Способы получения заготовок обработкой давлением. Ковка, штамповка

By | 17 августа, 2011

В металлообрабатывающей промышленности обработка металлов давлением является одним из основных способов формообразования деталей машин различного назначения. Примерно 90 % стали и более 55 % цветных сплавов подвергаются обработке давлением.

Все процессы обработки металлов давлением основаны на способности металлических материалов в твердом состоянии устойчиво изменять форму и размеры под действием приложенных внешних сил, т. е. пластически деформироваться. Обработка металлов давлением существенно отличается от других видов обработки, так как в процессе пластической деформации металл не только приобретает требуемую форму, но и меняет свою структуру (форму и размеры зерен, характер распределения неметаллических включений, возникновение направленности макроструктуры) и физико-механические свойства.

Несмотря на большое многообразие процессов обработки давлением, их можно объединить в две основные группы — процессы металлургического и машиностроительного производства.

К первой группе относятся: прокатка, прессование и волочение, т. е. процессы, в основе которых лежит принцип непрерывности технологического процесса. Продукцию металлургического производства (листы, полосы, ленты, периодический и профильный прокат, трубы, профили, проволоку и т. п.) используют как заготовку в кузнечно-штамповочных и механических цехах и как готовую продукцию для создания различного рода конструкций.

Во вторую группу входят такие процессы, как ковка, объемная штамповка (горячая и холодная), листовая штамповка и специальные виды обработки давлением (калибровка, раскатка кольцевых деталей, редуцирование, обкатка, раздача и т. д.). Эти процессы обеспечивают получение заготовок изделий (деталей) и готовых деталей, не требующих последующей механической обработки.

Возможность использования высоких, сверхвысоких скоростей деформирования, небольшое число необходимых, относительно несложных технологических операций обусловливают кратковременность технологического процесса, высокую производительность и сравнительно низкую себестоимость получаемой продукции.

Кованые и штампованные заготовки (поковки) отличаются высокими механическими свойствами, что обеспечивает высокую надежность и долговечность выпускаемой продукции, поэтому наиболее ответственные, тяжелонагруженные детали машин изготавливают из заготовок, полученных ковкой или штамповкой.

Как указывалось ранее, все процессы обработки металлов давлением основаны на возможности материалов пластически деформироваться. Поэтому обработке давлением могут подвергаться, как правило, те металлы и сплавы, которые обладают необходимым запасом пластичности, обеспечивающим деформирование без нарушения сплошности материала, т. е. без его разрушения.

Пластичность не является неизменным, наперед заданным свойством материала — на нее оказывает влияние ряд факторов: химический состав материала, температура и скорость деформации, форма очага деформации и т. п. Создавая соответствующие условия деформирования, можно получить требуемую технологическую пластичность.

В зависимости от температуры и скорости деформации различают холодную и горячую деформации.

Холодная деформация происходит при таких температурно-скоростных условиях, когда в материале протекает только один процесс — упрочнение (или наклеп) металла. В этом случае образуется волокнистая структура, резко повышается прочность и снижается пластичность материала. При холодной деформации может возникнуть преимущественная ориентация кристаллографических осей зерен, образуется так называемая текстура, что является причиной повышения анизотропии механических свойств материала.

Различают два вида анизотропии:

•     начальную (или исходную), существующую до деформирования и объясняющуюся анизотропией свойств монокристаллических материалов; поликристаллические материалы (к ним относится большинство металлов, подвергаемых обработке давлением) могут быть квазиизотропными вследствие большого числа монокристаллических, хаотично расположенных зерен;

•     вторичную (или деформационную), т. е. изменяющуюся или заново возникающую в процессе деформации.

Анизотропия, возникающая в процессе деформации, может оказывать как полезное, так и вредное влияние на свойства материала. Анизотропия механических свойств листовых материалов способствует образованию «фестонов» при получении деталей глубокой вытяжкой, хрупкому разрушению рекристаллизованного тугоплавкого листового металла и другим видам дефектов. Однако механическая анизотропия может противодействовать хрупкому разрушению конструкций; направленность магнитных свойств материалов для трансформаторных сердечников, возникающая в результате прокатки трансформаторной стали, а также зависимости штампуемости листового материала от текстурного упрочнения свидетельствуют о полезном влиянии анизотропии.

Горячая деформация осуществляется при таких температурно-скоростных условиях обработки, когда в материале протекают одновременно два процесса: наклеп и рекристаллизация (упрочнение и разупрочнение), причем скорость разупрочнения равна или выше скорости упрочнения.

При горячей деформации улучшаются все механические свойства материала: и прочностные, и пластические, особенно повышается ударная вязкость. После горячей деформации, как правило, микроструктура равноосная, мелкозернистая, макроструктура волокнистая. Образование волокнистой макроструктуры при горячей деформации — полезное явление, особенно при изготовлении ответственных деталей (турбинных дисков, валов, роторов и т. п.).

Используя определенные операции ковки (например, осадку, протяжку) можно получить макроструктуру, совпадающую с направлением максимальных напряжений в детали при ее эксплуатации.

Оптимизация конструктивных и технологических решений дает толчок к созданию так называемого конструктивного и технологического множества, без чего невозможен выбор оптимальных решений в разнообразных условиях производства. Поэтому насыщение производства большим числом новых и совершенствование существующих технологических процессов является характерным условием развития современного машиностроения. Особенно ярко это обстоятельство проявляется в области обработки металлов давлением, для которой, по данным Е. И. Исаченкова, в В настоящее время насчитывается более 400 способов объемного формообразования.

Рассмотрим основные способы получения штучных заготовок.

Во многих случаях, когда требуются высокие прочность и пластичность, применяют заготовки из сортового и специального проката. В процессе прокатки нагретые до температуры деформирования литые заготовки подвергают многократному обжатию в валках прокатных станов, в результате чего значительно повышается плотность материала за счет «залечивания» литейных дефектов — пористости, микротрещин и т. п. Это придает заготовкам из проката высокие прочность и герметичность даже при небольшой их толщине.

При поперечно-винтовой прокатке в винтовых калибрах непрерывное формообразование осуществляется путем перемещения обрабатываемого тела между вращающимися валками, на поверхности которых по винтовой линии нарезаны ручьи (рис. 2.5). В результате этого длинная цилиндрическая заготовка, двигаясь непрерывно, деформируется на небольшом участке в относительно короткие тела вращения заданной конфигурации. Таким способом получают, в частности, шары.

Исходным материалом для изготовления мельничных шаров служат прутки круглого поперечного сечения из углеродистой стали диаметром на 1-3 мм меньше диаметра шара, а для получения заготовок шаров подшипников качения — прутки из стали ШХ15. Передний конец предварительно нагретой заготовки толкателем подается в непрерывно вращающиеся валки. Высота винтовой реборды валков от начала калибра плавно увеличивается, вследствие чего заготовка, захваченная валками, продвигаясь вдоль оси калибра, постепенно обжимается, приобретая форму шара, соединенного перемычкой с остальной заготовкой. Затем шар отделяется от заготовки и обкатывается в калибре. При этом поверхность шара проглаживается, а остаток перемычки закатывается и из валков выбрасывается полностью сформованный шар.

Прокатанные заготовки шаров имеют точную форму, а их диаметры изменяются в пределах 0,2-0,3 мм. Точные размеры, хорошее качество поверхности и малая глубина обезуглероженного слоя позволяют сократить припуск на шлифование шаров до 0,5-0,7 мм на сторону.

Прокаткой в винтовых калибрах можно получать не толь- Ко шары, но и другие тела вращения, например втулки, иглы для игольчатых подшипников.

Способы получения заготовок обработкой давлением

Прокатка цилиндрических изделий в винтовых калибрах находит применение и при получении заготовок, используемых в автоматических линиях, особенно для изделий из хрупких или очень пластичных материалов, когда традиционные способы резки мерных заготовок не могут обеспечить ровные торцы в заготовках.

Круглые изделия с переменным по длине диаметром применяются во многих отраслях машиностроения. К таким изделиям относятся полуоси, валы, шпиндели и т. п. Обычные способы изготовления заготовок этих деталей токарной обработкой или штамповкой вызывают большие потери металла (до 25-35 %) в стружку или на заусенцы и в то же время являются малопроизводительными.

Наиболее целесообразным способом получения заготовок для таких деталей является поперечно-винтовая прокатка на трехвалковых станах. Этот способ заключается в том, что три приводных валка 1 (рис. 2.6) вращают заготовку 2, которая принудительно перемещается в осевом направлении со значительным натяжением, создаваемым натяжным устройством через свободно вращающийся патрон 3, захватывающий передний конец заготовки. Во время прокатки валки сближаются и разводятся на требуемый размер гидравлической следящей системой в соответствии с заданным профилем сменной копировальной линейки или путем числового программного управления по заранее заданной программе.

На трехвалковых станах можно получать прокат любой формы, состоящей из соосно расположенных цилиндрических, конических, сферических или других поверхностей вращения. Трехвалковые станы имеют сравнительно малые установочные мощности, занимают меньше производственной площади, проще в эксплуатации и при ремонте.

По сравнению с другими способами получения аналогичных деталей поперечно-винтовая прокатка профилей переменного сечения имеет следующие преимущества:

• экономия металла до 15-30 %;

Способы получения заготовок обработкой давлением

•     возможность полной механизации и автоматизации процесса получения заготовок, начиная от загрузки заготовок в приемную часть нагревательного устройства до получения готового периодического проката;

•      переход от одного профиля заготовки к другому без замены валков, только за счет смены копира или программы (это позволяет прокатывать широкий сортамент заготовок при малом парке инструмента);

•     простота в переналадке стана к выпуску нового типоразмера проката (это дает возможность использовать способ для получения заготовок в условиях мелкосерийного производства);

•     низкая стоимость и малый расход инструмента при изготовлении деталей по сравнению со штамповкой.

В табл. 2.17 указаны основные способы переработки сортового и специального проката до готовых деталей.

Ковка возникла еще в бронзовом веке, когда вручную получали сначала изделия из меди, а затем из самородного метеоритного железа. С развитием металлургии бронзы и железа ковка получила очень широкое распространение. В настоящее время область применения ковки сокращается, но в ряде случаев ковка по-прежнему остается наиболее экономичным способом получения деформированных заготовок, т. е. поковок.

При ковке формоизменение происходит вследствие течения металла в стороны, перпендикулярные к движению деформирующего инструмента-бойка. Применяемый при ковке инструмент не создает значительного сопротивления течению металла при деформировании, что и отличает ковку от других видов обработки давлением, причем это течение ограничено лишь трением на контактной поверхности инструмент — деформируемый металл.

