Обработка металлов давлением

Коэффициент использования металла составляет 0,4 - 0,5, а иногда 0,25 - 0,3.

Глава 6. Горячая объемная штамповка металла

6.1 Сущность процесса горячей объемной штамповки

Объемная штамповка - процесс получения поковок в штампах, при котором перемещение металла в стороны во время деформации ограничено поверхностями внутренней полости штампа.

Штамповка по сравнению со свободной ковкой имеет ряд достоинств:

1. высокая производительность (в 50 - 100 раз);

2. однородность и точность полученных поковок (припуски в 3 - 4 раза меньше);

3. высоко качество поверхностей штампуемых поковок;

4. возможность изготовления поковок сложной формы.

Объемная штамповка имеет также и недостатки:

1. сложность и высокая стоимость штампов;

2. ограниченность штампованных поковок по весу (до 100 кг).

6.2 Виды штампов и способы штамповки

Различают объемную штамповку в открытых и закрытых штампах.

В открытых штампах между подвижной и неподвижной частями штампа есть зазор - облойная канавка, куда вытекает лишний объем металла заготовки. Облой (или заусенец),который образуется при этом, потом обрезается.

В закрытых штампах деформация металла происходит в закрытой полости. Штамповка не сопровождается образованием облоя, и в этом случае затраты металл меньше, но предъявляются высокие требования к точности объема заготовки.

Штамповка в закрытых штампах обеспечивает большую степень деформации, улучшение микроструктуры и дает возможность штамповать малопластичные сплавы.

Штампы представляют собой бойки, в которых вырезают или изготовляют другим способом форму требуемой поковки. Штамп пригоден для получения поковки одного профиле-размера. Штампы изготовляют из легированных штамповых сталей 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, 4Х3ВМФ, 4Х2В5МФ, и др.

Горячую штамповку поковок простой формы осуществляют в одноручьевых штампах.

Штамп состоит из двух разъемных частей, которые в собранном виде образуют один ручей. Форма и размеры полости штампа соответствуют форме и размерам готовой горячей поковки.

Поковки сложной формы изготовляют в многоручьевых штампах с последовательным деформированием заготовки в нескольких ручьях с постепенным приближением к конечной форме поковки.

Ручьи штампов разделяют на заготовительные и штамповочные.

Заготовительные ручьи предназначены для подготовки изделия к последующей штамповке. В них выполняют: осадку - на ровной площадке штампа; протягивание - изменение части заготовки; подкатку - местное увеличение сечения заготовки за счет уменьшения соседних участков; пережим - расплющивание заготовки; формовку - для придания заготовке формы, приближенной к поковке; гибка и др.

Штамповочные ручьи бывают черновые (предварительные) и чистовые (окончательные).

Черновой ручей не имеет канавки для облоя и его назначение - защитить чистовой ручей от износа. Форма чистового ручья такая же, как и у чистового, но с большими радиусами закруглений и штамповочными уклонами.

Чистовой ручей это точная копия поковки, но с размерами большими на величину усадки при остывании (около 1,5%). По периметру чистового ручья размещается канавка для облоя, назначение которой - препятствовать свободному вытеснению металла и создать в полости штампа высокое давление и облегчить обрезание облоя.

6.3 Оборудование для объемной штамповки

Горячая объемная штамповка осуществляется на штамповочных молотах, прессах, горизонтально-ковочных машинах и специальных машинах узкого назначения.

Штамповочные молоты используются для штамповки поковок различной формы в основном в многоручьевых открытых штампах. Основным типом таких молотов являются паровоздушные штамповочные молоты с массой падающих частей 0,63 - 16 т, реже применяются фрикционные молоты с массой падающих частей 0,5 - 15 т.

Паровоздушные штамповочные молоты различают простого и двойного действия. Эти молоты отличаются от ковочных молотов конструкцией станины и шабота, но они обеспечивают большую точность перемещения частей штампов. Для точного совпадения положения верхней половины штампа, прикрепленной к бабе, относительно нижней, укрепляемой на штамподержателе левую и правую стойки станины молота монтируют на шаботе и устанавливают на доном фундаменте. Кроме того, штамповочные молоты имеют более совершенные направляющие, прикрепляемые к стойкам, для обеспечения строго определенного направления движения бабы на всей длине рабочего хода. Для нормальной работы штамповочного молота необходимо, чтобы масса шабота была в 20 - 30 раз больше массы падающих частей.

