В основные промышленные процессы обработки металлов давлением входят: прокатка, ковка, штамповка, прессование и волочение.
Производство проката определяет уровень развития многих отраслей промышленности. Свыше 80% выплавляемого металла подвергается прокатке. Прокаткой получают большое число готовых изделий: рельсы, балки, уголки, швеллеры, лист, ленту, трубы, бандажи, колеса и т.д., а также и заготовки для ковки, штамповки, прессования и волочения.
Свободную ковку применяют для изготовления крупных поковок из слитков, а также средних и мелких поковок из прокатанной заготовки. При свободной ковке вся заготовка или ее участки подвергаются действию бойка молота или пресса, на боковые же поверхности заготовки инструмент, как правило, не действует. Происходит обжатие заготовки (уменьшается высота) при одновременном изменении площади ее поперечного сечения.
Для массового производства мелких и средних поковок применяют объемную штамповку на прессах или молотах. Под действием давления заготовка деформируется и заполняет полости штампа.
Для производства автомобилей, самолетов, тракторов и т.п. широко используют различные профили, полученные штамповкой из листа. Свободную ковку, объемную и листовую штамповку применяют в основном на машиностроительных заводах.
Прессование (выдавливание) применяют для получения разнообразных сплошных и полых профилей из цветных металлов, сталей и сплавов.
Проволоку, прутки и трубы можно получать волочением. При волочении заготовка протягивается через отверстие в волоке, площадь ее поперечного сечения уменьшается, а иногда при этом изменяется и форма сечения.
Процессы обработки металлов давлением эффективно заменяют другие способы изготовления металлических изделий. Например, изготовление шестерен, гладких и ступенчатых валов, поршневых пальцев различными процессами обработки металлов давлением дает 25…35% экономии металла и на 20…30% снижает трудоемкость по сравнению с обработкой резанием 1…3.
Способы обработки давлением широко применяются для изготовления изделий из хрупких, малопластичных тугоплавких труднодеформируемых металлов (сплавы на основе титана, молибдена, вольфрама, циркония и т.п.), обработка которых другими методами затруднена или вообще невозможна 4.
В области машиностроения и металлообработки неуклонно повышается удельный вес обработки металлов давлением, широко применяется в промышленности объемная штамповка.
Развитие процессов обработки металлов давлением идет путем повышения производительности, расширения сортамента, экономии металла, снижения себестоимости и улучшения качества продукции на основе комплексной механизации, автоматизации и использования электронно-вычислительной техники для управления технологическими процессами.
Материалы, применяемые для изготовления режущей части инструмента ...
... 4 рекомендуется для изготовления инструментов, предназначенных для обработки материалов, имеющих ... для изготовления ручных и машинных инструментов, предназначенных для обработки мягких металлов ... применять в промышленности наряду с вольфрамовыми для изготовления ... инструментального материала по сравнению с твердостью обрабатываемой заготовки ... резанием и давлением. Применение низколегированных ...
- ^
Ковка и штамповка являются широко распространенными способами получения фасонных штучных заготовок и деталей машин. Изделия, выполненные ковкой, называют поковками, изготовленные штамповкой – штампованными поковками или деталями. Ковкой и штамповкой можно получать изделия с высокими механическими свойствами при минимальном расходе металла.
Многообразие форм, размеров и материалов деталей машин определяют многообразие технологических процессов и видов оборудования кузнечно-штамповочного производства 3.
В зависимости от сортамента продукции, объема выпуска и назначения изделий можно рассматривать структуру подразделений кузнечно-штамповочного производства:
-
Кузнечные цехи ковки, изготовляющие единичные и мелкосерийные изделия; чаще всего встречаются на металлургических, судостроительных и других заводах.
-
Кузнечно-прессовые цехи ковки, изготовляющие единичные и мелкосерийные поковки значительной массы до 250 тонн и более.
-
Ковочно-штамповочные цехи, выпускающие поковки массой до 1000 кг крупносерийного и массового производства, предназначенные для изготовления автомобилей, тракторов, самолетов и других машин.
-
Холоднопрессовые цехи, изготавливающие изделия холодной штамповкой из листового материала.
-
Специализированные цехи, которые определяются типом выпускаемых массовых изделий (крупные, рессорные, метизные и др.) или типом установленного оборудования (например, цех холодновысадочных автоматов и др.).
В качестве исходных заготовок для ковки и штамповки применяют слитки и прокат. В результате изменяется структура исходной заготовки: при ковке слитка возникает волокнистая макроструктура, при обработке деформированного полуфабриката исходные волокна изменяют направление и ориентируются по направлению течения металла и форме изделия 1, 2.
Волокнистая структура определяет анизотропию механических свойств изделия, поэтому рекомендуется учитывать направление волокон в заготовке. Волокна должны либо огибать контур детали, либо совпадать с направлением максимальных эксплуатационных напряжений в детали. Перерезать волокна при механической обработке поковок нежелательно.
Степень изменения (проработки) исходной структуры в поковке косвенно характеризуют коэффициентом или степенью уковки
,
где F 0 и F 1 – большая и меньшая площади поперечных сечений в каком либо направлении до и после деформации.
Коэффициент уковки показывает, во сколько раз изменилось исходное сечение, и используется для расчета исходной заготовки. С повышением уковки механические свойства металла в направлении течения металла повышаются, но до определенного предела.
Практически для слитков конструкционной стали рекомендуется уковка не ниже 2,5…3, а для проката 1,1…1,3. Для сталей карбидного класса с целью разрушения карбидов рекомендуется повышенная уковка не менее 10…12.
Автоматизация конструкторско-технологической подготовки производства ...
... конструкторского по вагоностроению Бюро механизмов, приводов и технической документации занимается разработкой конструкторской документации новых вагонов, постановкой на серийное производство, обслуживанием серийного производства: ... конструкторском отделе по вагоностроению установлены следующие программные средства автоматизации КТПП изделий ... металлорежущее, кузнечно-прессовое, ... проектирования деталей ...
Поковки, как правило, отличаются от деталей, для которых они служат заготовками, по форме и размерам. Эти отклонения зависят от несовершенства технологий, оборудования кузнечно-штамповочного производства и смежных с ним процессов термической, механической обработки и т.д.
Слой металла, предусматриваемый на поверхности готовой детали для гарантии качества последней, называют припуском. Необходимость припуска увеличивает размеры и массу поковки.
В некоторых случаях ковкой и штамповкой невозможно или нецелесообразно выполнить точную форму детали. Слой металла сверх припуска, упрощающий конфигурацию поковки, называют напуском. Напуски дополнительно увеличивают массу поковки.
Поковки одной партии невозможно получить с абсолютно одинаковыми размерами согласно номинальным размерам чертежа. Поэтому на все размеры поковок назначают допустимые отклонения (допуски), характеризующие их точность.
Для сопоставления различных технологических процессов и оборудования по их эффективности принимают обобщенный показатель точности, называемый коэффициентом использования металла поковки при механической обработке:
,
где G Д и G П – масса готовой детали и поковки.
Этот показатель характеризует степень совершенства формы поковки. В идеальном случае, когда поковка не требует механической обработки, К ВТ =1. Для поковок свободной ковки К ВТ =0,05…0,3; для горячей объемной штамповки 0,5…0,8; для холодной объемной и листовой штамповки 0,8…1,0.
Другим важным показателем, характеризующим степень совершенства кузнечно-штамповочной технологии, является выход годного:
,
где G З – масса исходной заготовки.