Применение ковки для получения заготовок объясняется рядом ее преимуществ по сравнению с другими видами обработки:

1)     возможностью изготовления крупногабаритных поковок массой несколько сотен тонн, получение которых другими способами невозможно; использованием сравнительно маломощного оборудования при обработке таких поковок, так как обработка ведется деформированием отдельных участков заготовки;

2)       возможностью получать поковки широкого ассортимента благодаря применению универсального оборудования и универсальной оснастки;

3)       значительным улучшением качества металла, повышением его механических свойств, особенно пластичности и ударной вязкости.

 

Виды проката, способы его переработки и области применения

Вид исходной заготовки (прокат)

Способ переработки

Применение

Сортовой: круглый

Механическая обработка, радиальная ковка, штамповка на ГКМ

Гладкие и ступенчатые валы и оси с небольшим перепадом ступеней, стаканы диаметром до 50 мм и втулки с наружным диаметром до 25 мм

квадратный, прямоугольный, шестигранный

Механическая обработка, высадка, штамповка на КГШП .

Крепежные детали, небольшие детали типа рычагов, тяг и планок

листовой

Листовая штамповка, обработка на давильных станках

Цилиндрические полые заготовки, фланцы, кольца, плоские детали различной формы

трубный

Механическая обработка, высадка, раздача, штамповка

Цилиндры, втулки, гильзы, стаканы, барабаны, ролики, фланцы и т. п.

профильный

сортовой:

двутавр,

швеллер,

уголок

Резка, сварка

Балки, кронштейны, полки, рамы, станины и т. п.

Периодический:

продольный,

поперечно-

винтовой

Штамповка

Заготовки под штамповку (позволяют снизить расход металла до 15 %, себестоимость на 10-20 %, увеличить стойкость штампов, повысить производительность труда на 25-30 %)

поперечный

Штамповка, готовые детали (шары)

Шары для подшипников качения, углеразмольных и цементных мельниц, полые профилированные трубчатые заготовки

Основные недостатки ковки следующие:

•    низкая производительность, значительная трудоемкость изготовления поковок, особенно на прессах;

•    большие напуски, припуски и допускаемые отклонения размеров поковки, что приводит к увеличению объема механической обработки и расхода металла.

В табл. 2.18 и 2.19 приведены припуски и допускаемые отклонения размеров поковок, изготавливаемых ковкой на молотах и прессах.

Ковка является рациональным и экономически выгодным процессом получения качественных заготовок с высокими механическими свойствами в условиях мелкосерийного и единичного производств. Ковкой изготавливают самые разнообразные поковки, масса которых находится в пределах от нескольких десятков граммов до сотен тонн.

Наиболее ответственные детали, такие как валы и диски турбин, роторы, коленчатые валы судовых двигателей, барабаны котлов высокого давления и т. п., к которым предъявляются высокие требования по качеству металла и механическим свойствам, изготавливают из поковок.

Ковка осуществляется при температурах горячей деформации, поэтому для такого вида обработки применяют все

Припуски и допускаемые отклонения на кованые молотовые поковки

 

 

Таблица 2.18

Длина детали L, мм

Диаметр детали или размер сечения, мм

До 50

Св. 50 до 70

Св. 70 до 90

Св. 90 до 120

Св. 120 до 160

Св. 160 до 200

Св. 200

до 250

Св. 250 до 300

Св. 300 до 360

Припуски 5 и предельные отклонения ±Д/2, мм

До 250

5±2

6±2

7+2

8±3

9+3

Св. 250 до 500

6+2

7±2

8±2

9+3

10±3

11±3

12+3

13±4

14+4

Св. 500 до 800

7±2

8+2

9+3

10+3

11±3

12±3

13+4

14+4

15+4

Св. 800 до 1200

8±2

9+3

10+3

11+3

12±3

13+4

14±4

15+4

16±4

Св. 1200 до 1700

10+3

11±3

12+4

13+4

14±4

15+4

16±5

17±5

Св. 1700 до 2300

11+3

12±3

13±4

14+4

15±4

16+5

17+5

18+5

Св. 2300 до 3000

13±4

14±4

15±4

16+5

17±5

18±5

19±5

Св. 3000 до 4000

15±5

16±5

17+5

18±5

19+5

20±6

Св. 4000 до 5000

,—

16+5

17±5

18+5

19+5

20+6

21±6

Св. 5000 до 6000

18±5

19±5

20+6

21±6

22±6

Примечания. 1. В случае обработки поверхности детали по более высокому параметру шероховатости (Rz = 40 + 20) допускается увеличение соответствующих табличных значений припусков, но не более чем на 1 мм на сторону. 2. Припуски и предельные отклонения для прямоугольного сечения детали назначаются в зависимости от наибольшего сечения.

 

Таблица 2.19 Припуски и допуски на кованые прессовые поковки

Длина детали L, мм

Диаметр детали D, мм

Св. 250 до 280

Св. 280 до 315

Св. 315

до 355

Св. 355 до 400

Св. 400 до 450

Св. 450 до 500

Припуски 5 и предельные отклонения ±Д/2, мм

До 1000

13+2

13±2

14±2

16±3

17±3

17±3

Св. 1000 до 1250

13+2

14±2

16±3

17+3

17±3

17+3

Св. 1250 до 1600

14±2

16±3

17±3

17±3

17±3

18±3

Св. 1600 до 2000

16±3

17±3

17±3

17±3

18+3

18±3

Св. 2000 до 2500

17+3

17±3

17±3

18+3

18±3

20±4

Св. 2500 до 3150

17±3

17+3

18+3

18±3

20+4

20+4

Св. 3150 до 4000

17±3

18±3

18±3

20±4

20±4

21±4

Примечание. Данные таблицы распространяются на детали, у которых L > 1,25 D.

стали и сплавы, используемые при обработке металлов давлением. Шероховатость поверхности поковок, полученных ковкой, Rz = 320 -г- 80 мкм. При использовании подкладных штампов параметр шероховатости поверхности Rz поковок может быть доведен до 80-40 мкм. Коэффициент весовой точности поковок не превышает 0,3-0,4, что вызывает большой объем механической обработки. Поэтому в условиях мелкосерийного производства целесообразно применять несложные подкладные штампы, групповую или секционную штамповку [16].

Для снижения расхода металла при партиях более 30-50 поковок одного наименования рекомендуется применять подкладные открытые или закрытые штампы (рис. 2.7). В этом случае возможно получение без напусков поковок относительно сложной формы с припусками и допусками примерно на 15-20 % ниже, чем при ковке на универсальном инструменте.

Подкладные штампы можно применять для получения поковок массой до 150 кг, но преимущественно подкладные штампы применяют для поковок массой до 10-15 кг.

Как видно из данных, приведенных на рис. 2.7, применение подкладного штампа позволяет повысить коэффициент весовой точности и улучшить качество поковки за счет более рационального распределения металла, уменьшить объем механической обработки и снизить стоимость получения готовой детали.

Способы получения заготовок обработкой давлением

В табл. 2.20 приведены экономические показатели, полученные в результате совершенствования технологических процессов ковки для некоторых деталей.

Горячая объемная штамповка наиболее широко применяется для получения качественных заготовок. Горячей объемной штамповкой получают заготовки для ответственных деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, железнодорожных вагонов, самолетов, металлообрабатывающих станков, швейных машин и т. д. Более 65 % массы всех поковок и до 20 % массы деталей большинства машин изготавливаются из заготовок, полученных горячей объемной штамповкой. Этот способ штамповки наиболее эффективен при массовом, крупносерийном и серийном производствах деталей массой от нескольких граммов до нескольких тонн (примерно до 3 т). Наиболее целесообразно изготовление штамповкой поковок массой не более 50-100 кг.

Таблида 2.20

Изменение технико-экономических показателей при ковке за счет применения подкладных штампов и универсальной оснастки

Деталь

Число деталей, шт.

Марка стали

Масса поковки

Годовая экономия металла

Снижение трудоемкости, нор МО-ч

старой

новой

кг

%

при изготовлении заготовок

при механической обработке

Обтекатель

113

12МХ

17,1

10,9

700

36,3

3-22

37-40

Корпус

113

12МХ

83,5

54,7

3260

34,5

29-24

35-47

Поршень

113

12МХ

14,0

10,3

418

36,4

3-22

30-08

Фланец

75

12Х18Н10Т

181,0

128,0

3975

29,3

15-00

56-15

Фланец

2

12Х18Н9Т

13,0

8,0

10

38,5

0-12

1-24

Колесо коническое

78

40Х

3,35

1,9

110,2

43,3

23-40

 

По сравнению с ковкой горячая объемная штамповка имеет следующие преимущества:

•     поковки, изготавливаемые штамповкой, имеют более сложную форму и лучшее качество поверхности;

•    поковки можно получать со значительно меньшими допусками, чем при ковке, а при точной штамповке допуски можно довести до долей миллиметра и подвести под классы точности, получаемые при обработке резанием;

•     припуски снижаются в два-три раза (как правило, механической обработке подвергаются только сопрягаемые поверхности);

•    значительно повышается производительность труда (десятки и сотни поковок в час);

•     за счет наличия в конструкции штамповочного оборудования выталкивателей штамповочные уклоны значительно меньше, чем при получении штамповок на молотах.

К недостаткам горячей объемной штамповки относятся:

•     ограничения по массе получаемых поковок;

•    дополнительный отход металла в заусенец, масса которого составляет от 10 до 30 % от массы поковки;

•    для горячей объемной штамповки требуются большие усилия деформирования, чем для ковки; инструмент (штамп) является более сложным и дорогим, чем универсальный инструмент для ковки.

Горячая объемная штамповка подразделяется на различные виды в зависимости от типов штампа, оборудования, исходной заготовки, способа установки заготовки в штампе и т. п. Остановимся только на факторах, которые определяют конфигурацию поковки и точность ее изготовления, т. е. на типах штампов и оборудования.

В зависимости от оборудования имеются следующие виды объемной штамповки: на штамповочных паровоздушных молотах двойного действия, кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП), горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), гидравлических прессах, высокоскоростных молотах и на специальных машинах (ковочные вальцы, горизонтально-гибочные машины — бульдозеры, ротационно-обжимные и радиально-обжимные машины, электровысадочные машины, раскатные машины).

Для изготовления одних и тех же деталей применяют различное оборудование, при этом можно значительно изменять конфигурацию поковки, размеры припуска и допуска, напуски и точность изготовления.

В зависимости от типа штампа горячая объемная штамповка подразделяется на следующие виды: в открытых штампах (рис. 2.8, а), в закрытых штампах (рис. 2.8, б), в штампах для выдавливания.