Применяют также бесшаботные паровоздушные штамповочные молоты. У этих молотов вместо тяжелых шаботов имеются две бабы (верхняя и нижняя), которые при работе движутся навстречу друг другу по направляющим общей станины. На нижней бабе устанавливают нижнюю половину штампа с заготовкой, верхняя половина штампа крепится к верхней бабе. Штамповка происходит при соударении обеих баб. Привод у бесшаботных молотов паровой или воздушный. Число ударов - 6 - 20 в мин.

Применяются также молоты гидравлические и фрикционные с доской.

Штамповка на молотах осуществляется как правило, за 3 - 5 ударов. В конце последнего удара обе части штампа стыкуются по плоскости разъема. Средняя масса поковок при массе падающих частей 1000 кг составляет 0,5 - 5 кг, при 10 000 кг - 40 - 100 кг.

Штамповочные прессы применяют винтовые фрикционные, гидравлические и кривошипные.

Винтовые фрикционные прессы применяют для штамповки в открытых и закрытых штампах небольших поковок (до 20 кг) и используются в мелкосерийном производстве.

Гидравлические прессы для штамповки аналогичны ковочным гидравлическим прессам, но имеют более жесткую конструкцию и выталкиватели для удаления поковок из штампа. На этих прессах штампуют главным образом крупные поковки (массой 100 - 350 кг) в открытых и закрытых штампах с одной или несколькими плоскостями разъема.

Кривошипные ковочноштамповочные прессы относятся к числу наиболее прогрессивных ковочных машин. Внедрение кривошипных прессов обеспечивает повышение производительности штамповки в 1, 5 - 2 раза по сравнению со штамповкой на молотах, экономию металла - проката, применяемого в виде заготовок на 10 - 30%, а штамповка в закрытых штампах сокращает производственный цикл (т. е. уменьшает число операций). Изготовление поковок на этих прессах с наименьшими припусками на механическую обработку позволяет на 15 - 30% сэкономить время на их последующую обработку в механических цехах.

Рабочий орган пресса - ползун, несущий верхнюю часть инструмента (штампа), приводится в возвратно-поступательное движение при помощи кривошипно-шатунного механизма.

В отличие от молотов кривошипные прессы имеют жесткий график движения ползуна. Полный ход (путь) ползуна равен удвоенному радиусу кривошипа. Каждому углу поворота кривошипного вала соответствует определенное положение ползуна и определенная его скорость, которая в крайних точках (вверху и внизу) равна 0.

Кривошипные прессы для горячей штамповки обладают высокой жесткостью конструкции, которая необходима для снижения упругих деформаций и получения наиболее точных размеров поковок. Пресс имеет выталкиватели в столе и ползуне для автоматического удаления поковок из штампа.

К недостаткам таких прессов относится:

1. необходимость точного определения массы заготовок;

2. требования отсутствия окалины на заготовках;

3. стоимость в 3 - 4 раза больше , чем молотов.

Горизонтально-ковочные машины применяются для горячей высадки различных деталей (типа стержня с утолщением, со сквозным отверстием, с глухой полостью, а также сложной конфигурации) из пруткового материала или из труб в многоручьевых штампах. Конструкция штампов позволяет осуществлять также пробивку отверстий, обрезку по контуру, отрезку от прутка. ГКМ различают с разъемом матриц в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Две плоскости разъема состоят из 3 частей: неподвижной и подвижной матриц и пуансона.

Двойная плоскость разъема штампов дает возможность штамповать большинство поковок без штамповочных уклонов и облоя. Заготовку (пруток) устанавливают в неподвижную матрицу до упора. Главный ползун с пуансоном приводится в движение от кривошипно-шатунного механизма. Прежде чем пуансон соприкоснется с торцем заготовки, подвижная матрица прижимает ее к неподвижной матрице, а упор отводится в сторону. Ползун с неподвижной матрицей перемещается от бокового ползуна , который в свою очередь, приводится в движение от кулачков, закрепленных на главном валу.

