Изготовление технологического оборудования обработкой давлением

В условиях, когда действует явление возврата, несколько уменьшается сопротивление деформации и увеличивается пластичность; деформирование сопровождается упрочнением, но несколько менее интенсивным, чем при холодном деформировании; нет влияния на размеры и форму зерен, получивших изменения во время деформации; возврат не препятствует процессу образования текстуры; явление возврата происходит и при нагреве холоднодеформированного металла.

Явление возврата протекает во времени, поэтому эффект его разупрочняющего действия зависит от соотношения скорости деформирования и температуры, при которой происходит данный процесс. При yувеличении скорости информирования снижается эффект возврата.

При температурах возврата может появиться старение, снижающее пластичность металла. Это явление возможно объясняется тем, что в результате выпадения мелкодисперсных частиц примесей по плоскостям скольжения затрудняется пластическая деформация, приводящая к повышению сопротивления

Деформаций и, как следствие, к повышений механических свойств.

Дальнейшее разупрочнение металла происходит при температуре выше температуры возврата, т. е. происходит при температуре более 0,4 Т_пл °К. Это явление называется рекристаллизацией. Сущность рекристаллизации заключается в том, что увеличение температуры деформируемого металла поднимает энергетический потенциал атомов, вследствие чего атомы перегруппировываются, меняются местами, появляются новые зародыши зерен.

Рис. 1. Влияние температурно-скоростного режима на степень деформации никеля: А - зона деформации с полным разупрочнением; В - то же с неполным разупрочнением; С - то же с упрочнением

Эти зародыши возникают в деформируемом металле в ячейках с относительно правильной, не искаженной в процессе деформирования решеткой. К ним присоединяются атомы с соответствующими параметрами решетки, рядом стоящие; с течением времени эти атомы, увеличиваясь в размерах, поглощают атомы искаженных деформацией зерен.

В результате деформации металла при температуре рекристаллизации происходят два противоположных процесса: деформация зерен (упрочнение) и их рекристаллизация. Этот процесс, как и при возврате, но еще в большей степени, зависит от температурно-скоростного режима деформации.

Приведем график влияния температурно-скоростного режима (рис. 1) на степень деформации никеля в %.

Таким образом, чем выше температура и степень деформации, тем выше скорость рекристаллизации, и может быть такое соотношение между этими факторами, при котором все зерна деформируемого металла получают новое строение и равно осную форму.

Установлено, что температура рекристаллизации для сплавов значительно выше, чем его составляющих, из-за того, что для перестройки решетки из разнородных атомов требуется более высокий энергетический потенциал.

В результате рекристаллизации происходят и химические процессы - выравнивание химической неоднородности зерен в результате диффузии атомов внутри кристаллитов и по границам зерен.

Рост зерна в основном также зависит от указанных выше факторов. Взаимосвязь их обычно показывается на объемных диаграммах. На рис. 2 показана диаграмма зависимости роста зерна от температуры и степени деформации, характерная для большинства металлов и сплавов. Количественные выражения на ней ориентировочные и для каждого исследования, основанного на эксперименте, будут иметь свои значения. Характер этой диаграммы может несколько измениться при высоких степенях деформации, т. е. появляется второй максимум роста зерна, изображенный пунктирными линиями и обозначенный буквой А.

Рис. 2. Диаграмма зависимости роста зерна от температуры и степени деформации

Рост зерна при высоких степенях деформации происходит в результате образования текстуры и размывания межкристаллитного вещества, что способствует более интенсивному слиянию соседних зерен в более крупные зерна и вместе с тем росту их.

Первый максимум роста зерна происходит при наличии критических степеней деформации. Зона действия критических степеней деформации обычно находится в начале деформации и занимает на диаграмме примерно 5-15% от начала координат, близких к началу температур рекристаллизации.

Резкий рост зерен в зоне критических степеней объясняется следующим.

1. В результате частичного разрушения межкристаллитного вещества происходит более тесное и непосредственное соприкосновение кристаллитов, облегчающее присоединение атомов соседних зерен к новому зерну, растущему из центра рекристаллизации. Таким образом, несколько зерен объединяются в одно.

2. С увеличением температуры прочность межкристаллитного вещества уменьшается еще больше. В результате возможно соприкосновение кристаллитов при малых степенях деформаций, т. е. критические степени деформации смещаются в началу координат, что отчетливо видно на рис. 2.20.

3. С увеличением температуры увеличивается подвижность атомов, что также способствует быстрому росту зерна при всех степенях деформации, в том числе и малых.

Кроме указанных выше причин роста зерен при температурах немного выше температуры рекристаллизации, несколько меньшую роль играет длительность выдержки, при которой наблюдается увеличение зерен. Это явление называют собирательной рекристаллизацией, которая протекает медленнее, чем рекристаллизация обработки давлением при определенных температурах. Ускорение протекания собирательной рекристаллизации происходит тогда, когда температура значительно превышает температуру рекристаллизации.

Рост зерен в этом случае объясняется тем, что атомы решетки стремятся занять такое положение, при котором имеется минимум потенциальной энергии.

Вместе с тем надо обратить внимание на то, что искажения правильности взаимного расположения атомов в поверхностных слоях зерен увеличивают потенциальную энергию в поликристалле, в то время как при увеличении размеров зерен уменьшается потенциальная энергия, так как общая поверхность зерен уменьшается.

При нагреве холоднодеформированного металла до температуры выше температуры начала рекристаллизации без дальнейшей деформации происходит также рекристаллизация. Это явление называется рекристаллизационным отжигом или просто низким отжигом; оно сопровождается увеличением зерен, и тем больше, чем больше температура нагрева, которая уменьшается с увеличением деформации, полученной в холодном состоянии.

При этом может устраниться текстура холодной деформации или появиться текстура рекристаллизации, которая может сохранить направление ориентировки, но, что чаще бывает, изменить направление преимущественной ориентировки кристаллографических осей в материале.