Перечисленные типы штампов применяют при штамповке на всех типах оборудования. Вид штампа определяет течение металла, т. е. конфигурацию поковки, поэтому данную классификацию штамповки можно считать основной.

Штамповка в открытых штампах характеризуется тем, что штамп в процессе деформирования остается открытым (рис. 2.8, а). Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа является переменным, в него затекает (выдавливается) металл при деформировании, образуя заусенец, т. е. технологический припуск, размеры которого рассчитывают при проектировании технологии в зависимости от размеров поковки. Основное назначение этого заусенца — компенсация колебаний исходных заготовок по массе.

Этот тип штампа можно применять для деталей любой конфигурации. Однако наличие заусенца увеличивает расход металла, кроме того, для обрезки заусенца необходимо применение специальных обрезных прессов и штампов.

При штамповке в закрытых штампах штамп в процессе деформирования остается закрытым, т. е. металл деформируется в закрытом пространстве (рис. 2.8, б). Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа в процессе деформирования остается постоянным и незначительным по размеру — он только предохраняет штамп от заклинивания. Отсутствие заусенца сокращает расход металла, отпадает необходимость в обрезных прессе и инструменте. Однако этот тип штампа применяется для сравнительно простых деталей, в основном тел вращения. Кроме того, отсутствие заусенца вызывает необходимость использовать точные заготовки из калиброванного проката или предварительно механически обработанные.

Способы получения заготовок обработкой давлением

 

Сопоставляя качество макроструктуры поковок, отштампованных в открытых и закрытых штампах, необходимо отметить, что при закрытой штамповке макроструктура более качественная, так как процесс образования поковки в полости штампа протекает без нарушения сплошности волокон, при обрезке заусенца после открытой штамповки волокна оказываются перерезанными, что снижает прочность детали (рис. 2.9).

Штамповка в штампах для выдавливания — наиболее прогрессивный технологический процесс горячей штамповки. При использовании штампов для выдавливания значительно снижается расход металла (до 30%), повышается коэффициент весовой точности, поковки получаются точные, максимально приближающиеся по форме и размерам к готовым деталям, производительность труда увеличивается в 1,5-2,0 раза.

Способы получения заготовок обработкой давлением

Способы получения заготовок обработкой давлением

Для выдавливания наиболее целесообразны следующие типы поковок: стержень с фланцем, клапаны двигателей, полые детали типа стаканов и т. п. Схемы штамповки в штампах для выдавливания приведены на рис. 2.10, где стрелками указано течение металла. Этим способом можно получать детали из углеродистых и легированных сталей, алюминиевых, медных и титановых сплавов.

 

Способы получения заготовок обработкой давлением

Поковки, изготовленные выдавливанием, имеют высокое качество поверхности, плотную микроструктуру. Точность поковок может соответствовать 12-му квалитету, пределы допусков на размеры +1,0…-0,5. Это достигается в результате тщательной подготовки исходных заготовок под штамповку, а также высокой точности изготовления и наладки штампов, использованием специальных смазочных материалов.

Основное преимущество выдавливания перед штамповкой в открытых штампах — получение поковок с точными размерами и чистой поверхностью. Основные недостатки — высокие удельные усилия деформирования, большие энергозатраты на реализацию процесса и низкая стойкость штамповой оснастки.

На рис. 2.11 представлены эскизы поковок, получаемых штамповкой на молоте (а) и выдавливанием (б). Из сравнения эскизов видно, что в данном случае выдавливание более эффективно, чем штамповка.

Эффективность применения горячего выдавливания видна из табл. 2.21.

Таблица 2.21 Изменение затрат при штамповке выдавливанием

Выдавливание

Норма расхода металла, кг

Экономия,%

на молоте в закрытых штампах

в штампах для выдавливания

по

материалу

по

трудоемкости

Прямое

68,01

34,33

49,5

41,8

Обратное

16,78

10,44

97,8

10,6

Выбор штампа (открытый, закрытый или для выдавливания) определяется: во-первых — конфигурацией и сложностью детали, во-вторых — ее массой и материалом, в-третьих — типом производства. Следует учитывать также и существенные различия в макроструктуре материала поковок, полученных в различных штампах. Макроструктура материала детали определяет ее прочность и долговечность, поэтому указанное обстоятельство должно учитываться при выборе технологического процесса получения штампованной заготовки.

На конфигурацию поковок, получаемых горячей объемной штамповкой, на их точность, объем последующей механической обработки и себестоимость большое влияние оказывает не только тип штампа, но и вид применяемого оборудования.

Разница в принципе воздействия этих машин на деформируемый материал является определяющей. Ударный характер работы штамповочного молота исключает возможность использования выталкивателей, что приводит к значительному расходу металла на штамповочные уклоны и компенсацию возможного смещения половин штампа относительно друг друга. Производительность труда при штамповке на молотах невысокая, процесс трудно поддается комплексной автоматизации.

Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах имеет ряд технологических и эксплуатационных преимуществ по сравнению со штамповкой на молотах. К ним относятся:

•     форма поковки более близка к форме готовой детали (рис. 2.12);

•     высокая точность поковок (особенно по высоте);

•     при штамповке на молоте пределы допусков 0,8-1,0 мм, а при штамповке на КГШП — 0,2-0,5 мм;

•     существенная экономия металла и сокращение объема механической обработки за счет снижения припусков (в среднем на 20-30 %) и штамповочных уклонов (в два-три раза);

•     повышение производительности труда в среднем в 1,4 раза;

•     возможность полной автоматизации процесса;

•     КПД прессов в три раза выше, чем у молотов;

•      снижение себестоимости изготовления поковок примерно на 10-30 %.

Штамповку на молотах в основном применяют в серийном и крупносерийном производствах поковок массой 0,01-1000 кг, штамповка на КГШП наиболее целесообразна при крупносерийном и массовом производствах деталей сложной формы массой до нескольких сот килограммов.

При оценке эффективности горячей объемной штамповки следует учитывать стоимость штамповой оснастки, так как значительная доля затрат падает на стоимость штампов (в зависимости от характера производства составляет 10-60 % стоимости поковок). Молотовые штампы изготавливают цельноблочными, массивными, что приводит к значительному расходу дорогостоящей, слож- нолегированной стали. Прессовые штампы требуют меньше материала, но более сложны в механической обработке. Затраты на штамповую оснастку зависят от стойкости штампов: чем больше выпуск поковок и чем больше стойкость штампов, тем меньше затраты на штампы (табл. 2.22).

Способы получения заготовок обработкой давлением

Особенность конструкции гидравлических прессов обеспечивает неударный характер приложения нагрузки, поэтому они значительно тихоходнее, дороже и менее производительны, чем штамповочные молоты. Гидравлические прессы вместо штамповочных молотов применяют только там, где не может быть использован молот — при штамповке:

Таблица 2.22 Ориентировочная стойкость вставок молотовых штампов

Поковки. Оборудование

Материал вставки

Стойкость, тыс. шт.

Втулки и шестерни из конструкционной стали. Молот. МПЧ 1,25-5,0 тс

5ХНВ

3,0-4,5

4ХЗВМФ

8,0-11,0

Ролики трактора из стали 40Х. Молот. МПЧ 4 тс

5ХНМ

4,5

5Х2НВМФ

11,2

Ролики из стали 50Г. Молот. МПЧ 5 тс

5ХНВ

3,2-4,2

Удлиненные из конструкционных сталей. Молот. МПЧ 5-8 тс

5ХНМ

2,0

Ролики трактора из стали 40Х. Молот. МПЧ 8 тс

5ХГВ

0,9-2,2

Крышки и фитинги из специальных сталей. Молот. МПЧ 3-5 тс

5ХНВ

0,15-0,4

4Х5В2ФС

0,8-1,5

крупных штамповок, для которых масса падающих частей самых мощных молотов оказывается недостаточной; малопластичных сплавов, не допускающих больших скоростей деформирования; выдавливанием, где требуется большой ход рабочего инструмента; поковок цилиндрической формы типа втулок, стаканов и очень сложных форм в разъемных матрицах.

Применение разъемных матриц позволяет получать поковки, по форме и размерам приближающиеся к конфигурации готовых деталей, без заусенца и штамповочных уклонов. Точность размеров таких поковок может достигать 11-го 12-го квалитетов. Коэффициент использования металла увеличивается с 0,2 до 0,6, трудоемкость механической обработки уменьшается на 15-20 % .

Фрикционные винтовые прессы по принципу воздействия на деформируемый металл занимают промежуточное положение между прессом и молотом. Их применяют для мелких и средних поковок типа колпачков и стаканчиков, типа стержня с утолщением, например винты и болты, а также для штамповки сложных поковок, требующих разъемных матриц, в частности корпусов вентилей, тройников деталей трубопроводов.

На фрикционных прессах штампуют поковки из черных и из цветных металлов, преимущественно малопластичных, медных и магниевых сплавов. Винтовые фрикционные прессы — тихоходные малопроизводительные машины, поэтому их применение ограничено при крупносерийном производстве.

Кривошипные горячештамповочные и винтовые прессы применяют для получения точных поковок шестерен с готовым профилем зуба. Освоены и внедрены в производство технологические процессы штамповки шестерен с прямым и спиральным профилем зуба, с модулем 5 мм и выше.

Штамповку конических и цилиндрических шестерен с готовым профилем зуба применяют для получения: готовых шестерен без последующей механической обработки по зубу с параметром шероховатости поверхности Rz = 40 н- 20 мкм, применяемых в сельхозмашиностроении, угольной промышленности и т. д., шестерен с готовым профилем зуба, требующим только чистовой обработки. Припуск по профилю зуба принимают равным 0,6 мм на сторону, а по наружному конусу или диаметру цилиндрической шестерни — 1,5 мм на сторону.

Штампованные шестерни с готовым профилем зуба имеют ряд преимуществ перед шестернями, изготавливаемыми механической обработкой:

статическая прочность таких шестерен в среднем на 50 % выше обычных, так как у штампованных зубьев волокна металла расположены вдоль контура зуба, а у фрезерованных зубьев они перерезаны; это увеличение прочности зубьев позволяет снизить массу и удешевить стоимость машины путем снижения габаритных размеров или замены легированных сталей обычными конструкционными;

значительно снижаются расход металла (в среднем на 25-45 %) и общая трудоемкость изготовления шестерен.

Широкое применение для горячей объемной штамповки, особенно для операций высадки, получили горизонтально- ковочные машины (ГКМ), представляющие собой механический пресс, расположенный в горизонтальной плоскости. Кроме главного деформирующего ползуна имеется ползун, движение которого перпендикулярно к движению главного ползуна, осуществляющего смыкание и размыкание блока матриц.