Исходным материалом для штамповки на ГКМ служит круглый, реже квадратный или прямоугольный прокат повышенной точности, диаметром до 270 мм и массой до 100 кг.

ГКМ изготавливают с усилием 100 - 3150 т и числом ходов 95 - 21 в минуту. Производительность высокая - 400 - 900 поковок в час.

6.4 Технологический процесс горячей объемной штамповки

Состоит из следующих операций:

1. резки исходного материала на заготовки мерной длины;

2. нагрева заготовок;

3. штамповки заготовок;

4. отделки поковок.

Основными документами регламентирующими тех. Процесс штамповки, являются чертеж поковки и технологическая карта.

Штампы изготавливаются по чертежу поковки с учетом коэффициента температурного расширения. Размеры поковки определяют по чертежу готовой детали с учетом припусков на последующую мех. обработку, напусков для упрощения нетехнологичных элементов поковки и получения штамповочных уклонов, а также допусков на штамповку согласно ГОСТов.

После составления чертежа поковки определяют переходы и разбивают чертежи штампов на штамповку и обрезку облоя поковки.

Для свободного извлечения поковки из штампа при штамповке на молотах предусматривают уклоны вертикальных поверхностей: внешних - 5 - 7є; при штамповке на прессах с выталкивателями в ползуне и столе уклоны составляют - 1 - 3є.

По чертежу поковки определяют форму и размеры исходной заготовки. В качестве заготовки применяют круглый, квадратный, прямоугольный и фасоный периодический прокат и др. заготовки.

Затем составляют технологическую карту. В карте указывают исходный материал (марка стали, профиль, сечение), отходы (массу, размеры), размеры заготовки, расход металла на одну поковку, операции и переходы штамповки,оборудование, штампы, инструмент, приспособления, температурные режимы, нормы времени и др. данные.

Технологический процесс изготовления поковок начинается с резки заготовок на мерные длины.

После этого заготовки нагревают в камерных или методических печах до заданной температуры. Перед подачей к прессу или молоту с заготовок удаляют окалину.

Затем заготовки подвергают штамповке в одно- или многоручьевых штампах в зависимости от конфигурации и размеров поковки, а также имеющегося оборудования.

При отделке поковок после горячей объемной штамповки производят обрезку облоя, просечку отверстий (удаление пленок), правку, термическую обработку и очистку от окалины.

При облойной штамповке на молотах и прессах облой удаляют на кривошипных или эксцентриковых прессах с применением обрезных штампов. Если штампуют поковки со сквозными отверстиями, то в отверстиях образуются внутренний облой - пленка металла, которую также удаляют.

После обрезки облоя поковки правят в специальных или чистовых штампах на молотах или прессах.

Далее поковки подвергают термической обработке и очистке от окалины. Окалину с поковки удаляют в пескоструйных или дробеметных аппаратах, травлением в растворах кислот, во вращающихся барабанах.

Для получения поковок с точными размерами и чистой поверхностью применяют калибровку и чеканку.

Выход годного при горячей объемной штамповке составляет 72 - 80%, а расходный коэффициент 1,4 - 1,25. Коэффициент использования металла 0,5 - 0,55.

Глава 7. Холодная объемная штамповка

7.1 Сущность процесса

Холодной наз. штамповку без нагрева заготовок. Холодная объемная штамповка дает возможность почти полностью исключить обработку резанием и обеспечивает уменьшение трудоемкости изготовления деталей на 30 - 80% и увеличение коэффициента использования металла на 50%. При холодной высадке этот коэффициент достигает 95%, а производительность 800 шт за минуту.

Холодную штамповку применяют при производстве заклепок, болтов, винтов, гаек. Максимальный диаметр высаживаемого изделия 25 мм. Заготовками для деталей являются проволока, калиброванные прутки из углеродистой стали, цветных металлов и их сплавов.

7.2 Основные виды холодной объемной штамповки

К ним относятся:

1. выдавливание;

2. высадка;

3. объемная формовка;

4. калибровка.