При ковке из слитка =0,3…0,7; при ковке из проката 0,7…0,9; при горячей штамповке 0,7…0,8; при холодной штамповке 0,7…0,9. Произведение К и.м . =К ВТ является суммарным коэффициентом использования металла заготовки на всем технологическом цикле. При свободной ковке К и.м . =0,02…0,30; при горячей штамповке 0,3…0,7; при холодной штамповке 0,6…0,9. С точки зрения расхода металла – основной стоимости готовой детали – наименее выгодна свободная ковка и наиболее выгодна холодная штамповка.
Однако целесообразность того или иного способа производства определяется еще многими факторами, в том числе возможностями оборудования, стоимостью передела, серийностью изделий и др.
^
Ковкой называют процесс обработки давлением, при котором металл деформируется многократным и прерывным воздействием универсального инструмента, постепенно приобретая заданную форму и размеры. При ковке металла между плоскими бойками имеет место свободное течение его в стороны, поэтому такая ковка получила название свободной.
Заготовки из металла
... Крупные и сложные по форме деталиполучают из штучных заготовок литьем, ковкой или штамповкой. Выбор вида заготовки(прутков круглого, шестигранного или квадратного сечений, поковки, отливки и т.д.) зависит от ... газифицируемым(выжигаемым) моделям, 5-литьё под давлением, 6-вакуумное литьё, 7-литьё металлов сиспользованием машин центробежного литья. Литьё в песчаные формы Литьё в песчаные формы ...
Свободная ковка экономически выгодна при получении фасонных заготовок стальных деталей с высокими механическими свойствами в условиях индивидуального и мелкосерийного производства. Ковка (свободная) является универсальным процессом кузнечно-штамповочного производства, так как позволяет получать поковки широкого сортамента, массой от нескольких килограммов до 300 тонн и более. Для изготовления крупных поковок (примерно от 2 тонн и выше) ковка – единственно возможный способ.
Тяжелые поковки, масса которых измеряется тоннами, изготовляют из слитков. Поковки массой примерно до 1 тонны получают из блюмов. Для мелких поковок в качестве заготовок используют разнообразный сортовой прокат: круглый, квадратный, полосовой и т.д.
К преимуществам ковки по сравнению с другими способами обработки металлов, например литьем, резанием, штамповкой, относятся: ее универсальность в отношении веса, формы и размеров партии изготовляемых заготовок; обеспечение высоких механических свойств металла в изделиях; отсутствие затрат на дорогостоящую технологическую оснастку; возможность использования сравнительно маломощных машин–орудий благодаря концентрированному приложению усилий ковки в ограниченном бойками небольшом объеме деформируемого металла.
В промышленности свободная ковка применяется для изготовления поковок шестерен, турбинных роторов и дисков, валов, шатунов, колец и других ответственных деталей машин. Свободная ковка является пока незаменимой в производстве крупных деталей, несмотря на ряд присущих ей недостатков. К ним относятся, например, сравнительно низкая производительность труда и небольшая точность ковки, вызывающая необходимость значительных припусков и напусков металла, что приводит к повышению расхода материала и стоимости готовых деталей.
Свободная ковка разделяется на ручную и машинную. Ручная ковка применяется редко, главным образом в ремонтных мастерских при изготовлении небольших поковок и почти не имеет промышленного применения на заводах. Машинная ковка производится на ковочных молотах и прессах. На молотах изготовляют поковки массой от 0,5 до 100 кг, используя в качестве исходного материала сортовой прокат сечением до 250250 мм и обжатую болванку сечением до 450450 мм. На гидравлических ковочных прессах изготовляют поковки массой от 100 кг до 230 т, из стальных слитков массой от 1,2 до 350 т.
^
Технологический процесс машинной свободной ковки состоит из ряда элементарных операций, выполняемых в определенной последовательности с целью получения из исходной заготовки простой формы (слитка, блюма и т.п.) фасонной поковки требуемых размеров и формы.
Кроме чисто кузнечных операций полный технологический процесс изготовления поковки, фиксируемый в специальной технологической карте, включает также заготовительные операции (резку или рубку заготовок и их контроль), нагрев металла под ковку, охлаждение поковок, контрольные операции по проверке размеров и механических свойств поковки (если это требуется техническими условиями), а также операции первичной термической обработки поковок (отжиг, нормализацию), выполняемые обычно в кузнечном цехе.
Курсовая работа ковка
... Металл, используемый для ковки. В кузнечном ремесле приходится иметь дело с различными сплавами, цветными металлами, со сталями разных марок. Для нагрева до ковочной температуры одинаковых по размерам заготовок, ... Значит чем выше теплоемкость металла, тем больше расходуется топлива. Для кузнечных работ применяются ковкие и пластичные металлы и сплавы. Из черных металлов этими качествами обладают ...
Основными операциями процесса свободной ковки являются осадка, вытяжка, прошивка, гибка, рубка. К менее распространенным кузнечным операциям относятся передача металла, закручивание и кузнечная сварка. Кроме перечисленных операций в процессе изготовления поковок применяются и их разновидности: высадка в подкладных кольцах, представляющая собой частичную осадку заготовки по ее высоте; обкатка по диаметру (после осадки), вытяжка и раздача кольцевых поковок на оправке. В ряде случаев технологический процесс ковки включает операции горячей штамповки в подкладных штампах под молотом.
Наличие тех или иных кузнечных операций, а также порядок их чередования определяются формой изготовляемой поковки. Так, например, при изготовлении поковок типа валов применяются главным образом вытяжка и рубка, а в случае ковки коленчатых валов вытяжка и передача металла. При изготовлении кольцевых поковок применяют осадку, прошивку, раздачу, а иногда и вытяжку на оправке. Для ковки фланцевых поковок характерны высадка, прошивка, обкатка по диаметру.
При машинной ковке заготовка укладывается на нижний неподвижный боек молота или пресса, а затем деформируется или непосредственно верхним подвижным бойком или с применением подкладного инструмента, помещаемого между верхним бойком и заготовкой.
Таким образом, технологические процессы ковки всегда являются сочетанием предварительных, основных, вспомогательных и отделочных операций. Главным универсальным инструментом ковки служат бойки.
К предварительным операциям относятся биллетирование и рубка, причем рубка применяется и как основная операция.
Биллетирование
Схематично основные операции ковки представлены на рис.1.
Осадка (рис. 1 а) – это операция, при которой за счет обжатия по высоте увеличивается площадь поперечного сечения заготовки, перпендикулярного деформирующей силе. Если осаживается по высоте только часть заготовки, то операция называется высадкой (рис. 1 б).
При ковке осадка является основной операцией для получения формы поковки, но может применяться так же как промежуточная операция для устранения литой структуры или анизотропии свойств металла.
Протяжка (вытяжка) – операция, в процессе которой длина заготовки увеличивается за счет уменьшения ее поперечных размеров при последовательных по длине нажатиях бойками (рис. 1 в).
Применяют плоские, вырезанные и закругленные бойки. Заготовка обжимается по участкам и перемещается (подается) в осевом направлении с поворотами вокруг оси. Два последовательных обжима с поворотом (кантовкой) на 90 называют переходом. Рационально вести процесс протяжки с небольшой подачей, так как с уменьшением подачи в соответствии с законом наименьшего сопротивления уменьшается уширение. В этом случае увеличивается число обжатий, необходимых для деформации заготовки, следовательно, снижается производительность процесса. Практически величину подачи принимают равной 0,4…0,7 от ширины бойка в зависимости от размеров заготовки; однако для увеличения скорости протяжки, особенно в начале процесса, можно величину подачи определять как 1:
а =(1,5…1,8)·b 0 ,
г
де а – величина подачи;
b 0 – исходная ширина заготовки.
Применяют несколько видов операции протяжки. Поковки плоской формы получают расплющиванием. Расплющивание (уширение, разгонка) – это увеличение ширины заготовки за счет обжатия по высоте.