В отличие от штампов молотовых и прессовых штампы для ГКМ имеют два взаимно перпендикулярных разъема и могут быть открытыми и закрытыми. Наличие двух разъемов в штампе создает лучшие условия для выполнения высадочных работ и позволяет получать поковки, как правило, без штамповочных уклонов.

Поковки, получаемые на горизонтально-ковочных машинах, обычно имеют форму тел вращения. Типичные представители поковок, штампуемых на ГКМ, приведены на рис. 2.13.

Эти машины позволяют: производить высадку конусов на длинных (до 3 м и более) прутковых и трубных заготовках; получать изделия типа стержня или трубы с головкой значительного объема путем последовательной высадки с последующим набором металла головки (рис. 2.14); штамповать осадкой в торец изделия сложной формы, для изготовления которых необходимо применение разъемных матриц; получать поковки с отверстиями из прутковой заготовки без отходов металла на просечку отверстия.

Способы получения заготовок обработкой давлением

 

При сопоставлении штамповки на горизонтально-ковочных машинах со штамповкой на молотах и прессах необходимо учитывать, что номенклатура поковок для этих машин резко ограничена, масса их сравнительно небольшая (обычно 30-50 кг), стойкость штампов ниже, чем у молотов и прессов, стоимость горизонтально-ковочных машин примерно в 1,5 раза выше, чем стоимость кривошипных прессов той же мощности. Однако достигаемая экономия металла, возможность получения более сложных и точных поковок, исключение предварительной операции резки прутков на штучные заготовки делают этот способ экономически целесообразным (рис. 2.15).

Все возрастающие требования к экономии материалов, разработке таких технологических процессов получения заготовок, когда механическую обработку применяют только как доводочную операцию, вызвали появление процессов «точной», или малоотходной, горячей объемной штамповки. Точная горячая объемная штамповка относится к прогрессивным технологическим процессам, обеспечивающим экономию металла, сокращение трудоемкости при механической обработке, повышение качества и надежности деталей.

Способы получения заготовок обработкой давлением

Использование машин узкого назначения вместо универсальных при производстве заготовок позволяет во многих случаях значительно снизить трудоемкость, сократить сроки изготовления и улучшить качество деталей. Ниже в общих чертах рассмотрим специализированные процессы, нашедшие за последнее время наибольшее распространение в кузнечно-штамповочном производстве.

Способы получения заготовок обработкой давлением

 

Скорость деформирования металла при горячей штамповке на горячештамповочных кривошипных прессах 0,3-0,6 м/с, на молотах 5-7 м/с, на специальных машинах, предназначенных для скоростного деформирования металла, м/с и выше.

При высоких скоростях деформирования металл становится значительно пластичнее, податливее и при штамповке поковок ручей штампа хорошо заполняется. Чистота поверхности поковок достигает 4-5-го класса. Штамповка, как правило, производится за один удар со штамповочными уклонами, не превышающими 0,5°.

Штамповка поковок с высокими скоростями деформирования металла имеет следующие основные преимущества перед обычными методами.

Высокая точность штампованных поковок (4-5-й классы) позволяет сократить их механическую обработку на 60-75 % и приблизить их по форме и размерам к окончательно изготовляемым деталям. Для поковок, полученных методом скоростного деформирования, основной технологической операцией в механическом цехе является шлифовка (рис. 2.16).

Кроме алюминиевых сплавов АК6, АК8, В95, АВ, АМгЗ, сталей углеродистых, легированных, конструкционных и инструментальных, штампуемых обычным методом, можно штамповать поковки из труднодеформируемых металлов и сплавов: титановых сплавов ВТ-1, ВТЗ-1, ВТ-5, жаропрочных сталей ЭИ417, ЭИ481, ЭИ654, ЭИ696, сплавов, полученных на основе ниобия, молибдена, вольфрама и т. д.

Способы получения заготовок обработкой давлением

Значительно снижается расход металла, так как штамповка производится в закрытом штампе и с меньшими (в 5-10 раз) штамповочными уклонами, чем при обычной штамповке. Снижается расход металла и трудоемкость изготовления штампов, так как штамповка производится в основном за один удар в одном ручье вместо двух—четырех при обычных методах изготовления поковок.

Масса машины для скоростного деформирования в 10 раз меньше массы эквивалентного парового штамповочного молота. Это объясняется тем, что в машинах отсутствуют дорогостоящие тяжелые фундаменты, металлоемкие узлы и детали (шабот, баба и т. д.), не требуются котельная и промразводки.

К недостаткам штамповки методом высокоскоростного деформирования металла следует отнести невысокие стойкость штампов (не превышающую 1500 шт.) и производительность оборудования (до 150 шт./ч).

Технологический процесс штамповки поковок методом высокоскоростного деформирования металла состоит из резки заготовок, их нагрева и штамповки.

Заготовки должны быть отрезаны с максимально возможной точностью, так же как и при штамповке методом выдавливания. Излишек металла повышает трудоемкость изготовления деталей при механической обработке и снижает стойкость штампа, а недостаток ведет к браку поковки. Для получения поковок высокой точности по массе и объему заготовки следует резать на специальных ножницах, снабженных дозирующим устройством и обеспечивающих перпендикулярность плоскости среза к оси заготовки.

Для штамповки поковок ответственных деталей следует резать заготовки на токарных автоматах с одновременным удалением внешних пороков металла и образованием на одном из торцов фаски для лучшей фиксации заготовки в штампе и лучшего его заполнения.

В тех случаях, когда используют труднодсформируемые сплавы или металлы, не поддающиеся механической обработке, резку заготовок можно производить электроискровым способом.

Нагрев не должен сопровождаться образованием окалины (при скоростном методе деформирования нецелесообразно предусматривать переход для сбивки окалины с поверхности заготовки), производить его следует в индукторе, так как при нагреве в обычных окислительных печах с последующей гидроочисткой изменяется объем заготовки и нарушается точность, достигнутая при резке.

Штамповка осуществляется в закрытом штампе обычно за один удар. Обе половины штампа подвижные — машина работает по принципу бесшаботного молота; ход нижней рамы 15 мм, этого достаточно, чтобы не применять громоздкие шабот и фундамент.

Способы получения заготовок обработкой давлением

Подвижные части молота после удара уравновешиваются пружинными амортизаторами, установленными с обеих сторон станины.

Штамповку на горизонтально-гибочных машинах применяют для получения заготовок из сортового или полосового материала больших габаритных размеров. Она может осуществляться как в горячем, так и в холодном состоянии. Как правило, изделия, получаемые гибкой, не подвергаются механической обработке, поэтому при конструировании деталей в чертеже следует предусмотреть все необходимые требования для обеспечения точности формы и размеров детали:

•     по возможности избегать гибки на ребро;

•     обеспечивать внутренние радиусы изгиба максимально возможными;

•     незначительные отклонения размеров в результате искажения проката в местах изгиба не учитывать и в чертеже не указывать

Горизонтально-гибочные машины позволяют осуществлять гибку V-образных (рис. 2.17, а), П-образных (рис. 2.17, б), дугообразных (рис. 2.17, в) и круглых (рис. 2.17, г) деталей.

Вальцовка представляет собой разновидность прокатки, когда деформирование штучной заготовки производится в секторных штампах ковочных вальцов (рис. 2.18).

Способы получения заготовок обработкой давлением

 

Ковочные вальцы относительно просты по конструкции, просты в эксплуатации и высокопроизводительны. Из мерных заготовок круглого, квадратного или прямоугольного поперечных сечений вальцовкой изготавливают фасонные заготовки удлиненной формы, переменного сечения и, как правило, с прямолинейной осью. Вальцовку применяют для изготовления заготовок под дальнейшую штамповку на прессах или молотах, а также для получения готовых поковок и как отделочную операцию.

Штамповку вальцовкой применяют при массовом и крупносерийном производствах для получения мелких и средних поковок переменного сечения и различной формы (например, гаечных ключей, плоскогубцев, звеньев транспортеров и т. п.). Поковки получают в «ленте» по несколько штук, расположенных в длину и соединенных между собой заусенцем. Параметр шероховатости поверхности таких поковок Rz = 320 -s- 40 мкм, производительность процесса оценивают тысячами штук в смену.

Отделочную вальцовку применяют для получения профильных заготовок, например турбинных лопаток с припуском на рабочую поверхность до 0,2-0,15 мм, параметром шероховатости поверхности Rz до 3,2 мкм. Обычно такую вальцовку проводят в холодном состоянии, причем получаемые заготовки имеют окончательные размеры по толщине и профилю. Отделочная вальцовка дает значительный эффект: снижаются расход металла в среднем на 35 %, трудоемкость на 20 %, себестоимость на 35 %.

Штамповку на радиально-обжимных и ротационно-ковочных машинах осуществляют как в горячем, так и в холодном состоянии, обрабатывая осесимметричные детали с вытянутой осью [38].

Ротационное деформирование как метод точной обработки изделий получило применение в производстве сравнительно недавно, чему способствовало появление специализированных радиально-обжимных и ротационно-ковочных машин с программным управлением. Изделия, изготовляемые на этом оборудовании, имеют широкий диапазон размеров диаметра: от 0,15 мм (для прутка) до 600 мм (для трубной заготовки). Эскизы деталей, получаемых ротационным деформированием, приведены на рис. 2.19.

На радиально-обжимных и ротационно-ковочных машинах можно изготавливать ступенчатые и удлиненные поковки и изделия из жаропрочных и малопластичных сталей и сплавов, сплавов на основе алюминия, а также из металлокерамики и металлопорошков, получать отверстия малых диаметров на относительно большой длине, производить сборочные операции.

Способы получения заготовок обработкой давлением

Точность и шероховатость поверхности поковок зависят от качества изготовления и геометрии инструмента, режимов обработки. При удовлетворительном сочетании всех факторов можно получить параметры шероховатости поверхности: Rz = 1,6 -J- 0,4 мкм при холодной и Rz — 2,0 -s- 6,3 мкм при горячей обработке. В этих случаях обжатие позволяет одновременно заменить точение и шлифование. Точность обработки при холодном обжатии соответствует 6-8-му при горячем — 11-13-му квалитетам.

В процессе ротационного обжатия улучшается структура металла, повышаются его механические свойства. Повышение прочности изделий после обжатия предопределяет применение этого вида обработки в тех случаях, когда затруднено выполнение термической обработки.