Холодное выдавливание - процесс получения штамповок при пластической деформации металла в полости штампа. При холодном выдавливании в отличие от прессования, заготовкой является не слиток, а заготовка из прутка, а изделием - готовая деталь, которая как правило, не требует дальнейшей обработки.

Пластическая деформация выдавливанием происходит в условиях непрерывного давления и обеспечивает высокую степень деформации.

Для мягких, пластичных материалов (алюминий) степень деформации, которая равна отношению сечения площадей заготовки и детали, может превышать 10 000%. Но выдавливание требует высокого давления.

Различают прямое, обратное и комбинированное выдавливание в зависимости от направления движения пуансона и течения металла при образовании детали через отверстие в неподвижной матрице.

Прямое выдавливание используют для изготовления стержней с утолщением - болты, клапаны; обратное - для пустотелых деталей с дном - корпуса, стаканы. Комбинированное выдавливание сопровождается течением металла в различных направлениях.

Холодная высадка применяется для изготовления широкого ассортимента деталей в массовом производстве: болтов, гаек, шпилек, винтов, шурупов, гвоздей и др. Исходной заготовкой служит проволока или пруток диаметром 0,5 - 38 мм. Холодную высадку осуществляют за 1,2,3 и более переходов (ударов) в зависимости от формы высаживаемой части и ее размеров. Отношение длины этой части к диаметру не должно превышать 2,5 при высадке за 1 удар и 8 при высадке за 3 удара.

Высадка осуществляется на холодновысадочных автоматах. Автомат имеет механизм подачи материала, отрезки заготовки и переноса ее с линии подачи на линию высадки и выталкивания.

Проволока или пруток подается вращающимися роликами через отверстие отрезной матрицы до регулируемого упора. При движении ножевого штока вперед от прутка отрезается заготовка. Придерживаемая специальным устройством, заготовка перемещается на линию высадки. Высадка осуществляется перемещением пуансона вперед. При этом заготовка подается в отверстие высадочной матрицы, а готовое изделие выталкивается из матрицы выталкивателем.

Производительность холодновысадочных одноударных автоматов достигает 325 деталей в минуту.

Холодную формовку применяют для изготовления деталей сложной формы с площадью горизонтальной проекции до 5000 мм2 и высотой до 25 мм. Ее производят в открытых и закрытых штампах. Исходной заготовкой являются отдельные заготовки из сортового проката или заготовки полученные горячей штамповкой или литьем. Иногда может использоваться и лента или пруток, но при этом затраты металла увеличиваются на 10 - 30%.

7.3 Технологический процесс холодной объемной штамповки

Состоит из следующих операций:

1. подготовки исходного материала (очистка от окалины и загрязнений, смазка);

2. изготовление заготовок (рубка а иногда предварительное деформирование при получении сложной формы деталей);

3. штамповки;

4. отделки (термическая обработка, травление, нанесение покрытий, сверление отверстий, фрезерование пазов, зачистка).

Выход годного при холодной штамповке значительно выше, чем при горячей, а коэффициент использования металла достигает единицы, т. к. многие поковки являются готовыми изделиями.

Глава 8. Листовая штамповка

8.1 Сущность процесса

Листовой штамповкой наз. процесс получения деталей из листа, ленты или полосы. Толщина деталей почти не отличается от толщины листового материала и не превышает 10 мм. Листовая штамповка это один из наиболее прогрессивных и высокопроизводительных способов получения деталей сложной формы с тонкими стенками. Обычно ее осуществляют в холодном состоянии.

При листовой штамповке изделия получаются с очень малыми допусками и высоким качеством поверхности, чаще всего не требующими дальнейшей обработки.

К преимуществам листовой штамповки относятся также экономное расходование металла и широкие возможности механизации и автоматизации процесса.

Исходным материалом при листовой штамповке являются листы, ленты и полосы из горячекатаной тонколистовой стали обыкновенного качества Ст.2, Ст.3, Ст.4, Ст.5 и холоднокатаной тонколистовой качественной конструкционной стали 10кп, 15кп, 20кп, 10, 20, 30, 40, а также листы, ленты и полосы из меди, латуни, дюралюминия, титана и др.