Текстура рекристаллизации, т. е. ее величина, направление или отсутствие какой-либо текстуры зависят от состава сплава, содержания примесей, степени деформации, температуры отжига и выдержки. Все это надо обязательно учитывать, так как текстура рекристаллизации приводит к неприятным явлениям, как, например, к анизотропии механических свойств. Рекомендуемые в дальнейшем режимы обработки указаны с учетом этих явлений.

Рассмотрим влияние температуры на сопротивление деформированию и пластичность по всему диапазону на графике (рис. 2.20), характерном для большинства углеродистых сплавов:

нагрев примерно до 100° С незначительно снижает прочность и повышает пластические свойства;

нагрев до 300° С, наоборот, снижает пластичность и значительно повышает прочностные характеристики - это состояние называется синеломкостью;

нагрев до 1000° С резко снижает сопротивление деформированию, так как значительно снижаются прочностные характеристики, например, предел прочности уменьшается в 12-15 раз, а пластические свойства повышаются (у некоторых углеродистых сплавов относительное удлинение доходит до 95-98%).

Явление синеломкости объясняется тем, что по плоскостям скольжения выпадают мелкие частицы карбидов, создавая торможение скольжению. Некоторое снижение пластичности в области фазовых превращений, а также конца горячей деформации объясняется тем, что при этих температурах увеличивается неравномерность напряженного состояния в связи с наличием в это время двух фаз с различной теплопроводностью.

Рис. 3. График влияния температуры на сопротивление деформированию и пластичность

Очень опасен нагрев металла около температур плавления, когда происходит окисление границ зерен и значительный рост последних. В результате резко снижается пластичность, металл как бы оплавляется и даже разрушается. Это явление получило название пережога металла.

Максимальные пластические свойства практически у всех металлов имеются при температуре полной рекристаллизации, т. е. в этом случае одновременно металл имеет при горячей деформации самые малые показатели прочности и самые большие показатели пластичности.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЕФОРМИРОВАНИЮ И ПЛАСТИЧНОСТЬ МЕТАЛЛА

В современных процессах ОМД температура заготовки обычно находится в интервале 200-1200 °С.

Рассмотрим влияние температуры на сопротивление реформированию и пластичность металла на малоуглеродистую сталь:

- нагрев до 100 °С - незначительно снижает прочность и повышает пластические свойства;

- нагрев до 300 °С наоборот, снижает пластичность и значительно повышает прочностные свойства - это состояние называется синеломкостью;

- некоторое снижение пластичности в области фазовых превращений, объясняется увеличением неравномерности напряженного состояния в связи с наличием двух фаз с различной теплопроводностью;

- нагрев до 800-850 °С сопровождается снижением пластичности и значительным повышением сопротивления деформированных вследствие явления «красноломкости»;

- нагрев до 1000 °С резко снижает сопротивление деформированию, так как значительно снижаются прочностные характеристики, в 12-15 раз, а пластичные повышаются (до 95-98 %).

- при нагреве до температур, близких к температуре плавления, пластичность уменьшается за счет роста крупных зерен - вторичная рекристаллизация, из-за явления перегрева и окисления межзеренного пространства (пережог).

С повышением скорости реформирования пластичность снижается. Необходимую скорость деформирования определяют, исходя из учета соотношения между напряжениями и деформациями:

где у_si - напряжение текучести при скорости деформации е_i,

n - коэффициент определяемый опытным путем и зависящий от состава сплава, температуры и степени деформации:



При повышении температуры сопротивления деформированию снижается примерно по экспоненциальному закону, впервые установленный Н.С Курнаковым:

где у_si и у_sо - значения сопротивления деформированию при

температурах Т_i и Т_o, причем Т_i > Т_o;

n - экспериментальный коэффициент.

Эта закономерность справедлива для деформации металла с постоянным фазовым составом. При температуре фазового превращения, решетка металла сильно искажается и возможно скачкообразное изменение.

Конечная температура деформации определится кривой изменения фазового состояния на основании общего правила:

Во избежание усиления неоднородности деформации и повышения величины дополнительных напряжений не рекомендуется в процессе, деформации допустить изменение фазового состояния.

Лекция № 7.Ковка

В разработку технологического процесса в основном входит:

1 Определение потребного веса подающихся частей молота;

2 Выбор перехода штамповки;

3 Выбор вида и определение размеров заготовки;

4 Установление режима нагрева и выяснение возможности осуществления штамповки за один нагрев или определение количества необходимых нагревов;

5 Конструирование штампов.

Для решения первых трех вопросов необходимо знать объем заусенца, который зависит прежде всего от размеров заусенечной канавки у окончательного ручья итогового пампа. Поэтому размеры эаусенечной канавки и объем заусенца определяют раньше с разработки других вопросов технологического процесса.

ОБЪЕМ ЗАУСЕНЦА И РАЗМЕРЫ ЗАУСЕНЕЧНОЙ КАНАВКИ

Объем заусенца в значительной мере определяется не только размерами, но и формой заусенечной канавки. Обычно канавке имеет по своей ширине два участка: более низкий, прилегающий непосредственно к ручью участок мостика и следующий за ним более высокий участок магазина (выбивка). Наиболее широко применит канавки с сечением типа I с высотой на участке мостика h₃ при ширине в₁ и высотой на участке магазина h₃/2+ h₁ , при ширине в₁

Глубокая часть магазина несколько снижает прочность стенки ручья. Поэтому ее размещают, как правило, в верхней части штампа. Последняя, соприкасаясь с горячим металлом в течении более короткого времени, разогревается меньше нижней и стенки ручья остаются достаточно прочными. Канавки с сечением типа П делают в том случае, когда обрезку поковки надо производить после поворота ее в положение, обратное положению в окончательном ручье с тем, чтобы заусенец сложился на обрезную матрицу своей плоской стороной.

Так делают, когда труднозаполняемая и поэтому штампуемая в верхнем штампе часть фигуры поковки имеет сложную форму, а другая (нижняя при штамповке) часть фигуры поковки имеет более простую форму и поэтому по ней проще и дешевле изготовить и подогнать обрезной пуансон.