Технологическая оснастка» : «Установочные элементы станочных ...
Наиболее значительную долю в общем парке технологической оснастки составляют приспособления, применяемые для установки и закрепления заготовок деталей, обрабатываемых на металлорежущих станках. Установочными элементами ... упростить установочную схему и конструкцию приспособления в целом. Установку заготовок по технологическим базам производят тремя способами. первому способу Рис. 3. Примеры ...
При ковке котельных барабанов, турбинных роторов и т.п. применяют протяжку на оправке (рис. 1 г): длина полой заготовки увеличивается за счет утонения ее стенки. Оправка имеет небольшую конусность, верхний боек плоский, а нижний боек вырезной. Внутренний диаметр заготовки изменяется незначительно, а оправка калибрует внутреннее отверстие. Во время ковки заготовка с оправкой периодически поворачивается и подается под бойки. На оправке производят также раскатку (рис. 1 д) – операцию, при которой увеличивается диаметр за счет уменьшения толщины стенки исходной полой заготовки. Оправка служит опорой заготовки по ее внутренней поверхности и установлена на козлах. Применяют цилиндрическую оправку и узкий верхний боек, длинная сторона которого параллельна оси поковки. После каждого обжатия оправка или заготовка поворачиваются вокруг оси, подавая под боек новый участок заготовки. Периодически поковку снимают с оправки и подвергают правке. Раскатка на оправке используется при ковке колец, обечаек, барабанов и т.п. и часто сочетается с протяжкой.
Гибка (рис. 1 е) – кузнечная операция, с помощью которой заготовке придают изогнутую форму по заданному контуру. Гибка используется при изготовлении угольников, скобок, крюков, кронштейнов, лап, кулис и т.п. В результате гибки первоначальная форма поперечного сечения заготовки искажается с уменьшением площади в зоне изгиба.
Закручивание
Рубка (рис. 1 з) применяется для разделения заготовки на части, отделения части металла по наружному (обрубка) и внутреннему (вырубка) контурам, частичного разделения заготовки (разрубка).
Отход металла при рубке называют обсечкой.
Прошивка – эта операция связана с образованием полости в заготовке за счет вытеснения металла. Сквозную прошивку (пробивку) относительно тонких поковок ведут на подкладном кольце (рис. 1 и).
Высокие массивные поковки прошивают в два перехода, образовав сперва глухую полость (рис. 1 к), и, перевернув поковку, прошивают дно (рис. 1 л).
Прошивающим инструментом является сплошной или пустотелый прошивень круглого или фасонного поперечного сечения. В результате прошивки форма заготовки искажается и образуется отход – выдра.
^
Наряду с уже рассмотренными при свободной ковке употребляют еще многие виды специализированного инструмента. Иногда для производства поковок сложной формы больших партий: крупных гаечных ключей, фланцев, гаек, крюков и т.п. целесообразно оформлять часть поковки или даже всю поковку в специальном инструменте – штампе, полость которого представляет собой объемное зеркальное отражение формы поковки. Как правило, эти штампы не закрепляют на оборудовании и при выполнении соответствующего перехода устанавливают непосредственно на гладкий боек. Их называют подкладными штампами. Один из таких штампов для формообразования головки гаечного ключа показан на рис. 1 м. Штамп состоит из двух половин – нижней и верхней (перевернута справа).
Для совпадения половин штампа в нем предусмотрены центрирующие угловые шпильки. Используется штамп в конце ковки после предварительного «фасонирования» заготовки. Применение простейших подкладных штампов в виде колец позволяет резко упростить технологию ковки и повысить точность поковок.
Технологический процесс обработки детали Вал. технологический ...
... получения заготовок и выбора баз; 3. Рассчитать экономическую эффективность технологического процесса; 4. Разработать мероприятия по охране труда; 5. Спроектировать план участка механической обработки. 1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 1.1 ... Целью выпускной квалификационной работы является: разработка технологического процесса обработки детали “Вал” в условиях мелкосерийного производства. Для достижения цели ...
Свободная ковка – трудоемкий и малопроизводительный процесс, требующий сложных и быстрых манипуляций с горячим металлом и тяжелым инструментом. Облегчение ручного труда, повышение производительности труда и качества поковок достигается механизацией и автоматизацией. Основным средством механизации в кузнечных цехах служат грузоподъемные краны: мостовые, поворотные, консольные и т.п.
Для загрузки и выгрузки печей применяют механические, пневматические и гидравлические толкатели, специальные клещи и другие механизмы. Передача заготовок от оборудования к оборудованию осуществляется с помощью монорельсовых тележек и качающихся транспортеров. Для сложных манипуляций с поковкой в процессе ковки в современных цехах устанавливают напольные рельсовые и безрельсовые манипуляторы, представляющие собой тележку, снабженную клещами, которые могут подниматься и опускаться, поворачиваться и вращаться вокруг продольной оси.
Смена бойков крупных прессов – длительная и трудоемкая операция. Поэтому прессы оборудованы подвижными столами, выкатывающими бойки из-под пресса под мостовой кран. Применяют автоматизацию работы ковочных прессов. В ряде производств прессы и молоты переводят на программируемую работу по режимам ходов и обжатий.
Применение радиоактивных изотопов позволяет довести точность размеров крупных поковок на прессах до 1 мм по высоте и тем самым повысить ее в несколько раз.
^
В промышленности ковку производят преимущественно на ковочных молотах и ковочных гидравлических прессах.
Применяют молоты паровоздушные и приводные (пневматические, рессорно-пружинные и др.).
На рис. 2 показан паровоздушный молот двойного действия.
Главной характеристикой молотов является масса падающих частей: поршня 1, штока 2, бабы 3 и верхнего бойка 4. Нижний боек 5 закреплен на подушке 6, а подушка – на шаботе 7. Заготовку (поковку) устанавливают на нижнем бойке. Золотник 8, которым с помощью системы рычагов управляет машинист молота, пускает пар или сжатый воздух под давлением 40…90 Мн/м 2 (4…9 ат) в нижнюю (под поршень) или верхнюю (над поршнем) полость цилиндра 9. Соответственно падающие части поднимаются или опускаются, масса падающих частей ускоряется суммарной силой собственного веса и полного д
авления на поршень.
По типу станины представленный молот является двухстоечным арочным. Крупногабаритные поковки обрабатывают на двухстоечных мостовых молотах, а мелкогабаритные – на одностоечных молотах. Современные паровоздушные молоты в основном имеют массу падающих частей, равную 1…5 т, и применяются для изготовления поковок средней массы из небольших слитков качественной стали, блюмов и прокатной заготовки. Мелкие поковки получают из сортового проката на пневматических ковочных молотах, масса падающих частей которых составляет 0,1…1,0 т .
Пневматический молот (рис. 3) имеет два цилиндра: рабочий 1 и компрессорный 2. Поршень рабочего цилиндра соединен с бабой 3 или баба просто является частью этого поршня. Поршень 4 компрессорного цилиндра приводится от электродвигателя через редуктор и кривошипно-шатунный механизм 5. При соединении попарно верхних и нижних полостей рабочего и компрессорного цилиндров вращение кривошипного вала сообщает бабе непрерывное возвратно-поступательное движение по вертикали, удары по поковке полостей через равные промежутки времени. Воздухораспределительный механизм 6 позволяет, кроме того, вести ковку единичными ударами, держать бабу на весу, прижимать поковку к нижнему бойку, совершать холостой ход, когда баба неподвижна в нижнем положении при непрерывном вращении кривошипного вала. Упругой связью между поршнями рабочего и компрессорного цилиндров в пневматических молотах является воздух. Работоспособность молотов характеризуется энергией удара:
Ковка и штамповка изделий (2)
... и относительно спокойным безударным характером работы. Возможность применения автоматических перекладчиков заготовок. Более высокой производительности в 1,4…2 раза при штамповке поковок шестерен, так как деформация на прессе в каждом ручье ... одним из основных способов изготовления заготовок и деталей. Свободной ковкой и объемной штамповкой изготавливают заготовки и детали массой от десятков граммов, ...