Сущность процесса состоит в следующем: прутковая заготовка подвергается обжатию бойками, движущимися навстречу друг другу; движение бойков у разных конструкций машин осуществляется по-разному; число бойков также может быть различным: два, три, четыре (рис. 2.20). Число обжатий у различных машин колеблется от нескольких сот до нескольких тысяч в минуту.

Основным преимуществом данного вида обработки является получение поковок высокой точности с высокой чистотой поверхности. Дальнейшая механическая обработка, за исключением шлифования (в целях достижения необходимой точности) и последующих доводочных операций, в большинстве случаев излишняя.

Прочность изделий увеличивается примерно на 30 %. Процесс позволяет значительно экономить металл. Так, при переводе изделий типа ступенчатых валов со штамповки или механической обработки на горячее обжатие экономия металла достигает 40-60 %. Производительность (по сравнению с токарной обработкой) возрастает в четыре-пять раз.

Способы получения заготовок обработкой давлением

Поэтому перевод изделий с обработки резанием на ротационное обжатие во всех типах производства, кроме единичного, всегда является экономически целесообразным.

Раскатка кольцевых заготовок широко распространена в промышленности для получения заготовок колец сложного профиля, с поднутрениями, буртами, выточками и т. д. [8].

Раскатка не является самостоятельным процессом обработки металлов давлением, так как исходные заготовки для раскатки обычно получают штамповкой, ковкой, литьем или из труб. Раскатку осуществляют как в горячем, так и в холодном состоянии.

В соответствии с габаритными размерами применяемого оборудования раскатке подвергают заготовки с наружным диаметром от 40 до 2000 мм при высоте обрабатываемого обода до 180 мм. На рис. 2.21 показаны схемы раскатки кольцевых заготовок, а на рис. 2.22 — типы колец, получаемых раскаткой.

Допуск на наружный диаметр кольца принимают +0,01 D, на внутренний диаметр — 0,022d, но не более 6 мм. Параметр шероховатости поверхности Rz = 10 + 3,2 мкм.

Основные преимущества раскатки следующие:

•     получение более сложного профиля и более точных размеров, чем при штамповке;

•     обеспечение в заготовке тангенциального расположения волокон металла, что значительно увеличивает надежность изделий;

•     значительная экономия металла, повышение коэффициента весовой точности до 0,7-0,75;

Способы получения заготовок обработкой давлением

•     высокая производительность процесса (250 шт./ч крупных и 500 шт./ч мелких поковок);

•     снижение трудоемкости механической обработки на 20-30 %.

Недостаточная производительность (в ряде случаев и точность) шлицефрезерования обусловила возникновение новых методов образования шлицев, в частности пластическим деформированием накаткой, т. е. превращением гладкой поверхности заготовки в ребристую определенного профиля [46]. Этот процесс комбинированный, заготовки под накатку получают либо штамповкой, либо ковкой, в некоторых случаях заготовкой может служить пруток. Диаметр заготовки под накатку определяют опытным путем.

Основным оборудованием являются специальные станы, действующие по принципу поперечной прокатки, с принудительным вращением заготовки и пары накатных валков (рис. 2.23). Такой способ накатки в основном используют для горячей накатки зубьев колес, шлицев на валах и крупной резьбы. Мелкую резьбу накатывают в механических цехах плоскими плашками или роликами на резьбонакатных станках.

Способы получения заготовок обработкой давлением

 

Штучная накатка зубчатых колес универсальна и при использовании соответствующей оснастки позволяет изготовлять цилиндрические и конические колеса с зубьями прямыми и спиральными (рис. 2.24).

Цилиндрические зубчатые колеса диаметром менее 150 мм при модуле не более 3 мм рациональнее обрабатывать стопками. На таком же принципе основано изготовление зубьев шестерен непосредственно из прутка. Зубья наносятся накаткой на поверхность прутка, который в дальнейшем режется на мерные заготовки по высоте; механической обработкой изготавливают отверстия. Накаткой можно получать зубья модулем 15-8 мм на колесах диаметром до 600 мм. Особенно выгодно получать зубья накаткой для крупномодульных шестерен, когда достигают значительной экономии металла.

Предварительная механическая обработка перед накаткой заключается в обработке посадочного отверстия, торцов и наружного диаметра, что позволяет получить профиль накатанного зуба по всем размерам с точностью по 8-му квалитету с параметром шероховатости поверхности Rz = = 6,3 -s- 0,8 мкм. На полученных накаткой зубьях, окончательные размеры которых должны соответствовать 6-му квалитету, предусматривают припуск (на последующее шлифование или шевингование) по 0,2-0,25 мм на сторону.

Способы получения заготовок обработкой давлением

Способы получения заготовок обработкой давлением

Применение пластического деформирования (накатки) вместо механической обработки дает значительное снижение трудоемкости изготовления зубчатых колес, так как производительность накатки выше зубонарезывания в 40-50 раз. Например, использование одного стана даст возможность заменить примерно 80 единиц зуборезного оборудования и высвободить до 70 станочников.

Благоприятное расположение волокон после накатки повышает механические характеристики зубчатых колес, в частности, их износоустойчивость увеличивается на 50-70 %.

Стоимость колес с накатанными зубьями получается ниже стоимости фрезерованных примерно на 15-20 %. При этом можно рассчитывать, что освоение накатки заготовок без предварительной обработки снизит трудоемкость их изготовления на 40-45 %, тем самым снижая стоимость зубчатых колес, и расширит область применения этого способа.

Калибровка относится к отделочным операциям обработки металлов давлением (рис. 2.25).

Цель калибровки — повышение точности размеров всей поковки или отдельных ее участков. При калибровке достигают улучшения качества поверхности и снижения колебаний массы поковки. Калибровку целесообразно применять в крупносерийном и массовом производствах для снижения, а в некоторых случаях и для полного устранения механической обработки. Точность и чистота поверхностей поковок, подвергаемых калибровке, не ниже, чем фрезерованных, а иногда и шлифованных деталей. Кроме того, после калибровки возможно повышение механических свойств и стойкости деталей при эксплуатации за счет наклепа.

По технологическим признакам калибровку можно разделить на плоскостную, объемную и комбинированную [17].

Плоскостная калибровка (чеканка) служит для получения точных вертикальных размеров на одном или нескольких участках поковки, ограниченных горизонтальными плоскостями (рис. 2.25, а). Плоскостная калибровка производится в холодном состоянии на специальных чеканочных кривошипно- коленных прессах.

Способы получения заготовок обработкой давлением

 

Для получения положительных результатов калибруемые поковки должны удовлетворять следующим требованиям: под калибровку должен быть предусмотрен припуск; для низких поковок (до 10 мм) номинальный припуск на размер рекомендуют 0,3-0,6 мм в зависимости от диаметра или ширины обжимаемого участка; с увеличением толщины поковки припуск увеличивается примерно до 0,5-1,0 мм.

Допуски на размеры поковок под калибровку рекомендуют от + (0,3 -5- 0,4) до + (0,8 -г-1,0) мм соответственно приведенным ранее предельным значениям номинальных припусков. Припуски и допуски для плоскостной чеканки предусмотрены ГОСТ 75050-74*: точность поковок после штамповки должна быть повышенной; горизонтальные размеры поковок, подлежащих калибровке, следует назначать меньше номинальных, чтобы компенсировать их увеличение после калибровки.

По точности получаемых размеров поковок после калибровки различают грубую калибровку с допуском ±(0,1-^0,25) мм, повышенной точности с допуском ± (0,05 -г- 0,1) мм и после двукратной калибровки — высокую точность с допуском ±0,025 мм. Параметр шероховатости поверхности Rz после калибровки достигает 6,3 -s-1,6 мкм, т. е. он такой же, как при шлифовании.

Объемная калибровка служит для уточнения размеров поковки в разных направлениях, а при выдавливании некоторого излишка металла в заусенец — и для получения точной массы. Точность объемной калибровки ниже, чем плоскостной.

Можно обрабатывать поковки как в холодном, так и в горячем состоянии (рис. 2.25, б).

Комбинированная калибровка является сочетанием операций объемной и плоскостной. В начале обработки в результате объемной калибровки поверхности поковок становятся гладкими, далее отдельные плоские элементы поковок подвергают плоскостной чеканке для получения точных размеров между соответствующими плоскостями.

Следует отметить, что при применении таких операций, как калибровка, раскатка, накатка зубьев, отделочная вальцовка, можно всегда значительно снизить объем механической обработки, уменьшить себестоимость продукции, повысить производительность труда и качество получаемой продукции.

Листовая штамповка — это один из видов холодной обработки металлов давлением, при котором листовой материал деформируется в холодном или подогретом состоянии.

Листовой штамповкой изготовляют: мелкие детали часов и приборов; детали средних размеров, металлическую посуду, металлические консервные банки, части велосипедов и мотоциклов, различные заглушки, крышки, кронштейны, диски; крупные облицовочные детали автомобилей, автобусов, тракторов — кузова, крылья, двери, крыши детали корпусов самолетов и вагонов; очень крупные и тяжелые толстолистовые детали — днища паровых котлов и резервуаров, детали корпусов морских судов и т. д.

Сваривая листовые штампованные детали, создают сложные и ответственные части машин, например штампосварные станины прессов и металлорежущих станков, сложные штампосварные кузова автомобилей, части аппаратов химического производства, речных и морских судов.

Основные преимущества листовой штамповки:

•     возможность изготовления прочных, легких и жестких тонкостенных деталей или изделий простой и сложной формы, получить которые другими способами невозможно или затруднительно;

•     высокая производительность и экономное расходование металла;

•     широкие возможности автоматизации и роботизации производственных процессов;

•     взаимозаменяемость деталей и высокая чистота поверхности.

По сравнению с горячей штамповкой холодная листовая штамповка имеет следующие преимущества: нет операции нагрева металла, поверхностный слой металла не окисляется, изделия получаются более точными по размерам и с меньшей шероховатостью поверхности.

По сравнению с обработкой резанием холодная штамповка позволяет сократить расход материала, так как материал не отделяется в стружку, снизить трудоемкость изготовления деталей и повысить производительность труда. Одновременно холодная обработка давлением обеспечивает упрочнение обрабатываемого материала, что позволяет делать детали более легкими. Эти же преимущества позволяют заменять литые детали штампованными. Кроме того, преимущество холодной штамповки по сравнению с литьем заключается в том, что холодноштампованные изделия почти не требуют механической обработки.

Операции листовой штамповки подразделяют: на разделительные, когда одна часть металла отделяется от другой; формоизменяющие, при которых без разрушения заготовок изменяется их форма; комбинированные (сочетаются раз- Делительные и формоизменяющие переходы обработки); штампосборочные, при которых механически соединяют отдельные листовые штампованные детали.