Сечение III применяют обычно лишь на отдельных участках канавок типа I и П против тех мест ручья, где охлаждается повышенный выход металла заусенец из-за невозможности получить необходимое распределение металла обработкой заготовки в заготовительных ручьях. Сечение IV применяют взамен III для повышения прочности стенок ручья в нижней части молотового штампа, а также лучшей укладки поковок в обрезную матрицу.

ечение типа X делают на сдельных участках канавок обычного тала против мест, где необходимо резко повысить сопротивление истечению металла в заусенец.

Преувеличение h₃ приводит к более свободному истечению в заусенец, причем ручей может оказаться незаполненным. В этом случае приходится увеличить вес заготовки, что, приводя к увеличению отхода в заусенец, не всегда исключает незаполнение. Преуменьшение h₃ повышает сопротивление истечению при последних ударах, тем самым увеличивает количество ударов. Повышается износ штампов, уменьшается производительность.

Оптимальными считаются:

;

F - площадь проекции поковки на плоскость разъема.

Объем заусенца подсчитывают по формуле \/₃ = К* Р_n* S₃ ,

S₃ - площадь поперечного сечения заусенечной канавки;

Р_n - периметр поковки по линии среза заусенца;

К - коэффициент заполнения металлом канавки для заусенца. У круглых в плоскости разъема заготовок К=0,6, у прочих К=0,8 объема канавки_.

ВЕС ПАДАЮЩИХ ЧАСТЕЙ МОЛОТА

Недостаточный как и преувеличенный вес подающихся частей молота ведет к снижению производительности штамповки: в первом случае из-за увеличения потребного количества ударов в штамповочных ручьях, во втором - из-за снижения количества ходов бабы молота за единицу времени. Кроме того, преувеличение веса падающих частей молота связано с уменьшением стойкости штампа, увеличением расходов по эксплуатации молота и других.

На практике необходимый вес падающих частей определяется по эмпирическим формулам.

G=4 F ; G - вес бабы в кг, F - площадь проекции поковки с заусенцем на плоскость разъема в см .

Дня молотов простого действия

G=6 F.

С помощью этих формул потребный вес падающих частей может быть определен с точностью до ±20 %. Более точно вес падающих частей определяется на основе анализа напряженно-деформированного состояния заготовки в процессе штамповки.

ПЕРЕХОДЫ ШТАМПОВКИ

Необходимые перехода штамповка зависят прежде всего от формы и размеров поковки и распределения ее объема по элементам фигуры.

Относительно просто эта вопросы решаются при торцевой штамповке поковок типа тел вращения. При штамповке удлиненной формы большое распространение получил способ определения переходов на основании анализа эпюр диаметров и сечений. Однако и в этом случае не исключается элементы субъективного подхода: Этим объясняется различные решения, применяемые заводами с одинаковым объектом производства при штамповке одинаковых поковок. Некоторые объективные данные для определения переходов выражаются в следующих показателях. Работа, необходимая на преобразование заготовки простой формы в фасонную, при прочих равных условиях пропорциональны величине

D^max_эп - наибольший диаметр эпюры диаметров;

D^ср_эп - средний диаметр эпюры, численно равный наименьшему диаметру заготовки Do (min ), из которой можно изготовить данной поковку.

Если выбрать размер механической заготовки Do в пределах D^max_эп >D_o> D^ср_эп, то по мере уменьшения Do в указанных пределах объем подкатки увеличивается, а объем протяжки уменьшается; при D_о = D^ср_эп протяжная операция вовсе отсутствует, та» как длина заготовки при этом равна длине поковки. Чем больше Do и D^max_эп, тем меньше роль подкатки и тем больше протяжки. Оптимальный диаметр заготовки должен соответствовать наименьшему числу ударов молота, что обеспечивает максимальную производительность и минимальный расход работы.

Расход работы в подготовительных ручьях зависит от величины пути, на котором происходит перемещение металла в утолщенную часть. Это может учтено величиной

где Lэп - длина эпюры численно равной длине поковки L_пок или наиболее длинной заготовки L^max₀.

Несомненно, что с увеличением в возрастает путь перемещения избыточного металла вдоль оси заготовки. На рис. приведена диаграмма, составленная по опытным данным и облегчающая подбор ручьев в координатах б-в с поправкой на абсолютную массу поковок G, так как с увеличением массы поковок условия штамповки несколько изменяются.

В этой диаграмме учитываются также влияние конусности стержня, коэффициентом С

Dк- больший диаметр эпюры на участке стержня; d_k - меньший; Lcm-длина стержня.

Величина С характеризует форму стержня и влияет на величину горизонтальных составляющих действующих сил.

Расчетной заготовкой называется условная заготовка с круглыми поперечными сечениями, площади которых равны суммам площадей соответствующих сечений поковок и заусенца. Она представляет собой тело вращения. Для поковки с прямой осью ее строят по чертежу поковки: для поковки с изогнутой осью - по чертежу ее геометрической развертки, а площади ее поперечных сечений S_p3 равны

S_p3=S_n+2*0,8*S₃

где Sn - соответствующие площади сечений поковки;

S₃ - площадь сечения канавки заусенца.

Если в направлениях, перпендикулярных к оси расчетной заготовки, отложить в масштабе величины площадей ее характерных сечений в виде отрезков h_э то, соединив концы этих перпендикуляров получим эпюру сечений.

Площади отдельных участков этой эпюры будучи помножены на принятый масштаб М, представляет собой величины объемов соответствующих участков расчетной заготовки.

При этом h_{э ср}, соответствующей площади среднего сечения S_{p3 ср} , отсекает на эпюре сечений избыточную площадь f , равную недостающей площади f_2.

КОНСТРУИРОВАНИЕ ШТАМПА

Конструирование штампа в целом предшествует расчет и конструирование его ручьев. До конструирования ручьев вычерчивается чертеж поковки для изготовления штампов в котором:

а) предусматривают все размеры, необходимые для построения линии разъема;

б) размеры по высоте указывают только от разъема;

в) представляют горизонтальные размеры напусков на уклоны.

На этом чертеже не указываются допуски и контуры готовой детали. Размеры на чертеже поковки представляют либо с учетом усадки, либо без учета.