,
где т – масса падающих частей;
V – скорость падения (3…6 м/с).
Э
ксплуатационный КПД молотов составляет 2…3 %.
Тяжелые поковки из слитков изготовляют на гидравлических прессах, развивающих усилие до 150 Мн (15000 Т).
Гидравлические ковочные прессы применяют в настоящее время и для средних поковок (вагонных осей и т.д.).
На рис. 4 показана схема гидравлического пресса. В главном (рабочем) цилиндре 1 перемещается главный (рабочий) плунжер 2, соединенный с подвижной поперечиной 3. Главный цилиндр 1 установлен в неподвижной верхней поперечине 4, которая соединена четырьмя колоннами 5 с нижней поперечиной 6, закрепленной на фундаменте. Верхний боек смонтирован в подвижной поперечине 3, перемещающейся по колоннам 5, нижний боек – в нижней поперечине 6. Подвижная поперечина 3 совершает рабочий ход вниз под действием возвратного плунжера 7, соединенного с поперечиной 3, траверсой 8 и тягой 9 и перемещающегося в возвратном цилиндре 10. Возвратный цилиндр 10 установлен на траверсе. Гидравлический насос 11 высокого давления 20…32 Мн/м 2 (200…320 ат) подает воду в магистраль пресса через гидравлический аккумулятор 12, который накапливает напорную жидкость во время технологических пауз в работе пресса и отдает ее в магистраль пресса во время рабочего хода. Распределительное устройство 13 во время рабочего хода соединяет главный цилиндр (труба 1) с магистралью высокого давления, а возвратный цилиндр (труба 11) – с приемником (баком) 14 отработавшей воды. При рабочем ходе подвижная поперечина движется вниз, и верхний боек давит на поковку. Когда главный цилиндр соединяется с баком 14, а возвратный цилиндр – с магистралью высокого давления, подвижная поперечина движется вверх. Имеется несколько воздушных резервуаров 15, входящих в систему аккумулятора 12. Полости резервуаров сверху соединены между собой и с аккумулятором. В резервуарах 15 поддерживается необходимое давление воздуха с помощью компрессора. Под таким же давлением находится жидкость в аккумуляторе. Автоматические регуляторы прекращают действие насоса 11, когда жидкость в аккумуляторе поднимется до определенного уровня, и не допускают подачи жидкости в магистраль, если ее уровень в аккумуляторе минимально допустимый.
Применяют также паро-гидравлические прессы, в которых источником высокого давления является не насос, а специальный аппарат – паровой или воздушный мультипликатор. Принцип действия мультипликатора состоит в следующем. Пар давлением 0,6…1,2 Мн/м 2 (6…12 ат) давит на поршень парового цилиндра, шток которого является плунжером гидравлического цилиндра. Гидравлический цилиндр подает жидкость в магистраль высокого давления пресса. Давление жидкости во столько раз больше давления пара, во сколько раз площадь парового поршня больше площади плунжера гидравлического цилиндра. Давление жидкости в магистрали пресса достигает 6 Гн/м2 (600 ат).
Объемная штамповка и обработка металлов резанием
... 5-7 . Излишек металла на поковке (напуск) также является отходом. Для осуществления объемной штамповки с меньшим уклоном (1-2) в штампах применяют выталкиватели: при штамповке на молотах – только нижние, ... и условий обработки. Исходный материал – прокатные прутки, разделенные на мерные заготовки, равные по объему будущей поковке (с учетом неизбежных отходов). Масса получаемых изделий от нескольких г ...
Усилие пресса определяют по формуле:
,
где р – давление воды;
F – площадь поперечного сечения рабочего плунжера;
– механический КПД, равный 0,8…0,9.
^
Под объемной штамповкой понимают процесс, при котором металл заготовки деформируется с изменением всех размеров заготовки, принимая форму рабочей поверхности специального инструмента – штампа. При этом форма и размеры рабочей полости (ручья) штампа полностью определяют конфигурацию изготовляемой поковки. Штампы по конструкции могут быть одноручьевыми – для деталей простой формы, и многоручьевыми – для сложных. Горячую штамповку ведут в интервале температур, обеспечивающих снятие
^
Горячая штамповка по сравнению с ковкой обладает рядом преимуществ. Прежде всего, значительно более высокая производительность, в десятки раз превышающая производительность свободной ковки; высокая точность и качество поверхности штампуемых поковок. При этом резко сокращается дальнейшая чистовая обработка резанием. Применение горячей штамповки взамен ковки обеспечивает массовый выпуск дешевой продукции благодаря значительному снижению расхода металла на поковки и трудоемкости их дальнейшей обработки.
Штамповкой получают детали исключительно сложной формы. Однако необходимо учитывать, что штамп годен только для изготовления той поковки, для которой он спроектирован, в отличие от универсального инструмента свободной ковки. Поэтому применение штамповки экономически выгодно лишь при серийном или массовом производстве. Горячую объемную штамповку применяют в машиностроении и других отраслях промышленности для изготовления сложных по форме заготовок ответственных деталей машин из стали, цветных металлов и их сплавов.
Применяют два основных метода штамповки: в открытых штампах, с образованием облоя, и в закрытых штампах – безоблойную.
Штампы представляют собой массивные толстостенные детали, в которых выполнены рабочие полости – гравюры, формообразующие поковку. Штамп состоит минимум из двух частей – половин. Поверхность совпадения частей штампа называют поверхностью разъема. Штамп, состоящий их нескольких частей, каждая из которых имеет часть общей гравюры, называют многоразъемным.
Различают открытые и закрытые штампы. В простейшем случае открытый штамп (рис. 5 а) для цилиндрической детали имеет гравюру в одной половине, а вторая половина является плоским бойком. Если объем заготовки в точности равен объему полости гравюры (поковки), то заполнение гравюры будет идеальным (см. рис. 5 б, в), однако практически трудно получить заготовку точного объема, поэтому ее выполняют несколько большей, чтобы гарантировать заполнение гравюры, как показано на рис. 5 г…е. Избыток металла вытекает в разъем штампа в виде облоя (заусенца).
Такую штамповку называют облойной, а штамп – облойным. Облой является отходом и подлежит удалению.
Поковка, упруго разжимая штамп в момент штамповки, сильно охватывается им после снятия нагрузки. Чтобы легче извлечь поковку из штампа его стенки делают наклонными к разъему. Штамповочный уклон остается в виде напуска на теле поковки.
Закрытые штампы отличаются тем, что гравюра выполняется в одной из половин штампа, а вторая половина входит в первую, запирая ее. В таком штампе весь объем металла заготовки остается в поковке. Выход для облоя не предусмотрен. Штамп и штамповку называют безоблойными. Штампы подвергают чрезвычайно высоким нагрузкам – механическим и тепловым. При штамповке стали удельные усилия на поверхности гравюры достигают 1 Гн/м 2 (100 кГ/мм2 ), а температура на контакте с поковкой составляет 700…800 С. Поэтому штампы изготовляют из закаленной и отпущенной штамповой стали, легированной хромом, никелем, вольфрамом, молибденом, ванадием и т.п. Стойкость горячих штампов невелика – 3000…10000 штук поковок. Учитывая высокую стоимость штампа, следует отметить, что горячая штамповка выгодна т
олько для достаточно больших партий деталей (тысяч и десятков тысяч штук).