Технологические процессы листовой штамповки могут быть рациональными лишь при условии создания технологичной конструкции или формы детали, допускающей наиболее простое и экономичное изготовление. Поэтому технологичность листоштампованных деталей является наиболее важной предпосылкой прогрессивности технологических процессов и экономичности производства.

При мелкосерийном производстве на себестоимость продукции большое влияние оказывает стоимость штампа. Поэтому экономически целесообразно применять штамповку в универсальных штампах со сменными пуансонами и матрицами. В этом случае технологический процесс расчленяют на ряд отдельных простых операций. Для оснащения штампов изготовляют только относительно простые пуансоны и матрицы. Это позволяет осуществлять штамповку с малыми затратами на оснастку.

К разделительным операциям листовой штамповки относятся: отрезка, разрезка, обрезка, надрезка, вырубка, пробивка, проколка, зачистка.

В разделительных операциях листовой штамповки отделение одной части заготовки от другой осуществляется относительным смещением этих частей в направлении, перпендикулярном к плоскости заготовки. Это смещение в начальных стадиях характеризуется пластическим деформированием, но завершается обязательно разрушением. Для уменьшения искажений заготовки, вызываемых пластическими деформациями, стремятся локализовать очаг деформации, чему способствуют уменьшение радиусов округления рабочих кромок инструмента, уменьшение зазора между пуансоном и матрицей, а также применение специальных разделительных операций.

Способы получения заготовок обработкой давлением

Обычная вырубка и пробивка листового материала дают неровную, слегка криволинейную и шероховатую поверхность среза (рис. 2.26).

 

Способы получения заготовок обработкой давлением

В ряде случаев изготовления штампованных деталей повышенной точности требуется гладкая и перпендикулярная поверхность среза с параметром шероховатости поверхности Rz- 3,2-s- 1,6 мкм. В таких случаях применяют способы чистой вырубки, имеющие значительные преимущества по сравнению с механической обработкой резанием и дающие гладкую полированную поверхность среза, перпендикулярную к поверхности изделия, при повышенной точности изготовления.

Сущность этих способов заключается или в применении матрицы с закругленными режущими кромками (рис. 2.27, а), или в применении пуансона больше матрицы (рис. 2.27, б), или в применении прижима, имеющего клиновидное ребро (рис. 2.27, в). Последний способ является новым, более прогрессивным.

В результате смещения некоторого объема металла клиновым ребром в сторону пуансона в зоне реза создается напряженное состояние объемного сжатия, которое способствует устойчивости пластической деформации и увеличивает пластические свойства материала заготовки. Этот способ применяется для изготовления деталей точного приборостроения толщиной 1,5-15 мм. Параметр шероховатости поверхности среза Rz = 3,2 -s-1,6 мкм.

Раскрой листового металла на штучные заготовки и полосы является первой операцией, связанной с потерями металла в виде обрезков и неиспользуемых отходов (рис. 2.28). В то же время экономия металла и уменьшение отходов в холодной листовой штамповке имеют весьма важное значение, особенно в крупносерийном и массовом производствах, так как при больших масштабах производства даже незначительная экономия материала на одном изделии в итоге дает значительный экономический эффект.

Способы получения заготовок обработкой давлением

При листовой штамповке экономия металла может быть получена: наиболее целесообразным раскроем листов на штучные заготовки или полосы с наименьшими отходами; экономным раскроем полос и расположением вырубаемых деталей на полосе; уменьшением потерь металла на перемычки; применением так называемого безотходного и малоотходного раскроя; повышением точности расчета размеров заготовок и уменьшением припусков на обрезку; использованием отходов для изготовления других деталей; предупреждением появления брака штампуемых деталей.

Различные способы раскроя полосового материала по экономичности и технологическим отходам разделяют на три вида: раскрой с отходами, малоотходный и безотходный раскрои.

Оценку экономичности того или иного типа раскроя производят посредством определения коэффициента раскроя

Способы получения заготовок обработкой давлением

где Fq — площадь поверхности детали, м2; h — шаг вырубки, м; В — ширина полосы, м; ЛГр — число рядов раскроя.

При штамповке из полосы или ленты коэффициент раскроя определяют по формуле

Способы получения заготовок обработкой давлением

где F — площадь детали, м2; N — число фактических деталей, получаемых из полосы; L — длина полосы или ленты, м; В — ширина полосы или ленты, м.

Если в операциях разделения листового материала стремятся к максимальной локализации очага деформации, то при формоизменяющих операциях сосредоточение деформации в одном месте недопустимо, так как формоизменяющие операции осуществляются без разрушения материала.

При формоизменяющих операциях стремятся получить заданную деформацию, чтобы заготовка приобрела требуемую форму. Если этого не удается достичь за один ход пресса, технологический процесс разбивают на переходы, число которых зависит от сложности детали, материала заготовки, применяемого оборудования.

Наиболее полно классификация формоизменяющих операций листовой штамповки представлена в работе [40]. Здесь же рассмотрим основные из них.

При проектировании технологических процессов, в которых применяются операции гибки, технологам приходится определять размеры заготовки, минимальные радиусы изгиба, углы пружине- ния, условия гибки без калибровки, с калибровкой.

Вытяжка является основной из формоизменяющих операций. Вытяжку изделий из тонколистового материала в большинстве случаев производят в холодном состоянии (рис. 2.29). Вытяжку из толстолистового материала, а также из малопластичных металлов осуществляют с подогревом заготовок.

По характеру деформации различают:

1)    вытяжку без утонения стенок;

2)     вытяжку с утонением.

В первом случае вытяжка происходит без заранее обусловленного изменения толщины материала стенок изделий: во втором случае вытяжка осуществляется за счет изменения поперечного сечения: уменьшения диаметра и толщины стенок изделия.

Основным рабочим инструментом для вытяжки являются матрица и цилиндрический пуансон. При опускании пуансона плоский кружок-заготовка вытягивается, проталкивается пуансоном через матрицу и превращается в полый цилиндр. Различают три основных способа вытяжки.

1.     Вытяжка полых деталей путем превращения плоского фланца в цилиндрическую или коробчатую форму при создании во фланце плоского напряженного состояния. К ней относится вытяжка цилиндрических, овальных, коробчатых и других деталей с вертикальными или слегка наклонными стенками.

Способы получения заготовок обработкой давлением

2.        Вытяжка сферических, криволинейных и сложной формы деталей в штампах с вытяжными ребрами. В этом случае под прижимом преобладают растягивающие напряжения и деформации, а в остальной части деформируемой заготовки возникает напряженное состояние двухосного растяжения.

3. Вытяжка эластичной матрицей и фрикционная вытяжка, создающие заталкивание заготовки, в результате чего снижаются растягивающие напряжения в очаге деформации и облегчается процесс вытяжки.

При первом способе вытяжки наиболее благоприятные условия деформирования заключаются в максимально возможном уменьшении сопротивления плоского фланца деформированию. Этого достигают путем применения металла пониженной прочности, отжигом заготовки, нагревом фланца, вытяжкой без прижима, эффективным смазыванием. В результате снижаются растягивающие напряжения в опасном сечении, улучшается условие прочности этого сечения и становится возможной более глубокая вытяжка.

При втором способе вытяжки в штампах с вытяжными ребрами значительная часть заготовки вначале находится вне контакта с рабочими частями штампа и легко образует гофры и морщины. Для их предотвращения приходится создавать повышенные радиальные растягивающие напряжения и искусственно увеличивать сопротивление деформируемого металла путем перетягивания его через вытяжные ребра. При этом значительно возрастают растягивающие напряжения в опасном сечении и ухудшается условие его прочности. Для того чтобы в данном случае создать благоприятные условия деформирования и избежать разрыва, надо обеспечить условие прочности опасного сечения. Это возможно лишь при применении металла повышенных прочности и упрочняемо- сти при высокой пластичности.

Третий способ вытяжки обладает наиболее благоприятными условиями деформирования, так как в этом случае прочность опасного сечения позволяет получить значительную степень деформации.

Таким образом, для рассмотренных способов вытяжки необходимо выбирать металл с различными механическими свойствами или в различном состоянии: при первом способе вытяжки — с повышенной пластичностью при пониженной прочности (стали 08-10 в отожженном состоянии или нормализованном состоянии с дрессировкой); при втором — с повышенной прочностью при высокой пластичности (стали 08-10, 12Х18Н9Т); при третьем — применением металла без повышенных механических свойств.

Вытяжка характеризуется коэффициентом вытяжки, который определяется по формулеСпособы получения заготовок обработкой давлением

где Dи — диаметр получаемого изделия или полуфабриката, м; D3 — диаметр заготовки, м.

Коэффициенты вытяжки должны быть разными для деталей различной геометрической формы, а также для различной относительной толщины материала, от которой зависит большая или меньшая степень устойчивости фланца заготовки.

Оптимальные значения коэффициентов вытяжки цилиндрических деталей без фланца зависят от относительной толщины заготовки. Для сталей 0,8, ЮГ, 15, мягкой латуни, отожженного алюминия и аналогичных им сплавов значения К приведены в табл. 2.23.

Обычные способы вытяжки широко применяют почти во всех отраслях промышленности. Однако в ряде случаев производства они недостаточно рациональны и эффективны. Например, не всегда приемлема многооперационность вытяжки деталей сложной формы, для которых требуется большое число штампов. В результате работ по дальнейшему улучшению и интенсификации глубокой вытяжки созданы и освоены особые способы вытяжки.

Обратная ВЫТЯЖКА (с выворачиванием) — это объединение двух или более операций вытяжки, выполняемых за один рабочий ход (рис. 2.30). При этом каждая последующая вытяжка осуществляется в направлении, обратном предыдущему. Обратную вытяжку применяют в целях сокращения количества штамповочных операций.

Таблица 2.23 Коэффициент вытяжки цилиндрических деталей без фланца

Номер перехода

Значения К при относительной толщине заготовки S/D, %

2,00-1,50

1,50-1,00

1,00-0,50

0,50-0,20

0,20-0,06

1

0,46-0,50

0,50-0,53

0,53-0,56

0,56-0,58

0,58-0,60

2

0,70-0,72

0,72-0,74

0,74-0,76

0,76-0,78

0,78-0,80

3

0,72-0,74

0,74-0,76

0,76-0,78

0,78-0,80

0,80-0,82

4

0,74-0,76

0,76-0,78

0,78-0,80

0,80-0,82

0,82-0,84

 

Последовательную вытяжку в ленте (рис. 2.31) применяют при изготовлении полых деталей и осуществляют на многопозиционных штампах. Для предотвращения разрывов ленты коэффициент вытяжки принимают несколько большим, чем при обычной вытяжке. Так, в случае вытяжки деталей из низкоуглеродистых сталей и латуней для первой операции коэффициент вытяжки берут равным 0,68-0,72, а для второй операции — 0,80-0,85. Этот способ значительно повышает производительность штамповки.