Лекция № 8. Технологический процесс изготовления поковок

СОСТАВЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ

От готовой механически обработанной детали поковка отличается прежде всего размерами, увеличенным на величину припусков на мех. обработку, менее жесткими допусками на размеры и более простой формой.

Припуском на обработку называется необходимое превышение размеров поковки над номинальными, обеспечивающими после обработки резанием требуемые чертежом размеры детали и чистоту поверхности.

Наименьший предельный размер поковки Б будет равен сумме номинального размера поковки А и необходимого (минимального) припуска д.

Б = А + 8

Поскольку точно по размеру Б нельзя отковать поковку, постольку нормируют наибольший предельный размер Г. Разность между наибольшим и наименьшим размером поковки назовется допуском на размер поковки.

Д= Г - Б

На чертежах обычно проставляют номинальный размер поковки В, величина которого равна минимальному ее размеру с добавлением части допуска Дн

В = А + д + Дн

Величина д + Дн=а представляет собой так называвший номинальный припуск, а Дн - разность между номинальным и нижним предельным размером поковки называется нижним отклонением. В свою очередь разность Г - В = ДВ является верхним отклонением. Соответственно Дн + ДВ = Д.

Размер поковки на чертеже проставляется номинальным с указанием отклонений

В (+ДВ,- Дн).

Припуск на механическую обработку поковки назначают на сторону от номинального размера.

Допуск на размер, т.е. на обе стороны детали. При свободной ковке принимают ДВ= Дн= Д/2: фактический припуск лежит в пределах от д до д + Д.

Упрощение формы поковки по сравнению с формой детали достигается за счет увеличения припуска, называемого напуском. Напуски назначают на тех участках поковки, где невозможно изготовлять поковку по контуру детали.

Необходимость припусков объясняется прежде всего наличием у поковки:

I) дефектного поверхностного слоя и неровностей;

2) геометрической погрешностью формы;

3) отклонений размеров и формы самой поковки.

В дефектный слой поковки входят: I) обезуглероженный слой; 2) вмятины от окалины; 3) трещины и складки. При удалении припуска в стружку достигается исправление геометрических погрешностей, как в части формы поковки и ее поверхностей, так и размеров поковки; удаление дефектного слоя; обеспечение требуемой точности размеров и образование поверхностей требуемой чистоты. Припуск должен учитывать также погрешности механической обработки, в то время как допуск на поковку зависит только от технологии кузнечной обработки.

Абсолютные размеры как припусков, так и допусков зависят прежде всего:

а) от размеров детали;

б) от конфигурации поковки и ее сечений (от длины, толщины, диаметра вала, диска, отверстия);

в) от исходного металла (сталь углеродистая, низколегированная, высоколегированная, и др.);

г) от качества и состояния применяемых машин и инструментов;

д) от квалификации кузнеца;

е) от величины коробления при термообработке, качества поверхности исходной заготовки (прокат, слиток без обдира, слиток ободранный и т.д.).

ж) от требуемой чистоты поверхности готовой детали и технологии мех. обработки.

Припуски, допуски и напуски для кованных поковок стандартизованы.

Стандартные припуски и допуски для каждой из этих групп сведены в таблицы и зависят в этих таблицах обычно от двух основных размеров детали (длины и диаметра, ширины и высоты). Величины стандартных припусков и допусков установлены исходя из того, что используемое оборудование и инструмент будут иметь удовлетворительное состояние и что поковка будет выполнена кузнецами достаточной квалификации.

Табличные размеры припусков обычно бывают даны с учетом последующей механической обработки на чистоту поверхности Д3. Поэтому для более чистой обработки их можно повысить на величину оставляемых после предварительной механической обработки припусков на окончательную механическую обработку, т.е. примерно на 0,4 - 2 мм на сторону. Для необрабатываемых участков поковок допуски на соответствующие размеры должны быть уменьшены против табличных на 20ч50 %.

Разработка технологического процесса изготовления поковок

В разработку технологического процесса изготовление той или иной поковки входят:

1) определение вида, размеров, веса исходной заготовки;

2) выбор основных, вспомогательных и отделочных операций ковки;

3) установление их последовательности и подбор или конструирование инструмента, необходимого для выполнения, подбор ковочного оборудования, подбор нагревательного оборудования и установление режима нагрева;

4) определения состава рабочей силы и норм выработки.

Определение вида и размеров исходной заготовки

Слитки вместо проката или прессованного металла применяют только при ковке крупных поковок, для которых нет соответствующего пруткового металла. Вес исходной заготовки определяют как сумму весов поковки и отходов. В отходы входят угар и обсечки.

При ковке из пруткового металла в норме его расхода учитывают также отходы при рубке и отходы на некратности.

Бес поковки определяют по ее объему, подсчитанному по номинальным размерам поковки.

Отходы на угар определяют с учетом вида и размеров заготовки, способа нагрева и количества выносов.

Отходы на обсечку зависят от формы поковки и принятого технологического процесса. Их иногда можно определить по подсчету их объемов при определении размеров заготовки по операциям и переходам ковки.

Так, например, при прошивке с подкладным кольцом объем выдры принимается равным (0,55ч0,60) d2* h, а при прошивке без кольца (0,15ч0,20) d2 h, d и h диаметр прошивня и высота прошивной заготовки.

До разработки технологического процесса отходы на обсечку могут быть начислены ориентировочно по имеющимся в распоряжении проектанта нормативам, в которых указывается общий процент отхода на угар и обсечки. Этот отход зависит от конфигурации поковок. К примеру, для кубиков он составляет 1,5 - 2,5 % для гладких валов 5-7 %t для поковок шатунов и гаечных ключей 15-18 % для коленчатых валов 25-30 %.

Если поковка изготавляется осадкой, то высота заготовки для нее берется обычно в пределах 1,25 - 2,5 размера исходного сечения, откуда ducx или сторона квадрата аucx заготовки определяются из выражений:

;

;

Vucx - объем осаживаемой заготовки.