Штамповку производят на различных машинах: штамповочных молотах, кривошипных горячештамповочных прессах, гидравлических и фрикционных прессах, горизонтально-ковочных и горизонтально-гибочных машинах, ковочных вальцах и др.
Из штамповочных молотов наибольшее применение получили паровоздушные молоты двойного действия и приводные фрикционные молоты простого действия.
П аровоздушные штамповочные молоты имеют аналогичный ковочным молотам принцип действия. Они отличаются от ковочных молотов наличием двухстоечной станины непосредственно на шаботе, а также усиленными регулируемыми направляющими для движения бабы, что обеспечивает необходимую точность соударения штампов. Масса падающих частей паровоздушных штамповочных молотов обычно не превышает 20…30 тонн. Молоты – относительно дешевое оборудование.
Приводные фрикционные молоты имеют ряд конструктивных разновидностей. Наибольшее распространение получили фрикционные молоты с доской, имеющие массу падающих частей до 5 тонн. Схема фрикционного молота показана на рис. 6. Баба 1 прикреплена к деревянной доске 2. Верхняя часть доски входит в зазор между двумя чугунными роликами 3, которые получают вращение от электродвигателя через какую либо передачу. Ось одного ролика закреплена неподвижно, а ось другого ролика с помощью специального механизма получает возвратно-поступательное движение. Таким образом, подвижный ролик может прижимать доску к ролику с неподвижной осью. Ролики зажимают доску с силой, достаточной для возникновения силы трения, большей, чем масса падающих частей. Поэтому при сведенных роликах доска вместе с бабой перемещаются вверх. Ролики разводятся при подходе доски к крайнему верхнему положению, после чего падающие части ее перемещаются по инерции до крайнего верхнего положения, затем движутся вниз. Молот имеет тормозной механизм с двумя колодками 4, которым штамповщик управляет с помощью педали 5. Когда педаль отпущена, колодки 4 заклинивают доску и баба может удерживаться на весу. При непрерывно нажатой педали молот автоматически наносит удары через равные промежутки времени.
Фрикционные молоты имеют более низкую производительность, чем паровоздушные. Их конструкция, кроме того, не позволяет регулировать энергию удара в процессе штамповки, что очень важно, если поковка сложной формы. Поэтому фрикционные молоты получили меньшее распространение, чем паровоздушные.
Как правило, молотовые штампы делают монолитными с одной поверхностью разъема и без выталкивателей. Обе половины штампа закреплены в подушке и бабе забивными клиньями. Обычная штамповка на молоте – облойная ввиду отсутствия выталкивателей и ведется за несколько ударов.
Когда поковка несложной формы, ее штампуют сразу из проката (квадрат, круг, полоса).
Для поковок сложной формы исходную заготовку изготовляют специально, чтобы получить максимальное подобие конфигурации заготовки и поковки. Эти операции производят свободной ковкой или штамповкой. Часто применяют многоручьевые штампы, имеющие несколько полостей (ручьев) для последовательной деформации заготовки. Технология штамповки может предусматривать последовательное использование рядя штампов, установленных на нескольких молотах или нескольких различных машинах: молотах и прессах, молотах и ковочных вальцах и т.д. В многоручьевых штампах, применяемых для получения заготовки, получаются следующие основные виды ручьев: штамповочные, заготовительные и отрубной (нож).
Штамповочные ручьи бывают окончательными (чистовыми) и предварительными (черновыми).
Заготовительные ручьи предназначены для перераспределения массы заготовки по главным осям поковки согласно распределению массы в поковке. К ним относятся формовочный, пережимной, подкатной, протяжной, гибочные ручьи.
Окончательный ручей, обязательный для любого штампа, предназначен для штамповки уже готовой поковки (с облоем).
Деформация в нем невелика, что позволяет повысить точность размеров поковки.
Предварительный ручей применяют при штамповке поковок сложной формы для уменьшения износа окончательного ручья. Основная деформация, необходимая для получения конечной формы поковки, происходит в предварительном ручье, повторяющем по форме окончательный ручей, но с большими радиусами закруглений и без канавки для заусенца.
В формовочном ручье поковке придается форма, приближающаяся к форме поковки в плоскости разъема штампов. При этом площадь поперечного сечения заготовки изменяется незначительно.
Пережимной ручей предназначен для уширения заготовки без ее заметного удлинения. В формовочный и пережимной ручьи заготовка поступает чаще без предварительной обработки, реже – после протяжного ручья. После обработки в формовочном и пережимном ручьях заготовка попадает в штамповочный ручей (предварительный или окончательный).
Подкатной ручей позволяет перераспределять объем металла вдоль оси заготовки в соответствии с формой поковки, т.е. увеличивать одни поперечные сечения за счет уменьшения других. Заготовка поступает в подкатной ручей либо без предварительной обработки, либо из протяжного ручья. После каждого удара в подкатном ручье заготовку кантуют. После подкатного ручья заготовка чаще всего попадает в штамповочный ручей, реже – в гибочный или в формовочный.
В протяжном ручье площади поперечных сечений отдельных участков заготовки уменьшаются за счет протяжки. В этом ручье обычно производится первая штамповка, после чего заготовка передается в любой другой ручей.
Гибочный ручей придает заготовке форму, соответствующую форме поковки в плоскости разъема штампов, путем гиба. Гибочный ручей может применяться в любой последовательности среди заготовительных ручьев.
Отрубной ручей применяется тогда, когда поковка штампуется от прутка, т.е. одна заготовка (пруток) служит для последовательной штамповки нескольких поковок. В этом случае готовую поковку отрубают от прутка на отрубном ноже.
М ногочисленный класс кузнечных машин составляют кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП).
Рабочей частью таких прессов служит ползун, совершающий возвратно-поступательное движение (вниз и вверх) при полном повороте кривошипного вала. Кинематическая схема кривошипного штамповочного пресса показана на рис. 7. Электродвигатель 1 передает вращение промежуточному валу 3 через клиноременную передачу 2. Зубчатая передача 4–5 служит для передачи вращения от промежуточного вала 3 кривошипному валу 6. Фрикционная дисковая муфта 7 с пневматическим зажимом служит для сцепления зубчатого колеса 5 с кривошипным валом 6. Тормоз 8 останавливает кривошипный вал 6 после выключения муфты 7. Ползун 9, связанный с валом 6, с помощью шатуна 10 передает усилие деформации.
Кривошипные горячештамповочные прессы с усилием 2…100 Мн (200…10000 Т), позволяющим производить штамповку в открытых штампах, выдавливанием, прошивкой и др., имеют выталкиватели, с помощью которых поковка автоматически извлекается из штампов. В этом основное преимущество перед молотами. Кроме того, штамповочные уклоны на поковках с прессов в несколько раз меньше, припуски также меньше, поковки легче. Значительно увеличивается точность поковки, особенно по ее высоте в связи с тем, что ползун имеет жесткий ход. Производительность кривошипного пресса в 1,5…3 раза выше производительности молота, так как обработка в одном ручье штампа осуществляется за один ход ползуна, а на молоте – за несколько ударов.
Однако следует учитывать, что штамповка на кривошипном прессе имеет и недостатки. Заготовка должна поступать на пресс очищенной от окалины, а подкатку и протяжку на прессе выполнять трудно и неэффективно: эти операции приходится производить на другой кузнечной машине – молотах, ковочных вальцах и т.п.
Вследствие упругой деформации частей пресса в завершающий момент штамповки верхняя и нижняя половины штампа не соприкасаются, и высота поковки увеличивается на высоту упругой деформации. Это учитывается конструкцией и настройкой штампов. Особенно эффективна на КГШП штамповка выдавливанием металла по оси движения инструмента. Отсутствие ударных нагрузок позволяет делать штампы КГШП сборными из вставок, смонтированных в блоках штамподержателей.
