручьевых штампах имеющих две плоскости разъема.
Конструктивные особенности штампов фрикционных прессов, связаны с конструкторскими особенностями последних. В штампах предусматривают выталкиватели. В них, из-за относительно плохого ползуна, необходимо выполнять крестовые замки или направляющие втулки и колонки. Центр ручья при этом должен быть расположен по оси винта.
Крепления штампов и их конструкции унифицированы.
. Отделочные операции после объемной горячей штамповки
При горячей штамповке в отработанных штампах образуется радиальный заусенец, который обрезают на специальных обрезных прессах. Обрезной штамп состоит из трех основных частей: обрезной матрицы, обрезного пуансона и нижней плиты. Кроме того, штамп может быть снабжен съемником, пуансонодержателем в матрицу и движением пуансона проталкивают через нее. При этом срезают заусенец, здесь режущим элементом является матрица, а падающим - пуансон. Заусенец обрезают в горячую и в холодную. Поковки большой и средней масс, штампуют на молотах с массой падающих частей больше одной тонны, имеют относительно толстый заусенец, который целесообразно обрезать в горячем состоянии, непосредственно после штамповки. Тонкие заусенцы мелких поковок легко обрезать в холодном состоянии.
Если в поковках есть сквозные отверстия, то при штамповке выполняют наметки и оставляют пленку. Эту пленку прошивают после штамповки аналогично тому, как обрезают заусенец (на тех же обрезных прессах). Толщина пленки значительно больше толщены заусенца, поэтому прошивают обычно в горячем состоянии.
Для обрезания заусенец и прошивки отверстий в поковках, применяют кривошипные обрезные прессы для особо крупных поковок - гидравлические прессы усилием более1600тс. Они представляют представляют собой вертикальные однокривошипные двухстоечные прессы.
Производительность на обрезном прессе должна соответствовать производительности штамповки на основной штамповочной машине.
Калибровка поковок, есть разновидность обработки давлением, при которой за счет небольшого обжатия отдельных участков или всей поковки повышают точность ее размеров. При калибровке улучшаются качество поковки и точность поковок по массе. Калибровка в отдельных случаях может заменить обработку резаньем.
Правкой поковок называют разновидность обработки металлов давлением, с помощью которой исправляют искривления поковок. Правят в горячем и холодном состояниях. Чаще используют холодную правку.
Горячую правку сложных поковок или поковок, имеющих отверстие, выполняют на специальных правочных штампах. Правочный штамп одноручьевой.
Холодная правка - производительный и экономичный процесс, поэтому, где возможна холодная правка, надо избегать горячей. Холодную правку проводят после термообработки и очистки поковок от окалины. В холодную правят в основном сложные поковки небольших и средних масс.
Крупногабаритные удлиненные поковки правят гибкой на подкладках обычно на гидравлических, одностоичных прессах. Конструкции правочных штампов различны.
Фрикционные молоты с доской являются основным оборудованием для холодной правки.
После штамповки на поверхностях стальных поковок остается окалина, которая затрудняет последующую обработку резанием и ухудшает их качество. Поковки очищают от окалины после обрезки заусенца, прошивки отверстий и термообработки. Существует несколько способов очистки: травлением, галтовка и дробометная очистка.
Травление состоит в окунании поковок в раствор определенного состава на 15 минут. Таким способом очищают от окалины крупногабаритные поковки сложных форм.
Галтовкой очищают от окалины поковки небольших и средних масс простых форм типа валиков или шестерен без отверстий. В барабан, вращающийся вокруг своей горизонтальной оси, загружают поковки одновременно с шарами и чугунными звездочками. При вращении поковки, шары и звездочки ударяются друг о друга и окалина отскакивает.
Дробометной очисткой очищают окалины мелко- и среднегабаритные поковки сложных форм. Очистка состоит в нагнетании с большой скоростью из сопла чугунной дроби на очищаемые поверхности поковок. При ударе дроби о поверхность поковки окалина сбивается.
Список литературы
1.Б.А. Кузьмин « Технология металлов и конструкционные материалы» Москва «Машиностроение» 2009 г.
2.В.М. Никифоров «Технология металлов и конструкционные материалы» Ленинград «Машиностроение» 2007г.
.Е.И. Семенов. В.Г. Кондратенко. Н.Ч. Ляпунов «Технология и оборудование ковки и объемной штамповки» Москва «Машиностроение» 2008г.