Если поковка изготовляется вытяжкой, то минимальная площадь поперечного сечения слитка или пруткового металла определяется по площади наибольшего поперечного сечения поковки, помноженной на величину требуемой ковки. Если у слитка требуемого веса площадь поперечного сечения окажется меньше вычесленной с учетом уковки, то можно подобрать слиток большего веса с расчетом на годный остаток или на ковку из слитка двух или большего числа поковок, либо вести дополнительную осадку слитка (если это допустимо по техн. условиям на изготовления) и определить уковку исходя из площади осаженной заготовки.

Выбор операций, их последовательность и подбор инструмента

Определяются формой и размерами поковки. Ввиду разнообразия поковок, общих правил построения наиболее рационального техн. процесса ковки применительно ко всем поковкам не имеется. Соответствующие рекомендации могут быть даны лишь раздельно на наиболее распространенные группы поковок. Дня прессовых поковок рекомендуют следующую классификацию:

1) Поковки прямые со сплошными круглыми сечениями;

2) Прямые со сплошными прямоугольными сечениями;

3) Типа коленчатых валов;

4) Типа дисков и муфт;

5) Типа бандажей и колец;

6) Полые валы;

7) Прочие, преимущественно с изогнутой осью.

Каждая из этих групп разбивается на подгруппы. Например, поковки первой группы имеют 6 подгрупп:

I) Поковки, изготовляемые протяжкой; 2) Протяжкой и осадкой; 3) Протяжкой с просечкой уступов; 4) Осадкой и протяжкой с просечкой уступов; 6) Протяжкой с просечкой уступов, передачей и кручением; б) Осадкой и протяжкой с просечкой уступов, передачей и кручением. Более подробные сведения можно найти в книге Дорохова Н.Н. и др

Технологические процессы ковки крупных заготовок. Машгиз, . 1950.

При подборе инструмента учитывают следующее: В инструмент для манипулирования заготовками и поковками входят прежде всего клещи, патроны и кантователи.

Клещи бывают всевозможных форм в зависимости от формы заготовок, прямоугольные, круглые, конические и т.д.

При ковке с помощью крана для удержания заготовки за специально оттянутый хвостовик применяют патроны. Гнезда патронов бывают круглого, квадратного поперечного сечений. Для вращения заготовок и патронов вокруг горизонтальной оси применяют ковочные манипуляторы или кантователи.

Подбор основного ковочного оборудования

Производится с учетом веса поковок, их конфигурации и усилий, возникающие при ковке. Режимы нагрева и охлаждение под ковку.

Нормы выработки. Нормирование ковочных операций производится чаще всего нормативами, рекомендуемыми или утвержденными для данного цеха - изготовителя, в соответствующих организациях. При этом время на выполнение отдельных технологических переходов определяется обычно без расчленения его на основное и вспомогательное. При расчете норм штучного времени берется сумма оперативных времен и к ней добавляется лишь неперекрываемое основным временем вспомогательное время (на подачу заготовки от печи, удаление и укладывание готовой поковки, на отдых и т.д.).

Тан как большинство случаев работы выполняются бригадой, то расчет времени ведут на кузнеца-бригадира, т.е. только на те работы, которые производятся при его непосредственном участии.

Таким образом, в норму штучного времени работы, выполняемый частью бригады без участия бригадира, не включают, если они выполняются одновременно с другими, в которых участвует бригадир.

В состав бригады входят: кузнец-бригадир (во всех случаях) его помощник (на молотах свыше 3 т. и на всех прессах) от одного до пяти подручных (в зависимости от тонажа молота или пресса), машинист (на молотах 0,5 т. и выше, а также на всех прессах) и крановщик (на молотах свыше 1,5 т. и прессах до SCO т.) или два крановщика (на прессе 1000 т и выше). Таким образом состав бригады колеблется от 2 до 10 чел. в зависимости от вида и тонажа оборудования.

Результаты разработки техн. процесса фиксируют в технологической карте. Независимо от принятой формы карта должна содержать следующие сведения:

1) Эскиз поковки.

2) Размеры заготовки и количество поковок из нее.

3) Марка материала, вес заготовки (слитка) поковки, отходов, а также норма расхода металла на одну поковку.

4) Последовательность ковки с указанием выносов и операционные размеры, необходимые для правильного распределения объема заготовки.

5) Уковка, температурные интервалы ковки, а также условия нагрева и охлаждения поковок.

6) Оборудование и инструмент.

7) Состав рабочей силы, ее тарификация и нормы времени на изготовление всей поковки или пооперационные.

Лекция № 9. Объемная штамповка

I. Разновидности объемной штамповки

Процесс объемной штамповки заключается в принудительном перераспределении металла заготовки, соответствующей форме полости инструмента, называемого штампом. Полость штампа называется ручьем. При штамповке процесс формоизменения независимо от вида используемого оборудования состоит из следующих основных этапов:

1) подготовительных операций (фасонирование заготовок),

2) оформление поковки и отделочных операций.

Оформление поковки производится в окончательном (или чистовом) ручье, фасонирование заготовок - в подготовительных ручьях. Если штамповке подвергается заготовка без фасонирования в штампах, то такая штамповка называется одноручьевой в отличим от многоручьевой штамповки.

Для вкладывания заготовки в ручей и извлечения из него поковки штампы снабжены одним или двумя разъемами. В зависимости от типа штампа окончательные ручьи и соответственно форма готовых поковок одного и того же наименования отличаются друг от друга.

Серийное производство поковок различными способами объемной штамповки осуществляется на молотах, прессах и горизонтально-ковочных машинах.

Штамповка производится о облоем в открытых штампах, без облоя в закрытых штампах и путем выдавливания металла в специальных штампах.

Штамповка в открытых штампах (с облоем штамповки). Этот способ штамповки характеризуется образованием облоя, выполняющего некоторые технологические функции. Штамповка о облоем проняв, на молотах и прессах. Сущность процесса легко уяснить на примере штамповки цилиндра высотой Hк и диаметром Dк.



Штамповка в закрытых штампах осуществляется на горизонтально-ковочных машинах, прессах и молотах.