Горизонтально-ковочные машины (ГКМ) – еще более сложное оборудование, чем КГШП, и имеют штампы, состоящие из трех частей: неподвижной матрицы, подвижной матрицы и пуансона с разъемом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Подвижные части машины совершают движение в горизонтальной плоскости (рис. 8).
Неподвижная матрица 1 установлена в неподвижной щеке 2, а подвижная матрица 3 – в подвижной щеке 4. Пуансон 5 закреплен на ползуне машины. Пруток 6 вставляют в матрицу 1 и фиксируют упором 7 (рис. 8 а).
Рабочий ход начинается с движения щеки 4 с матрицей 3 и ползуна с пуансоном 5. Матрица 3 прижимает пруток к матрице 1, упор 7 автоматически уходит в сторону (рис. 8 б), после чего пуансон 5 начинает производить высадку части прутка, выступающего за пределы зажимной части матриц. Ползун передвигается на величину хода пуансона до переднего крайнего положения. В это время металл заполняет формующую полость, находящуюся перед зажимной частью матриц (рис. 8 в).
Кроме размещения формующей полости в матрицах, как показано на рис. 8, применяют и другой вариант: формующая полость может находится в пуансоне или в матрицах и в пуансоне. Завершающая стадия цикла – движение ползуна в исходное положение, р
аскрытие матриц и удаление отштампованной заготовки (рис. 8 г).
На горизонтально-ковочной машине можно выполнять несколько последовательных штамповок в различных ручьях, оси которых расположены горизонтально одна над другой. Привод ползуна от кривошипно-шатунного механизма, с которым с помощью бокового ползуна и системы рычагов связана подвижная щека. Таким образом, движения ползуна и щеки имеют жесткую связь, т.е. каждому положению ползуна соответствует определенное положение подвижной щеки. Горизонтально-ковочные машины развивают усилие на ползуне до 30 Мн (3000 Т).
Наиболее эффективно использовать горизонтально-ковочные машины для получения деталей, имеющих форму различных тел вращения. Основная операция, при которой достигается максимальная производительность машины (до 900 поковок/ч), – высадка или высадка с прошивкой. Весьма широко используют ГКМ для изготовления втулок и колец высадкой и прошивкой из прутка (рис. 9).
Кольцо штампуется из длинного прутка, нагретого с одного конца. В первом переходе пруток 1 зажимается в матрице 2 и высаживается головка пуансоном 3. После раскрытия матрицы в ручье 1 пруток с высаженной головкой передается в ручей 11, где прошивной пуансон 4 делает наметку под просечку. Переложив пруток в ручей 11, просечным пуансоном выбивают пруток из головки, образуя кольцо без отходов.
Гидравлические штамповочные прессы по принципу действия не отличаются от ковочных, но имеют значительно большую мощность, что связано с большей энергоемкостью процесса штамповки. Современные гидравлические штамповочные прессы развивают усилие до 700 Мн (70 000 Т).
Система привода – насос или насос с аккумулятором. Эти прессы специализированы в основном для штамповки в закрытых штампах; штамповки с прошивкой и в комбинации с другими операциями; штамповки в открытых штампах с образованием заусенца; протяжки прошивных заготовок через кольца или вращающиеся ролики.
Последняя операция является по существу проталкиванием не до конца прошитой заготовки с донышком, в которое упирается пуансон, через волоку. На гидравлических прессах можно штамповать поковки сложной формы в многоручьевых штампах, поэтому они играют очень важную роль в производстве сложных деталей из алюминиевых сплавов. Гидравлические прессы большой мощности используют для штамповки крупногабаритных поковок из стали, титана и легких сплавов размерами в несколько метров, массой до 1 т. Нагретые стальные заготовки перед штамповкой следует очищать от окалины, так как полученным поковкам предъявляются повышенные требования к качеству п
оверхности.
Винтовые фрикционные прессы сочетают ударное и статическое действие и относятся к машинам промежуточного вида – между молотами и прессами. К особым преимуществам этих прессов следует отнести простоту конструкции, наличие выталкивателя и возможность точного дозирования энергии удара регулировкой хода ползуна. Благодаря этому винтовые прессы используют при производстве точных турбинных лопаток без припусков на механическую обработку. Прессы выпускают усилием до 20 Мн (2000 Т), а в новой модификации с гидравлическим приводом (гидровинтовые прессы) до 40 Мн (4000 Т).
Традиционная область применения винтовых прессов – горячая штамповка: высадка крепежных деталей, облойная и безоблойная штамповка, чеканка и калибровка. На прессах успешно штампуют зубчатые шестерни, причем точность штамповки достигает 0,1…0,2 мм.
Горизонтально-гибочные машины (бульдозеры) фактически являются горизонтальными прессами с приводом ползуна от кривошипно-шатунного механизма. В стандартных конструкциях усилие на ползуне не превышает 5 Мн (500 Т).
В основном производят штамповку гибкой, кроме того, можно пробивать отверстия. Заготовкой служит прокат различных профилей или поковка.
Ковочные вальцы (рис. 10) имеют два валка с закрепленными секторными штампами. В момент, когда при вращении валков штампы расходятся, они обжимают заготовку, выталкивая ее при этом на передний стол. На ковочных вальцах производят в основном вытяжку с изменением формы в продольных и поперечных сечениях, что определяется конструкцией ручьев секторных штампов. Вальцы используют для изготовления готовых изделий и фасонных заготовок для других кузнечно-штамповочных машин. Массовые детали типа цепных звеньев, ключей и т.п. можно изготовлять продольной периодической прокаткой-штамповкой в вальцах: на поверхности валков большого диаметра (около 900 мм) укреплены секторы-штампы с гравюрами, в валки задается полоса или пруток, из которого за один ход формуется полоса с отпечатками гравюр штампов и облоем.
После штамповки заготовку подвергают отделочным операциям: обрезке и зачистке облоя, правке, калибровке.
Обрезка облоя, образующегося на поковке по линии разъема в штампах, осуществляется в горячем или холодном состоянии в обрезных штампах на обрезных кривошипных прессах. Последние по принципу действия не отличаются от рассмотренных кривошипных штамповочных прессов. Обрезка заключается в проталкивании поковки пуансоном через плотное отверстие с острой кромкой на матрице. Внутренний заусенец, т.е. перемычка, возникающая при наметке отверстий в поковке при штамповке, удаляется пуансоном прошивного штампа. Обрезка наружного облоя и прошивка внутреннего могут быть выполнены за о
дин ход пресса в комбинированном штампе.
При штамповке на горизонтально-ковочной машине возникает радиальный облой. Его удаляют в обрезном ручье на самой машине. Для зачистки неровностей, среза облоя и мелких торцовых заусенцев применяют наждачные станки.
Штампованные поковки часто нуждаются в правке, так как после обрезки заусенцев может произойти искривление осей и искажение формы.
Правку средних и крупных поковок ведут в горячем состоянии, а мелкие поковки поддаются правке и в холодном состоянии. Операция правки проводится на штамповочных молотах в специальном правочном штампе или окончательном ручье, а также на кривошипных обрезных прессах. В последнем случае устанавливают правочный штамп рядом с обрезным.
Калибровка обеспечивает точные размеры и массу, а также качество поверхности поковки, что позволяет обойтись без дальнейшей механической обработки калиброванных поверхностей. Иногда после калибровки производят шлифование. Применяют холодную (чеканку) и горячую калибровку. Чеканка дает большую точность размеров и лучшее качество поверхности, но ее нельзя применять для поковок больших размеров.