8.2 Операции листовой штамповки

Листовой материал штампуют за одну операцию или за несколько последовательных операций. Различают операции разделения и операции изменения формы пластической деформацией металла.

К операциям разделения относят: резку, вырубку по контуру, пробивку отверстия и др., при которых заготовка отделяется от исходного материала.

Резку листового материала на заготовки нужных размеров осуществляют на ножницах (гильотинных, дисковых). Резка ножницами не позволяет получить любые контуры заготовки и обычно сминает ее края. Поэтому для получения фасонных листовых заготовок чаще применяют вырубку по контуру в штампах или пробивку. Вырубкой получают наружный контур заготовки, а пробивкой - внутренний.

К операциям изменения формы относят гибку, вытяжку без утонения стенки, вытяжку с утонением стенки, формовку.

При гибке одну часть или несколько частей листовой заготовки изгибают относительно других ее частей. Различают гибку одно-, двух-, четырех- и многоугловую. Большинство гнутых деталей может быть выполнено с помощью двух приемов гибки: V - образная гибка в тупой угол - одноугловая; и U - образная гибка в прямой угол - двухугловая. Чем больше радиус угла, тем легче протекает процесс гибки, меньше опасности появления трещин и меньше искажений формы изделия.

Вытяжка - наиболее сложная операция, при которой плоская заготовка превращается в полое тело (колпачок). По характеру деформации металла вытяжку различают без утонения стенки и с утонением стенки изделия.

Вытяжка без утонения стенки выполняется в вытяжном штампе, у которого зазор между пуансоном 1 и матрицей 3 на 5 - 10% больше толщины заготовки 2. Радиусы закругления рабочей части матрицы и пуансона обеспечивают плавность превращения круглой листовой заготовки в колпачок. При вытяжке изделий плоская часть заготовки (фланец) может сверываться с образованием складок. Для предотвращения их образования применяют прижимы 4.

При листовой штамповке возможна вытяжка с утонением стенки заготовки. При этом необходимо иметь зазор между пуансоном и матрицей меньше толщины листа. Обычно утонение стенок за один проход не превышает 30 - 35% начальной толщины листа.

8.3 Инструмент и оборудование для листовой штамповки

Инструментом для листовой штамповки служат штампы, которые классифицируются по технологическим, конструктивным и эксплуатационным признакам.

По типу и характеру выполняемых операций различают штампы простого действия (однопереходные) и комбинированные (многопереходные), которые в свою очердь разделяются на штампы последовательного и совмещенного действия.

Штампы простого децствия предназначены для выполнения какой-либо одной операции за один рабочий ход пресса: вырубки, гибки, вытяжки.

Штампы последовательного действия могут выполнять несколоко операций штамповки при перемещении заготовки в направлении подачи.

Штампы совмещенного действия применяют для выполнения за один рабочий ход пресса 2, 3 и более операций.

Оборудованием для листовой штамповки являются прессы, которые по принципу действия различают на механические, гидравлические, электромагнитные и пневматические.

Из механических часто применяют кривошипные прессы. Они бывают простого, двойного и тройного действия.

Прессы простого действия имеют один движущийся ползун и предназначены для вырезки, пробивки, гибки и др. операций.

Прессы двойного действия имеют два независимо движущихся ползуна: наружный для прижима заготовки и внутренний для глубокой вытяжки.

Прессы тройного действия имеют два верхних ползуна и один нижний (или движущийся стол). Эти прессы применяются для штамповки некоторых деталей кузова автомобиля.

8.4 Технологический процесс листовой штамповки

Состоит из следующих операций:

1. подготовка материала;

2. получение заготовок (резкой, вырубкой по контуру, пробивкой);

3. формоизменение заготовок (гибкой, вытяжкой, формовкой);

4. термическая обработка (для снятия наклепа и получения требуемой структуры и свойств);

5. отделка (калибровка, галтовка для удаления заусенцев, травление, правка, полирование, нанесение покрытий).

Размещено на Allbest.ru

...