Сущность процессу (рис. 4) состоит в том, что заготовка с размерами Н₀ и D₀ деформируется, находясь в полости одной части штампа, в которую входит как в направляющую, другая его часть (рис. 4 а, б).

При этом штамп не обеспечивает свободного удаления цилиндрической поковки с размерами H_к и D_к ручья. Для этого применяют уклоны или извлекают их двумя способами:

1) В неподвижную честь I устанавливается стержень 3, выталкивающий поковку после отхода движущейся части 2 штампа (при обр. ходе машины). Для уменьшения усилия выталкивание применяют уклоны. По такой схеме выполняют штампы, работающие на прессах.

2) В другом случав (рис. 4 г) часть штампа, в которой расположена полость, выполнена разъемной, состоящий из двух половин I' и I”, штамп состоит из трех частей и имеет разъем в двух плоскостях, штамповочные уклоны при этом не нужны. По такой схеме выполняют штампы горизонтально-ковочных машин.

Штамповка в закрытом штампе характеризуется следующими признаками:

1) колебание объема заготовок должны быть незначительными. Объем заготовки практически равен объему поковки;

2) образующийся вследствие затекания металла в зазор по месту разъема штамповка заусенец незначителен, толщина его не меняется в процессе штамповки, а направление вытекания совпадает о направлением движения штампа;

3) макроструктура поковок такова, что волокна металла обтекают контур поковки и не перерезаны.

Основном достоинством закрытых штампов является минимальный расход металла в облой и более высокое качество поковок.

Штамповка выдавливанием, как правило, осуществляется на прессах, но может быть осуществлена на горизонтально-ковочных машинах и даже на молотах (ударное выдавливание). Сущность процесса состоит в том, что заготовка устанавливается в полости штампа, выполненного конструктивно по типу безоблойного, но в ручье имеется выходное отверстие.

Вследствие чего часть металла выдавливается через него ее пределы полости. Никаких отходов здесь на предусматривается. Исключение составляют та часть заготовки, которая является избыточной вследствие неточности прокатки и разделки пруткового металла на мерные заготовки. Поковка, полученная в этом штампе» состоит из двух частей основной 1, и стержневой 2.

Основное преимущество процесса выдавливание перед штамповкой в открытых штампах состоит в возможности получения поковок с очень точными размерами и весьма чистой поверхностью. Большим или меньшим выдавливанием металла в стержневую часть поковки можно фиксировать объем корпуса поковки, не боясь перегрузки штампа.

К основным недостаткам относятся:

1) высокие удельные усилия и энергозатраты на осуществление процесса;

2) Относительно низкая стойкость инструмента (особенно на участке выходного отверстия).

Основные признаки штамповки выдавливанием:

1) Объем металла в основной полости инструменте в процессе штамповки уменьшается, так как предусматривается выдавливания некоторой части в стержневую часть.

2) Не предусматривается отход металла, но при наличии избыточного металла в заготовке (вследствие неточной дозировки) он может быть вытеснен в виде сосредоточенного объема в стержневую часть поковки и затем легко удален обрезкой в штампе или механической обработкой.

3) Поковки отличаются высоким качеством.

В простейшем случае цилиндрическая полость штампа выполнена в одной части штампа 1, вторая часть штампа представляет собой плоский боек 2. Если объем заготовки V₃ равен объему полости штампа V_ш, то схематично штамповку поковки элементарной формы можно представить по рис. 1,в. Здесь, при извлечении поковки, могли бы возникнуть трудности из-за необходимости преодолевать силы трения. Удаление поковки из штампа облегчается, если боковые стенки штампа сделать с уклоном, а поковка с напусками.



Однако это связано с искажением формы поковки, а также с увеличением объема заготовки и поковки. Кроме этого, в этом случае увеличиваются отходы в стружку при мех. обработке.

При штамповке при такой схеме наиболее трудно заполняются нижние углы полости штампа, прежде чем металл заполнит эти углы, он вытекает между частями 1 и 2 штампов в виде облоя толщиной h_об (рис. 2, б).

Когда расстояние между частями штампов достигает некоторой величины, облой закрывает выход металла из ручья, и он вынужден заполнять углы полости штампа.

При таком процессе штамповки необходимо в заготовке иметь некоторый объем металла на образование облоя. Разность объемов поступающей из печи заготовки и поковки представляют собой объем отходов.

Облой подлежит обрезке в специальных (обрезных) штампах. Следует помнить, что технологическое назначение облоя - заполнение углов штампа.

Недостатком этого способа является:

1) значительный отход металла в облой;

2) назначение напусков из-за наличия уклонов стенок ручья;

3) трудно гарантировать точность размера H_к.

В связи с этим применяют штампы по схеме рис. 2, в. При этом на машинах со свободным ходом штамповку осуществляют до соприкосновения частей штампа между собой; высота поковок Н_к и их объем V_пок будут иметь заданные величины, даже если объем различных заготовок V_з неодинаков из-за наличия допусков на прокатку и резку.

Это позволяет использовать для разделки прутков заготовки производительный, но не обеспечивающий высокой точности способ резки на ножницах.

Для сокращения отходов металла в напуски, вызываемые наличием штамповочных уклонов, (рис. 3, а) плоскость разъема штампа А-А смещают к серединной плоскости Б-Б поковки, которая приобретает форму двух усеченных конусов. Штамп уготовляют по схеме, показанной на рис. 3, в. Для уменьшения уклонов штампы иногда снабжаются выталкивателем рис. 3, г.

Таким образом, штамповка в открытых штампах характеризуется следующими основными признаками:

1) Объем металла. Находящегося в ручье, в процессе штамповки непостоянен, при штамповке предусматривается вытеснение части металла в виде облоя.

2) Направление вытеснения металла в облойную щель перпендикулярно направлению движения штампа, толщина облоя в процессе штамповки уменьшается.

3) По месту обрезки облоя волокна у металла поковки оказываются перерезанными.

4) Из заготовок с размерами низкой точности получаются поковки с размерами более высокой точности за счет различного для каждой заготовки объема металла, вытесняемого в облой.

КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОКОВКИ

Чертеж штампованной, также как и кованной поковки составляется по рабочему чертежу готовой детали.

При составлении чертежа поковки необходимо:

1) установить разъем

2) назначить припуски и допуски,

3) определить штамповочные уклоны,

4) определить радиусы закруглений,

5) установить форму и размеры наметок отверстий и перемычек под прошивку.

РАЗЪЕМ ШТАМПОВ

Разъем у открытых штампов необходим для вкладывания заготовки в ручей и извлечения из него поковки.

Положение разъема определяется различными факторами и в первую очередь формой поковки, которая должна обеспечивать свободный выход ее из полости штампа (ручья). Рассмотрим какие положения плоскости разъема возможны для поковок различных простых геометрических форм.

Шар. В этом случае плоскость разъема может происходить только по диаметральному сечению.

Смещение плоскости разъема, 2-2 приведет к появлению напусков. При штамповке эллипсоида возможны два варианта плоскости разъема штампов: по большому и малому диаметр, сечениям.

Куб - дня него возможны три положения плоскости разъема: разъем 1 требует напусков с четырех сторон (боковые грани). Разъем 2 столько же, хотя потери металла несколько меньше. Самым целесообразным является разъем 3, при котором по двум плоскостям имеются естественные уклоны. Напуски здесь небольшие и назначаются только с двух сторон.

Цилиндр - три варианта разъема, 1 - имеет те же недостатки, что и с кубом. В зависимости от соотношения высоты Н₀ и диаметра D₀. Выбирают 1, 2 или 3 варианта разъема. Для цилиндров большой длинны целесообразней - 3, при котором заготовка штампуется поперек оси. Здесь напуски только с торцов. Для коротких цилиндров, которые штампуются в торец - 2.

Усеченный конус - 2 варианта. 1 - используют, когда б достаточный для извлечения поковки из ручья. Поковки большой длины штампуются по варианту 2, с напусками только с торца. Реальные поковки можно рассматривать как сложные геометрические фигуры, состоящие из элементарных.



Припуски и допуски. Величины допусков на размеры поковок включают в себя все отклонения от номинальных размеров поковки, причинами которых являются:

1) недоштамповка по высоте,

2) износ и неполное заполнение окончательного ручья,

3) посадка опорной части поверхности разъема штампа,

4) колебания в усадке при остывании поковок;

5) кривизна осей и овальность сечений,

6) поверхностные дефекты (окалина, вмятины, забоины) следы очистки, заточки, эксцентричность прошивки.

К числу мероприятий, направленных на повышение точности размеров и правильности геометрической формы поковок, относятся:

1) уменьшение недоштамповки более тщательной подготовкой формы и размеров заготовки, а также применением молота с большим весом падающих частей;

2) уменьшение сдвига тщательной подгонкой бабы по направляющим, их регулировкой, изменением расположения в штампе штамповочных ручьев и применением штампов с направляющими;

3) уменьшением износа штамповочного ручья;

4) уменьшением колебаний при усадке за счет соблюдения постоянства температуры окончания штамповки;

5) уменьшение окалины за счет улучшения качества нагрева и способа очистки при штамповке;

6) увеличение точности обработки при изготовлении окончательного ручья.

Если качество поверхностного слоя поковки чистота и допуски не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к детали, предусматривается припуск на механическую обработку. Минимальная величина припуска, как к в случае ковки, определяется глубиной дефектного слоя, а также технологией последующей механической обработки.

Величина допуска не зависит от припуска. Поэтому на любой размер поковки допуск назначают независимо от наличия припусков.

К основным факторам определяющим величины допусков, относятся прежде всего - технологические свойства материалов, габариты и формы поковок.

Припуски и допуски регламентированы гостами. Стандартом предусмотрено разделение поковок на три группы в зависимости от предъявляемых к ним требований по точности. Наиболее жесткие требования относятся к поковкам I группы.

Основным фактором, определяющим величину допуска по высоте, т.е. в направлении удара молота, является недоштамповка. На горизонтальные размеры влияет износ ручья, смещение частей штампа.

ШТАМПОВОЧНЫЕ УКЛОНЫ

Отштампованная поковка удерживается в полости штампа силами трения, которые преодолевают при извлечении поковки из ручья. Для предотвращения застревания поковок в ручьях, боковые стенки полости штампов выполняют с уклонами.

На практике применяются уклоне от 1 до 10°.

Следует различать в поковке внутренние и наружные стенки. Наружные стенки в результате усадки отходят от стенки, внутренние же наоборот, еще больше охватывают стенки выступов в штампе. Поэтому уклоны внутренних стенок должны быть больше наружных.

Величина минимального допустимого уклона зависит от следующих факторов:

1) от технологических свойств материала;

2) от качества отделки поверхности ручьи и смазки;

3) от размеров ручья, где должен быть уклон и соотношения этих размеров.

При отношении длины l к ширине ручья в l/в = 1 стенки ручья со всех сторон удерживают поковку. При l/в > I влияние двух стенок уменьшается. Поэтому уклон можно уменьшить. Однако при l/в > 3 влияние удаленных стенок настолько мало, что дальнейшее их удаление ив величине минимального допустимого уклона не сказывается и он остается таким же как и ври l/в = 3.

При установлении уклонов пользуются таблицей.

l/в	h/в
	До 1	1 - 3	3 - 4,5
до 1,5	5	7	10
Свыше 1,5	3	5	7

где l - длина полости штампа, в - ширина, h - глубина.

РАДИУСЫ ЗАКРУГЛЕНИЙ

При округлении острых кромок радиусами недостаточной кривизны концентрация напряжений ведет к быстрому образованию трещин. Затекание металла в углы штампа резко затрудняется и требуется повышение потребного усилия штамповки.

Значения радиусов закругления внешних углов (так называемых наружных радиусов закруглений) установлены ГОСТом в пределах 0,8 - 8,0 мм в зависимости от веса поковок в пределах до 200 кг.

Практически достаточно, чтобы значение этих радиусов были на 0,5 - 1 мм больше величины нормального припуска.