Вытяжку с утонением (рис. 2.32) применяют для изготовления тонкостенных деталей, при этом длина вытягиваемой детали увеличивается за счет уменьшения толщины стенок.

Обычно утонение стенок за один проход не превышает 30-35 % начальной толщины, что обеспечивается соответствующим выбором зазора между пуансоном и матрицей. При вытяжке с утонением толщина дна изделия не изменяется. Эту операцию можно осуществлять в нескольких матрицах, расположенных последовательно одна за другой.

Способы получения заготовок обработкой давлением

Вытяжку резиной (рис. 2.33) выполняют резиновой подушкой (пуансоном) в жесткой матрице или жестким пуансоном в резиновой матрице. Оба способа применяют для получения полых деталей из тонколистового материала. Резиновую подушку заключают в металлическую обойму. Штампы для вытяжки резиной просты, так как изготовлять нужно лишь один деформирующий элемент (пуансон или матрицу), другой заменяется резиной. Необходимость создания высоких удельных давлений и быстрое изнашивание резины ограничивают область применения этого способа. Он применяется в основном в условиях мелкосерийного и индивидуального производств.

Способы получения заготовок обработкой давлением

 

При гидравлической вытяжке (рис. 2.34) полые детали цилиндрической, конической, сферической или другой формы получают надавливанием на заготовку непосредственно жидкостью или жидкостью, заключенной в эластичную (резиновую) оболочку.

Этот способ особенно эффективен при изготовлении деталей сложной формы, так как при гидравлической вытяжке отпадает необходимость в изготовлении металлического пуансона и пригонки его к матрице. Недостаток гидравлической вытяжки — это возможность значительного утонения металла в отдельных зонах, так как большие силы трения между заготовкой и матрицей приводят к возникновению больших растягивающих напряжений.

Отбортовку подразделяют на два основных вида (рис. 2.35): отбортовка отверстий — образование бортов вокруг предварительно пробитых отверстий; отбортовка наружного контура — образование невысоких бортов по наружному криволинейному краю заготовок.

Способы получения заготовок обработкой давлением

Способы получения заготовок обработкой давлением

Отбортовку отверстий широко используют в штамповочном производстве, заменяя операции вытяжки, с последующей вырубкой дна. Особенно большую эффективность дает применение отбортовки отверстий при изготовлении деталей с большим фланцем, когда вытяжка затруднительна и требует нескольких переходов.

Способы получения заготовок обработкой давлением

 

Геометрические размеры отбортовки определяют исходя из равенства объемов заготовки и детали. Обычно высота борта бывает задана чертежом детали.

Отбортовку лучше производить при большом зазоре между пуансоном и матрицей или при значительно увеличенном радиусе закругления матрицы. Такая отбортовка характеризуется большим радиусом закругления, но малой цилиндрической частью борта; ее применяют для увеличения жесткости конструкции при малой ее массе (например, при отбортовке крупных отверстий и окон в авиационных, транспортных, судостроительных конструкциях).

Отбортовку с малым радиусом закруглений и большой цилиндрической частью борта можно применять лишь при отбортовке небольших отверстий под резьбу, запрессовке осей или когда конструктивно необходимо иметь цилиндрические отбортованные отверстия.

Успешное выполнение отбортовки зависит от чистоты среза деформируемой кромки. При наличии заусенцев по краю отверстия неизбежно образование трещин и разрывов.

Степень деформации при отбортовке отверстий определяют соотношением между диаметром отверстия D в заготовке и диаметром борта d, или так называемым коэффициентом отбортовки К0 = d/D.

Величина К0 зависит от вида и свойств материала и отношения толщины заготовки S к диаметру пробитого отверстия (D = 100 S/d). Для стали с содержанием углерода 0,1 % при D, равном от 3 до 9, К0 = 0,60 -+0,45, а при D, равном от 67 до 100, KQ = 0,23 — 0,20.

Способы получения заготовок обработкой давлением

Способы получения заготовок обработкой давлением

В различных отраслях промышленности (электро-, радиотехника, приборостроение) применяют штамповку деталей, имеющих отверстия с высокими цилиндрическими стенками. В данном случае применяют операцию отбортовки с утонением стенок (рис. 2.36), так как при простой отбортовке для образования высокого цилиндрического борта не хватало бы площади заготовки. При этом обычно достигают значительной экономии металла.

Отбортовка с заданным утонением материала является более целесообразной вследствие большей устойчивости пластической деформации металла и отсутствия разрыва и трещин, так как в процессе утонения возникает более благоприятное напряженное состояние за счет появления значительных сжимающих напряжений. Это позволяет вести отбортовку при смягченных «неопасных» коэффициентах отбортовки, а высоту борта получить за счет максимально допустимого утонения материала. Производственный опыт показывает возможность утонения за одну операцию до S = (2,0*2,5)5!, где Si — толщина материала в отбортованной части.

В некоторых неответственных случаях допускается изготовление рваного борта путем проколки материала гвозде- образным пуансоном. Этот способ отбортовки применяют для соединения деталей из тонкого материала (до 0,6 мм) взамен соединения заклепками, а также для получения отверстий с загнутыми кромками.

Последние десятилетия характеризуются быстрым развитием производства крупногабаритных машин и механизмов. Изготовление элементов конструкций размерами 3-10 м потребовало создания новых беспрессовых методов штамповки ввиду ограниченных возможностей механических и гидравлических прессов.

В качестве таких методов были созданы и применены на практике высокоэнергетические методы формообразования под действием импульсных нагрузок [40], создаваемых действием взрыва брезантных взрывчатых веществ, газовых смесей, давлением испаряющихся сжиженных газов, высоковольтным электрическим разрядом в жидкости, мощными импульсами магнитного поля.

Особенностью высокоэнергетических импульсных методов штамповки является высокая скорость деформирования в соответствии с высокими скоростями преобразования энергии. Поэтому высокоэнергетические методы штамповки именуются высокоскоростными методами. Они получили преимущественное применение при изготовлении крупногабаритных деталей типа днищ, полусфер, оболочек и т. п., изготовляемых малыми сериями, при которых использование прессов и штампов становится технически нецелесообразным и экономически невыгодным.

Импульсные методы обработки металлов применяют в самых разнообразных процессах штамповки: при вытяжке, листовой формовке, формоизменении трубчатых заготовок, вырубке и пробивке отверстий, резке труб и проката, объемной штамповке, калибровке и поверхностном упрочнении металла, прессовании, сварке разнообразных металлов, запрессовке и развальцовке труб, различных сборочных операциях.

Взрывная штамповка основана на деформации заготовки давлением ударной волны, образующейся при взрыве брезантных взрывчатых веществ (ВВ), при этом время деформации детали исчисляется миллисекундами.

Взрывная штамповка получила преимущественное применение для обработки наиболее крупных деталей (1,5-8 м) при толщине материала свыше 2 мм. Достоинством ее является высокая экономическая эффективность в результате резкого снижения капитальных затрат и сокращения сроков и стоимости подготовки производства. Другим преимуществом является возможность штамповки деталей из высокопрочных сплавов.

В зависимости от размеров и формы штампуемых деталей взрывная штамповка осуществляется: при больших габаритных размерах деталей — штамповкой в бассейнах с водой или бронекамерах; при штамповке небольших деталей — штамповкой в наземных установках.

Наряду со взрывной штамповкой получил применение способ формовки высоковольтным электрическим разрядом в воде. Энергия, необходимая для электрического разряда, накапливается в высоковольтной конденсаторной батарее (35-40 кВ). Накопленная энергия (от 30 до 120 кДж) создает между электродами мгновенный разряд , что приводит к мгновенному испарению некоторого объема воды и расширению образовавшегося пара, вызывающего ударную волну в жидкости, в результате чего происходит деформация заготовки.

Электрогидравлическая штамповка имеет ряд преимуществ перед взрывной штамповкой:

1)      лучшую управляемость процессом за счет варьирования количества импульсов и месторасположения разрядных контуров:

2)    возможность изменения энергии и осуществления многократного разрядного импульса;

3)      размещение электрогидравлических установок в производственных помещениях.

Электрогидравлической штамповкой осуществляют вытяжку, листовую формовку, отбортовку, растяжку полых деталей, пробивку отверстий, развальцовку труб и т. п. (рис. 2.37). Наиболее перспективно применение электрогидроимпульсной штамповки для изготовления крупногабаритных деталей размерами от 400×400 до 1300×1800 мм. Электрогидравлической обработке подвергаются различные, в том числе труднодеформируемые металлы и сплавы.

Установки для штамповки высоковольтным электрическим разрядом состоят из источника питания, включая высоковольтный трансформатор с выпрямительным устройством, конденсаторной батареи, разрядника и технологической установки, состоящей из матрицы, прижимного устройства электродов, вакуум-насоса.

Магнитно-импульсная штамповка (МИШ) характеризуется тем, что давление на деформируемую металлическую заготовку создается непосредственным воздействием импульсного магнитного поля, без участия промежуточных твердых, жидких или газообразных тел. Это позволяет штамповать детали из полированных и лакированных заготовок без повреждения поверхности, а также деформировать заготовки, заключенные в герметическую пластмассовую оболочку.

МИШ основана на мгновенном разряде электроэнергии, накопленной в конденсаторной батарее, через соответствующий индуктор, являющийся рабочим органом. При этом в цепи индуктора протекает импульс тока, а в окружающем индуктор пространстве возникает импульсное магнитное поле высокой напряженности. Это магнитное поле индуцирует вихревые токи противоположного направления в металлической заготовке, помещенной вблизи индуктора.

Способы получения заготовок обработкой давлением

При взаимодействии мощного поля индуктора с индуцированным в заготовке током и его магнитным полем возникают электромеханические силы взаимодействия, стремящиеся оттолкнуть заготовку от индуктора и вызывающие ее Деформацию. МИШ получила широкое применение в промышленности при выполнении различных операций листовой штамповки: вытяжки, вырубки, пробивки отверстий, отбортовки, развальцовки труб, запрессовки штуцеров, обжатия труб и наконечников на тросах, сборки трубчатых деталей с оправками и т. п.