Специальная калибровочная машина – кривошипно-коленный чеканочный пресс, развивающий большое усилие на ползуне при сравнительно малом крутящем моменте на кривошипном валу. Калибровку также ведут и на кривошипных горячештамповочных прессах, молотах и винтовых фрикционных прессах. Конечно, точность калибровки на неспециализированных машинах ниже, и поэтому последние используются в основном для горячей калибровки.
Различают плоскостную, объемную и комбинированную холодную калибровку.
Плоскостная калибровка гарантирует точность размеров между отдельными параллельными плоскостями поковки и улучшает качество поверхности по этим плоскостям.
Объемная калибровка предназначена для улучшения качества поверхностей всей поковки с одновременным повышением точности размеров. Штамп для объемной калибровки соответствует конфигурации поковки. Точность объемной калибровки на 30…40% ниже, чем плоскостной. Объемную калибровку применяют также для нагретых поковок. При этом значительно уменьшается усилие калибровки, но ухудшается качество поверхности и точность размеров.
Комбинированная калибровка – это сочетание объемной и плоскостной калибровок: вначале производят объемную калибровку, а затем плоскостную. При холодной калибровке возникают значительные усилия, вызывающие упругое сжатие штампа. Благодаря этому поковка получает выпуклость (чечевичность) торцов. Для компенсации упругого сжатия рабочую поверхность штампа делают выпуклой.
Перед операцией калибровки поверхность поковки должна быть очищена от окалины травлением или дробеструйной и пескоструйной обработкой. Хорошие результаты дает сочетание химической и механической очистки.
В промышленности применяют также комбинированные процессы обработки давлением, включающие, например, ковку, объемную штамповку и прокатку.
^
Холодной объемной штамповкой обрабатывают цветные, легкие и тяжелые металлы, а также стали. Прежде всего этот способ применяют для изготовления массовых изделий небольших размеров: заклепок, гвоздей, болтов, гаек и т.п. Отсутствие нагрева, а следовательно, окалины и тепловых усадок позволяет получать при помощи холодной объемной штамповки точные детали с допусками на размеры порядка сотых и десятых долей миллиметров с чистотой поверхности 6…9-го класса. Исходной заготовкой для объемной штамповки служит калиброванный круглый пруток диаметром от 0,6 до 38 мм (для метизов) и шайбы, вырубленные из листов.
Основная операция при производстве метизов – высадка с истечением металла перпендикулярно движению инструмента, а оборудованием служат холодновысадочные автоматы производительностью от 30 до 400 деталей в минуту. В зависимости от сложности детали ее изготовляют за один или несколько переходов (ударов молота).
Поскольку пластическая деформация в этих процессах идет при температурах ниже температуры рекристаллизации, то металл изделия упрочняется тем больше, чем больше степень деформации. Это используют при замене обработки резанием холодной объемной штамповкой. В ряде случаев упрочнение материала при штамповке заменяет термическую обработку (закалку с отпуском), которая применялась после механической обработки детали. Упрочнение металла сопровождается благоприятным расположением макроволокон в изделии.
Наряду с высадкой в холодной объемной штамповке широко используется процесс выдавливания (прессования, экструзии), т.е. истечения металла по оси движения инструмента. Холодным объемным выдавливанием изготавливают фасонные изделия массой от 1 г до 35 кг, диаметром до 216 мм и длиной до 1500 мм. При этом минимальная толщина стенки может достигать 0,1 мм. Экономическая рентабельность партии изделий для холодного объемного выдавливания в зависимости от технологичности детали и стойкости штампов определяется в 3000…10000 шт. Однако в отдельных случаях может быть экономична и партия в 500 шт. Процесс особенно эффективен для массового производства, например тюбиков, корпусов снарядов, гильз, деталей автомашин, велосипедов и т.д. Некоторые типичные формы изделий показаны на рис. 11.
Д
ля холодного выдавливания применяют прессы механические, фрикционные и гидравлические, снабженные выталкивающими устройствами. Гидравлические прессы для холодной объемной штамповки развивают усилие до 60 Мн (600 Т).
При разработке технологии холодной штамповки следует иметь в виду, что суммарная степень деформации, необходимая для получения изделия из заготовки, может оказаться выше допускаемой без разрушения металла. Поэтому обычно сложные детали изготовляют за несколько переходов, осуществляя снятие наклепа между отдельными переходами с помощью термической обработки. Уменьшение разовой деформации в результате распределения суммарной деформации по переходам снижает усилие штамповки и повышает стойкость штампов.
^
Листовой штамповкой получают разнообразные детали из различных сталей и сплавов, находящие широкое применение в авиационной, автомобильной, тракторной промышленности, производстве товаров широкого потребления и других отраслях народного хозяйства. Основной признак листовой штамповки – неизменность толщины заготовки в ходе обработки. В качестве заготовки используют лист, ленту, полосу, фасонный профиль и т.д.
Различают толстолистовую и тонколистовую штамповку, причем к тонколистовой относят штамповку заготовок толщиной менее 4 мм. Тонколистовую штамповку, как правило, ведут в холодном состоянии, а при толщине листа более 10 мм применяют только горячую штамповку. Необходимо отметить, что штамповкой получают также изделия из листовых неметаллических материалов. Процесс листовой штамповки отличается высокой производительностью (до 40000 деталей в смену с одного штампа), легко поддается механизации и автоматизации, обеспечивает высокую точность размеров и хорошее качество поверхностей отштампованных деталей. Операции листовой штамповки делят на разделительные и формоизменяющие. К разделительным операциям относятся отрезка, вырубка и пробивка.
Отрезку чаще всего применяют для разделения листа на полосы нужной ширины. Эту операцию производят на ножницах с параллельными и наклонными ножами (гильотинных) и дисковых.
Вырубка и пробивка – это процессы отделения части заготовки по замкнутому контуру. При вырубке отделяемая часть является изделием или заготовкой, а при пробивке отделяемая часть – это отход. Пробивкой получают отверстия. Технология обеих операций идентична: пуансон выдавливает отделяемую часть в отверстие матрицы. Рабочие кромки пуансона и матрицы заостряют, а зазор между пуансоном и отверстием матрицы обычно равен 5…10% от толщины заготовки.
К формоизменяющим операциям относятся гибка, вытяжка, обжим, отбортовка, формовка.
Гибка (рис 12 а) изменяет направление оси заготовки. При этом верхние слои заготовки сжимаются, а нижние – растягиваются. Нейтральный слой радиуса р растяжению и сжатию не подвергается. Минимальный радиус изгиба, при котором не возникает разрушение наружных слоев заготовки от растягивающих напряжений
r min =(0,25…0,30)s ,
где s – толщина заготовки.
Естественно, что с увеличением пластичности изгибаемого материала можно уменьшать радиус изгиба.
После окончания гибки вследствие упругой деформации (пружинения) изделие несколько распрямляется. Необходимую длину заготовки определяют, считая, что длина изделия по нейтральному слою равна длине заготовки.
Вытяжка (рис. 12 б, в) – операция, при которой плоская заготовка превращается в полое изделие или полуфабрикат. Заготовка для тел вращения имеет форму диска и изготовляется обычно вырубкой.
Как видно из рис. 12 б, средняя часть заготовки, проталкиваемая пуансоном в отверстие матрицы, уменьшает по диаметру кольцевую часть (фланец), и край заготовки, таким образом, приближается к кромке отверстия матрицы. Операция заканчивается, когда вся заготовка проталкивается пуансоном через отверстие матрицы. Чтобы уменьшить вероятность разрыва заготовки от концентрации напряжений на кромке пуансона и матрицы, необходимо выдерживать следующие соотношения размеров:
r n =(4…6)s ;
r m =(5…10)s ;
z =(1,1…1,3)s .
Н
а вероятность разрушения влияет также величина отношения диаметра заготовки D з к диаметру вытянутого изделия d изд : чем больше это отношение, тем больше растягивающие радиальные напряжения на переходе от донышка к фланцу. Эти напряжения могут вызвать прорыв донышка. Практически коэффициент вытяжки равен
.
Размеры заготовки определяют, приравнивая площади поверхности изделий и заготовки. Это допустимо, так как при вытяжке в среднем толщина листа остается постоянной (у донышка толщина незначительно уменьшается, а по краям – несколько увеличивается).
Ограничение коэффициента вытяжки не всегда позволяет получить изделие с заданным отношением высоты к диаметру за одну операцию вытяжки. Для этой цели проводят несколько операций вытяжки. Для каждой последующей вытяжки (рис. 12 в) заготовкой служит полуфабрикат, полученный предыдущей вытяжкой. Диаметр полуфабриката уменьшается от вытяжки к вытяжке, а его длина увеличивается. Максимальный коэффициент вытяжки применяют при первой вытяжке.
Вытяжка может вызвать образование складок по длине штампуемого изделия (полуфабриката) вследствие тангенциального сжатия фланца. Складкообразование можно предотвратить, если прижать фланец к торцу матрицы. Прижим может быть жестким и подвижным. Жесткий (неподвижный) прижим – это прижимное кольцо, устанавливаемое в штампе таким образом, чтобы зазор между ним и рабочим торцом матрицы был несколько больше толщины заготовки. Усилие подвижного прижима создается пружинами, резиновым вкладышем или сжатым воздухом. Холодная вытяжка, как и всякая операция холодной деформации, вызывает наклеп. Поэтому перед последующими вытяжками полуфабрикат подвергают отжигу, травлению, промывке и сушке. При вытяжке весьма важно снизить трение по рабочим поверхностям матрицы и прижимного кольца, чтобы уменьшить вероятность прорыва донышка. Это достигается смазкой чистыми минеральными маслами, минеральными маслами с графитом, мелом или тальком, мыльными эмульсиями.
Иногда применяют вытяжку с утонением: зазор между пуансоном и матрицей устанавливают меньше толщины исходного листа, в результате толщина стенки полой детали получается меньше толщины донышка.
Обжим позволяет уменьшить поперечное сечение конца заготовки, заталкиваемой в матрицу. Для предотвращения появления складок на обжатой части заготовки необходимо выдерживать соотношение
d заг. /d изд. =1,2…1,3.
Отбортовка (рис. 12 г) – операция, при которой из плоского участка заготовки с отверстием путем раздачи отверстия получают горловину (борт).
Для малых отверстий применяют сферический или конический пуансон с радиусом закругления
r п =(5…10)s .
Увеличение диаметра отверстия оценивается коэффициентом отбортовки К от . Чтобы не возникло трещин по краю отверстия, при отбортовке выбирают
Формовка – изменение формы в результате локальных деформаций растяжения. Примером формовки может служить раздача средней части вытянутого полуфабриката при помощи резинового вкладыша, создающего боковое давление на стенки стакана под действием осевого усилия пуансона (рис. 12 д).
После формовки вкладыш легко удаляется из изделия.
Листовую штамповку производят на гидравлических и кривошипных прессах.
Гидравлические прессы, рассмотренные выше (см. рис. 4), применяют в основном для штамповки толстого листа.
Широко распространены кривошипные прессы простого и двойного действия. Кривошипные прессы простого действия аналогичны по схеме рассмотренным кривошипным прессам для объемной штамповки (см. рис. 7).
Кривошипные прессы двойного действия применяют, в частности, для вытяжки крупных деталей. Такие прессы имеют два ползуна. Внутренний ползун, к которому крепится вытяжной пуансон, приводится в возвратно-поступательное движение от кривошипно-шатунного механизма. Наружный ползун с прижимным кольцом тоже движется возвратно-поступательно, так как связан с коленчатым валом посредством кулачков. Кинематика ползунов регулируется таким образом, чтобы пуансон начал вытяжку после прижатия наружным ползуном заготовки к торцу матрицы. В процессе вытяжки наружный ползун остается неподвижным, а внутренний перемещается вместе с пуансоном. После окончания вытяжки оба ползуна поднимаются.
Для листовой штамповки применяют штампы простого действия и многооперационные штампы.
В штампах простого действия можно выполнять какую-либо одну операцию листовой штамповки. Многооперационные штампы позволяют выполнять до пяти операций и более за один ход пресса, причем переход от одной операции к другой совершается перемещением заготовки в направлении подачи. Обычно многооперационные штампы используют для вырубки, пробивки, вытяжки, гибки и отбортовки. Наибольшую эффективность эти штампы имеют при штамповке рулонной ленты с автоматизированной подачей в пресс.
Существуют упрощенные методы штамповки листа, к которым отностися штамповка резиной и токарно-давильные работы, для получения небольших серий изделий, когда изготовление штампов становится экономически невыгодным.
Штамповка резиной производится на гидравлических прессах и включает операции вырубки и пробивки, формовки, отбортовки и вытяжки, гибки. На рис. 13 показана схема вырубки и пробивки. На стол пресса устанавливают металлический шаблон из листа толщиной около 10 мм, имеющий контур и размеры вырубаемого изделия. Лист-заготовку помещают на шаблон таким образом, чтобы края заготовки выступали за контур шаблона. Резиновая подушка, закрепленная в ящике на ползуне пресса, при опускания ползуна сначала, прижимая заготовку к шаблону, отгибает выступающие ее края до прижатия к столу, затем обрывает заготовку по линии соприкосновения с острыми краями шаблона. Вырубленное изделие остается на шаблоне.
При пробивке отверстия на шаблоне остается отход металла. Толщина листа-заготовки при штамповке резиной не должна превышать 1,5 мм.
Т
окарно-давильные работы позволяют получать изделия, являющиеся телами вращения (рис. 14).
На планшайбе токарно-давильного станка закрепляют деревянную форму, к которой суппортом (упором) прижимают заготовку. Рабочий торец давильника давит на вращающуюся вместе с планшайбой заготовку, постепенно деформируя ее по форме. В результате заготовка принимает конфигурацию формы.
Развитие этого метода привело к созданию нового процесса – раскатки (спиннинг-процесс) с утонением стенки. При раскатке используют стальную оправку, заготовкой служит лист или труба. Раскатку ведут роликами или шариками на специальных раскатных станках. Из трубной заготовки можно получить очень сложную деталь высокой точности и чистоты. Наружной и внутренней раскаткой получают изделия больших размеров диаметром до 4 м и длиной до 9 м, в том числе баки и отсеки реактивных двигателей и т.п.
Следует отметить, что разнообразие форм изделий из листового металла еще больше расширяется при использовании комбинированного процесса штамповки-сварки. Штампованно-сварные изделия успешно конкурируют с литыми изделиями и изделиями, полученными обработкой резанием, по экономичности и качеству.
^
-
Богоявленский К.Н., Жолобов В.В., Лаидихов А.Д., Постников Н.Н. Обработка цветных металлов и сплавов давлением. – М.: Металлургия, 1973. – 471с.
-
Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Третьяков А.В. и др. Технология металлов. – М.: Металлургия, 1979. – 904с.
-
Линц В.П., Максимов Л.Ю. Кузнечно – прессовое оборудование и его наладка. – М.: Металлургия, 1988. – 286с.
-
Коликов Н.П., Полухин П.И., Крупин А.В. и др. Технология и оборудование для обработки тугоплавких металлов.– М.: Металлургия, 1982. – 328с.