Если для механически обрабатываемых кромок рекомендуемая величина радиуса будет меньше суммы значений наружного радиуса закругления (или фаски) на обработанной детали и назначенного припуска, то полезно радиус увеличить до указанной суммы.

Наружные радиусы закруглений у механически необрабатываемых поверхностей также желательно увеличить во многих случаях. Так, например, в целях облегчения заполнения трудно выполнимых ребер и бобышек рекомендуется назначить максимальные радиусы на их вершине, чтобы на последних оставался небольшой плоский участок или получалось полное скругление вершины одним радиусом, определяемым по выражению.

Недопустимы также острые кромки выступающих на поверхности ручья. При недостаточном радиусе закругления эти кромки очень быстро срабатываются или сминаются, образуя поднутрения. Поковка при этом начинает залипать в штампе, и ручей требует зачистки. Кроме того, острые кромки ручья, воздействуя на штампуемый металл как ножи, перерезают его и создают складки на поверхности поковок.

Во избежании этого необходимо, чтобы так называемые внутренние радиусы закругления на поковках, соответствующие выступающим углам ручьев, были примерно 3 - 4 раза больше наружных радиусов. Дополнительное увеличение внутренних радиусов закруглений необходимо в местах, где интенсивное течение металла может привести к отрыву металла.

Внутренние и наружные радиусы закруглений регламентируются Щ Гостами, например ГОСТ 7505-55 и др.

НАМЕТКИ ОТВЕРСТИЙ И ПЕРЕМЫЧЕК ПОД ПРОШИВКУ

Оформление наметки отверстия и перемычки связано с некоторыми трудностями, а именно: излишне толстая перемычка затрудняет последующую прошивку сквозного отверстия с удалением перемычки в отход, и слишком тонкая - к быстрому смятию соответствующих выступов в ручье, что ведет к залипанию в нем поковок. Толщина обычной перемычки зависит прежде всего от диаметра D и глубины h наметки и может быть определена по эмпирической формуле.

Плоская наметка под прошивку Наметка под прошивку с раскосом

Если глубина наметки h меньше диаметра прошиваемого отверстия d в 2,5 раза и более, то проштамповать плоскую наметку трудно. В таких случаях, для облегчения раздачи металла в стороны, рекомендуется, вместо плоских, наметки с раскосом, у которых толщина перемычки S_min = 0,65*S, S_max = 1,35*S , где S - толщина перемычки для плоской наметки.

Диаметр плоского участка d₁ = 0,12d + 3 мм. У низких поковок (у которых глубина наметки меньше диаметра прошиваемого отверстия d в 15 раз и более) после раздачи металла в предварительном ручье с плоской наметкой рекомендуется применять в окончательном ручье наметку е карманом.

При наметке с карманом металл отжимается от краев наметки в карман.

Лекция № 10 Классификация операций листовой штамповки

Все операции листовой штамповки целесообразно разделить на две группы. К первой группе относятся операции, при которых заготовка в процессе деформирования доводится до разрушения. Эти операции будем называть разделительными. Ко второй группе относятся операции, при которых деформирование заготовки не должно сопровождаться разрушением. Эти операции будем называть формоизменяющими.

При операциях листовой штамповки пластические деформации, обеспечивающие заданный характер формоизменения, обычно имеют место лишь в части заготовки, которую условимся называть очагом деформации. При выполнении разделительных операций стремятся к максимальной локализации очага деформации с тем, чтобы уменьшить искажения заготовки при деформировании и быстрее исчерпать ресурс пластичности. При выполнении формоизменяющих операций стремятся к увеличению размеров очага деформации с тем, чтобы уменьшить опасность разрушения.

В классическом виде операции листовой штамповки выполняют с помощью двух рабочих инструментов - пуансона и матрицы. Пуансоном называют инструмент, охватываемый заготовкой, а матрицей - инструмент, охватывающий заготовку в процессе деформирования.

Заметим, как это будет показано далее, что классическая схема может нарушаться и в процессе деформирования может участвовать один рабочий инструмент (пуансон или матрица). А, кроме того, существуют и бесштамповые методы обработки листового материала.

Степень локализации очага деформации зависит от размерных характеристик инструмента, в частности, от зазора между пуансоном и матрицей и от радиусов скругления рабочих кромок пуансона и матрицы. Чем меньше зазор и радиусы скругления рабочих кромок инструмента, тем больше локализуется очаг деформации около рабочих кромок пуансона и матрицы.

Для разделительных операций стремятся иметь острые рабочие кромки (радиус скругления кромок пуансона r_п и кромок матрицы r_м равны примерно нулю), а зазор между пуансоном и матрицей составляет десятые или даже сотые доли от толщины заготовки.

Для формоизменяющих операций кромки пуансонов и матрицы имеют радиусы скруглений, значительно превышающие толщину заготовки, а зазоры обычно несколько больше толщины заготовки.

10.1 Некоторые явления, имеющие место при листовой штамповке

При штамповке листового металла в ряде случаев имеют место явления, связанные со свойствами металла и сказывающиеся на качестве отштампованных деталей: появление линий течения, сезонное растрескивание и старение.

Линии течения. В условиях двухосного растяжения при малых деформациях на поверхности детали появляются полосы, как следы местного утонения, расположенные хаотически («гусиные лапки»). Такие линии называют линиями течения в отличие от линий скольжения (рис. 1.3). Линии скольжения имеют определенную конфигурацию, соответствующую данному полю напряжений. У листового металла они проявляются при разноименных схемах напряженного состояния, при которых максимальное касательное напряжение расположено в площадках, перпендикулярных или наклоненных к поверхности листовой заготовки.

Рис. 13. Линии скольжения

Линии течения проявляются при двухосном одноименном напряженном состоянии, когда в плоскости заготовки все направления являются главными, а площадки с максимальным касательным напряжением расположены под углом 45° к поверхности заготовки. Именно поэтому линии течения имеют хаотический вид, отражая неоднородность свойств металла в плоскости заготовки, а не поля напряжений.