Этот способ имеет ряд преимуществ перед другими высокоэнергетическими методами: повышенную точность штампуемых деталей; сравнительно высокую производительность процесса; возможность точного дозирования мощности импульсного разряда путем применения конденсаторов различной емкости, автоматизации и встраивания магнитно- импульсных установок в производственный процесс; возможность выполнения сборочных операций, а также деформирования заготовок за несколько разрядных импульсов, причем первые импульсы служат для разогрева заготовки и повышения ее пластических свойств.

Магнитно-импульсные установки конструктивно просты, не имеют движущихся и трущихся частей и поэтому надежны в эксплуатации.

Холодная штамповка, применявшаяся вначале только в крупносерийном и массовом производствах, в настоящее время получила широкое распространение в мелкосерийном производстве, в серийном производстве с неустойчивой, часто изменяющейся номенклатурой деталей и даже при изготовлении опытных деталей. Это стало возможным в результате применения универсальных или простых и дешевых штампов и внедрения штамповки по элементам.

Внедрение холодной штамповки в мелкосерийном производстве взамен малопроизводительной ручной обработки приводит к значительному экономическому эффекту, заключающемуся в резком снижении трудоемкости по сравнению с ручной обработкой деталей, в уменьшении расхода материала и снижении массы штампуемых деталей и увеличении производительности и снижении себестоимости деталей.

В мелкосерийном производстве получили применение следующие процессы листовой штамповки:

1)     на универсальных переналаживаемых штампах, предназначенных для изготовления подобных однотипных деталей разных размеров;

2)    по элементам на универсальных быстропереналаживаемых штампах;

3)     на координатно-револьверных пробивных прессах;

4)     на прорезных прессах и обрабатывающих центрах;

5)     на универсально-сборных штампах;

6)     полиуретаном.

 

Применение разделительных штампов в зависимости от характера производства

Штампы

Уровень стоимости

Выпуск штамповок, шт.

Универсально-переналаживаемые для поэлементной штамповки

Высокий

От 5-20 до 10 ООО

Универсально-сборные

Высокий

20-2500

Листовые пинцетные

Весьма низкий

50-500

С лолиуретановой матрицей

Низкий

10-20 000

Сменные пакетные к универсальным блокам:

простого типа

Средний

1000-20 000

последовательного и совмещенного типов

Повышенный

5000-50 000

Специальные штампы

Высокий

10 000-100 000

В табл. 2.24 приведена сравнительная характеристика применяемости разделительных штампов в условиях серийного и мелкосерийного производств.

Универсальные штампы давно и широко применяются в серийном и мелкосерийном производствах и предназначены для отрезки, пробивки, надрезки, обрезки и гибки деталей, различающихся своими размерами. На этих штампах изготовляют детали из полосы, ленты, прутка и профильных заготовок [10].

Штамповка по элементам разработана заслуженным изобретателем РСФСР В. М. Богдановым [7], заключается в том, что контур штампуемой детали расчленяется на простейшие элементы (прямые участки, закругления, пазы, скосы, отверстия и т. п.), выполняемые на заготовке последовательно при помощи набора различных штампов, каждый из которых может штамповать один или группу элементов контура (рис. 2.38).

В мелкосерийном производстве штамповка по элементам универсальными штампами позволяет отказаться от изготовления ряда специальных штампов, что дает большую экономию и значительно сокращает сроки подготовки производства. В случае изменения размеров деталей вместо переделки штампов требуется лишь переналадка универсальных штампов.

При листовой штамповке в условиях мелкосерийного производства осуществляется штамповка на координатно-револьверных пробивных прессах деталей типа плат, панелей, шасси приемников с большим числом отверстий и пазов разных форм и размеров. Изготовление таких деталей на кординатно-револьверных пробивных прессах заключается в последовательной штамповке отверстий или других элементов при помощи набора сменных штампов, устанавливаемых в револьверной головке пресса.

Обрабатываемая заготовка подается на рабочую позицию при помощи координатного устройства, управляемого вручную или автоматически при помощи программного управления. Координатно-револьверный пресс позволяет штамповать не только отверстия, но и наружные элементы листовых деталей: пазы, срезы, закругления, ребра жесткости, жалюзи, а также неглубокую отбортовку.

Способы получения заготовок обработкой давлением

Гибка на многопарновалковых профилировочных машинах — один из перспективных процессов получения гнутых изделий из листовых материалов (рис. 2.39).

Способы получения заготовок обработкой давлением

 

Профилирование на профилегибочных станах заключается в последовательном изменении формы поперечного сечения полосы (ленты, листа) при прохождении ее через ряд вращающихся навстречу друг другу пар горизонтальных и холостых вертикальных валков (роликов). При этом происходит деформация изгиба металла в холодном состоянии.

Площадь поперечного сечения исходной заготовки в процессе профилирования не изменяется. Вытяжке металл практически не подвергается. Получение профиля с необходимой сложной формой сечения обеспечивается путем постепенной подгибки частей исходной полосы в каждой паре валков (рис. 2.40). При этом подгибка происходит не сразу в каждой паре валков, а постепенно, на некотором участке плавного перехода — очаге деформации, находящемся перед валками.

Производство гнутых профилей методом профилирования полосового, ленточного и листового металла и применение этих профилей в промышленности и строительстве имеют ряд преимуществ.

1. Метод гибки в валках дает возможность получать фасонные профили с наиболее рациональным распределением металла по сечению и в связи с этим с максимальной жесткостью и прочностью их при минимальном расходе металла.

Применение гнутых профилей в различных отраслях народного хозяйства обеспечивает от 10 до 75 %, а в среднем 25 % экономии металла.

Задача уменьшения расхода металла без уменьшения прочности конструкции является одной из важнейших при разработке проектов новых типов машин и сооружений и требует от конструкторов более широкой разработки и применения новых видов экономичных профилей специального назначения.

Способы получения заготовок обработкой давлением

Горячая прокатка часто ограничивает, а иногда и вовсе дает возможности получить необходимые и наиболее выгодные с точки зрения прочности профили, а также профили с тонкими стенками. Профилированием холодного полосового, ленточного и листового металла можно изготовить экономичные профили минимальной толщины и самой различной сложной формы в поперечном сечении.

2.      На профилегибочных станах можно получить профили, которые дадут возможность создавать новые типы конструкций, а также элементы металлических конструкций, состоящих из одного профиля. Это обеспечит экономию металла, а в процессе сборки резко сократится необходимость в операциях сварки и клепки отдельных элементов.

3.       Применение в различных конструкциях гнутых профилей с обычной формой сечения угольника, швеллера и др., имеющих одинаковую толщину по всему сечению, облегчает выполнение технологических операций по сборке и уменьшает затраты труда на монтаж этих конструкций. Горячекатаные и штампованные профили имеют неодинаковую толщину (большую в углах и меньшую у кромок) и наружные грани углов. Такая форма сечения усложняет изгиб полос этих профилей, сварку и другие сборочные операции.

4.       Изготовление ряда деталей профилированием устраняет значительные затраты на механическую обработку и большие потери металла при изготовлении их другими способами. Коэффициент использования металла при профилировании находится в пределах 99,5-99,8%; брак при профилировании в 3-5 раз меньше, чем при горячей прокатке на сортовых станах.

5.        Холодное профилирование металла сопровождается наклепом, в результате которого предел текучести возрастает. При соответствующей технологии профилирования гнутые профили на 10-15% прочнее исходного металла. При применении гнутых профилей это обстоятельство дает возможность дополнительно снизить массу машин и металлических конструкций.

6.       При профилировании может быть обеспечена значительно более высокая точность в размерах профилей, чем при горячей прокатке. Так, профили малых размеров могут изготовляться в пределах 2-го класса точности. Точность в размерах профилированных элементов обеспечивает их взаимозаменяемость и возможность изготовления профилей, соединяющихся между собой замками и другими типами скользящих соединений сопряженных элементов.

7.     Гнутые профили, изготовленные на профилегибочных станах, не требуют последующей правки, так как при соответствующей настройке стана могут быть устранены изгибы полос в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также скрученность их. В свою очередь, исходные заготовки толщиной до 4,5 мм перед профилированием не требуют правки.

8.       Гнутые профили из холоднокатаного листа и ленты отличаются высоким качеством поверхности, что допускает полирование и декоративное покрытие их без дополнительной обработки. Кроме того, профилирование позволяет формовать профили из заготовок с предварительно обработанной поверхностью или поверхностью с покрытием без нарушения ее качества. Высокое качество поверхности, хороший внешний вид гнутых профилей обеспечили широкое применение их для различных отделочных и декоративных элементов в строительстве и машиностроении

Меньшее количество дефектов на поверхности гнутых профилей обеспечивает также большие коррозионную устойчивость и конструкционную прочность. Такие дефекты, как микроскопические трещины и царапины на поверхности, способствуют развитию коррозии, а также концентрации напряжений, развиваются в глубину и уменьшают срок службы детали или конструкции. С этой точки зрения гнутые профили, изготовленные из горячекатаной, травленой или холоднокатаной стали, являются более долговечными, чем профили, изготовленные другими способами обработки.

9.     Гнутые профили могут изготовляться из самых разнообразных материалов: горячекатаной и холоднокатаной листовой, ленточной и полосовой углеродистой, конструкционной, легированной стали, титана, алюминия, меди, цинка, латуни, бронзы, других металлов и сплавов, допускающих холодную обработку, а также плакированных, биметаллических материалов и специальных пластмасс. Профилировать можно металл толщиной от 0,1 до 20 мм и шириной от 6 до 2000 мм.

10.      Технологический процесс профилирования может выполняться в одной непрерывной линии с другими производственными процессами, например с автоматической шовной или точечной сваркой, пайкой, сшивкой частей, резкой металла на отдельные ленты и мерные длины, обрезкой и выравниванием кромок на заготовках, получением различных типов открытых или закрытых кромок на замкнутых профилях, предварительной надрезкой полос перед профилированием, срезыванием полос на конус, штамповкой, пробивкой отверстий, вырезкой, клеймением, рифлением, гофрированием, правкой, гибкой готового профиля по дуге, свертыванием в бунты, плакированием, окрашиванием, травлением, лужением, оцинкованием, хромированием и др.

11.      Оборудование, необходимое для профилирования металла в валках, менее сложно, более просто в обслуживании и дешевле в изготовлении, чем прокатное или прессовое. Профилирование не требует ни нагрева металла, ни оборудования для термообработки его до или после формовки. Капиталовложения и эксплуатационные расходы при профилировании значительно меньше, чем при других видах обработки.

12.      Производство гнутых профилей на профилегибочных станах является высокопроизводительным процессом с выходными скоростями готового профиля до 150-180 м/мин.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *