Производство заготовок горячей объемной штамповкой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Производство заготовок горячей объемной штамповкой

Технологические процессы и способы объемной штамповки поковок.

В процессе объемной штамповки происходит принудительное распределение металла в штампе молота, пресса или машины. Горячая объемная штамповка обычно используется в серийном и массовом производстве для изготовления поковок массой до 100 кг (для тяжелого машиностроения - до 400 кг). Объемная штамповка эффективна для изготовления поковок из малопластичных в холодном состоянии сталей и сплавов, особенно из тех материалов, которые плохо обрабатываются другими способами.

Основные технологические операции штамповки делят на разделительные, формоизменяющие и общие. К разделительным операциям штамповки относят: отрезку, разрезку, пробивку, обрезку и зачистку. К формоизменяющим операциям относятся: осадка, высадка, протяжка, гибка, закручивание, прошивка, раздача, подкатывание, выдавливание, обжатие, чеканка и калибровка. Общие операции - это нагрев, обдув, смазка и охлаждение.

Достоинствами штамповки по сравнению со свободной ковкой являются большая точность формы, размеров и качество поверхностей поковок, возможность изготовления сложных по форме заготовок, более высокие коэффициент использования материала и производительность труда, сниженные требования к квалификации рабочих, лучшая пригодность к механизации и автоматизации производственных процессов и т.п.

Недостатками объемной штамповки являются сложность и высокая стоимость технологической оснастки, необходимость в оборудовании высокой мощности, ограничения по массе и габаритам получаемых поковок, наличие облоя, задиров и т.п.

В зависимости от сложности формы и размеров поковок используют: одноручьевую, многоручьевую, раздельную (расчлененную) и комбинированную штамповку. Раздельную штамповку выполняют в разных штампах на однотипных машинах, а комбинированную - на разнотипных машинах.

По конструкции используемых штампов различают открытую, закрытую и штамповку выдавливанием. Открытую штамповку осуществляют в штампах, в которых предусмотрена полость между обеими частями штампа, которая уменьшается в процессе деформирования металла. В окончательном штамповочном ручье для вытекания лишнего металла предусматривают специальную облойную канавку вокруг полости штампа, которая сопротивляется течению металла, тем самым обеспечивая благоприятные условия для заполнения окончательного ручья штампа. Облой в зависимости от сложности формы поковки может составлять от 10 до 40% ее массы. Закрытую штамповку осуществляют в штампах, между частями которых есть только такая полость, которая обеспечивает их относительное движение для деформирования металла без возможности его вытекания из полости штампа и образования облоя.

Полость между частями штампа для открытой штамповки выполняют между поверхностями, параллельными плоскости разъема штампа, а для закрытой штамповки - между поверхностями, перпендикулярными к ней.

Отсутствие облоя уменьшает расход металла, дает возможность исключить операцию его обрезки, но требует точного дозирования массы исходных заготовок. Закрытая штамповка пригодна для получения сравнительно несложных по форме поковок. Вследствие износа штампов поковки могут иметь задиры, усложняющие раскрытие штампов, выталкивание из них поковок, и требуют дополнительной операции их обрезания.

Закрытая штамповка обеспечивает высокую точность размеров и качество поверхностей поковок. Значительно эффективнее штамповка выдавливанием, которой получают высококачественные заготовки из пластичных материалов. Недостатком этого способа является сравнительно низкая стойкость штампов, более высокие энергозатраты и потребность в специальных смазках.

Довольно широко используют также подкладные штампы, не имеющие жесткого закрепления на кузнечном оборудовании. На них получают поковки массой до 150 кг несложной формы, они могут быть открытыми или закрытыми, стоимость их значительно ниже. Основными их недостатками являются сравнительно невысокое качество поковок, большие напуски и припуски на обработку резанием.

Подытожим основные характерные признаки всех трех способов объемной штамповки.

Открытая штамповка:

1. Объем металла, размещаемый в полости штампа, больший, чем объем готовой поковки, и в процессе штамповки его часть вытекает через полость облойной канавки, что способствует лучшему заполнению полости штампа;

2. Направление течения металла в облойную канавку перпендикулярно направлению движения половинок штампа в процессе штамповки;

3. Волокна металла направлены от середины поковки к облою и перерезаются в процессе его отрубывания.

Закрытая штамповка:

1. Объем металла в полости штампа в процессе штамповки не изменяется;

2. Задиры, которые образуются от вытекания металла в полости между частями штампа, незначительны, а направление течения металла в задиры параллельно направлению движения половинок штампа;

3. Волокна металла поковки не перерезаются.

Штамповка выдавливанием:

1. Объем металла в полости штампа в процессе штамповки уменьшается за счет его вытеснения через предусмотренные отверстия и полости для образования необходимых частей поковки;

2. Лишний металл обычно вытесняется во внешнюю часть поковки, а затем отрезается;

3. Поковки отличаются высоким качеством металла, что обеспечивается за счет его всестороннего сжатия.

По рабочей температуре штамповку делят на горячую, полугорячую и холодную.

Основное оборудование для объемной штамповки и других операций в цехах объемной штамповки.

Для объемной штамповки и последующей отделки штампованных поковок применяют различное технологическое оборудование.

Паровоздушные штамповочные молоты имеют массу падающих частей от 630 кг до 25 тонн с соответствующей энергией удара от 16 до 630 кДж. Расстояние между направляющими в свету В составляет от 400 до 1320 мм, а наименьшее расстояние Н от бабы (в крайнем нижнем положении) до штамподержателя - от 180 до 600 мм. Расстояние Н определяет минимальную высоту штампов.

Штамповочные фрикционные молоты с доской имеют массу падающих частей от 500 до 1500 кг при максимальном ходе падающих частей от 1400 до 1500 мм, причем ход можно регулировать, уменьшая его до 900 мм. Расстояние В составляет от 450 до 660 мм, а наименьшая высота штампов Н - 180 - 260 мм.

Штамповочные молоты с двусторонним ударом или, как их часто называют, бесшаботные молоты имеют различную конструкцию. Чаще встречается конструкция с ленточной связью. Эти молоты характеризуются энергией удара, которая колеблется от 10 до 450 кДж. Расстояние В у этих молотов равно 750-1200 мм, а наименьшая высота штампа без хвостовиков - 350-575 мм. Если разделить энергию удара бесшаботного молота пополам, то примерно получится масса падающих частей эквивалентного паровоздушного штамповочного молота.

Кривошипные горячештамповочные прессы имеют номинальное усилие от 6,3 до 80 МН и ход ползуна от 200 до 500 мм. Штамповая высота Н при нижнем положении ползуна и верхнем положении клиновой подушки колеблется от 560 до 1240 мм. Размеры стола следующие: ширина В - от 640 до 2100 мм и длина L - от 820 до 2150 мм. Для штамповки выдавливанием эти же прессы имеют усилие от 4 до 40МН и повышенную величину хода ползуна.

Винтовые фрикционные прессы имеют номинальное усилие от 400 до 6300 кН и энергию удара от 1,25 до 80 кДж. Наибольший ход ползуна составляет 240-600 мм. Расстояние В колеблется от 310 до 740 мм, а наименьшее расстояние Н между столом и ползуном пресса в крайнем нижнем положении от 170 до 430 мм. Расстояние Н определяет минимальную высоту штампов.

Гидравлические прессыобычно имеют четырехколонную или рамную станину. Номинальные усилия прессов колеблются от 1 до 100 МН, но имеются прессы с усилиями 150, 200, 300, 500 и даже 700 МН.

Горизонтально-ковочные машины имеют номинальное усилие от 1 до 31,5 МН.

Чеканочные (калибровочные) кривошипно-коленные прессы имеют номинальное усилие от 1 до 40 МН при ходе ползуна от 95 до 200 мм.

Для обрезки заусенца после штамповки применяют кривошипные и гидравлические обрезные прессы. Кривошипные прессы закрытые простого действия имеют номинальное усилие от 1 до 25 МН.

Выбор способа и количества переходов штамповки.

Выбор способа штамповки определяется сложностью формы, размерами и массой изготовленных поковок, маркой материала и требованиями к его физико-механическим свойствам, а также условиями производства. На рисунке 2 изображены эскизы промежуточных заготовок штамповки пальца для трех технологических переходов. Количество технологических переходов штамповки определяется сложностью формы поковки, заданным качеством, свойствами материала, возможностями имеющегося оборудования, программой выпуска и т.д. Удачный выбор количества технологических переходов обуславливает эффективность изготовления поковок. В большинстве случаев для штамповки простых по форме поковок достаточно одного - трех переходов.

Для определения количества переходов в отдельных случаях пользуются коэффициентами относительного обжатия или вытяжки, особенно для штамповки выдавливанием.

Коэффициент относительного обжатия определяют по формуле:

где F_i.z. и F_z - площади поперечного сечения соответственно исходной заготовки и заготовки, полученной как результат ее деформирования, м².

Коэффициент вытяжки определяют по формуле:

Для значений металл легко выдавливается, однако утолщенная часть поковки может не очень плотно заполняться, для значений в утолщенной части поковки может образоваться задир, а для значений выдавливание не рекомендуется из-за возможного заклинивания пуансона.

В одном ручье (технологическом переходе) получают поковки простой формы с коэффициентом вытяжки , поковки ступенчатой формы - с общим значением коэффициента вытяжки . Поковки более сложных форм штампуют с большими значениями коэффициента вытяжки за два или более переходов.

Иногда количество технологических переходов определяют по скорости течения металла:

,

где V_m, V_p - скорость соответственно течения металла и движения пунсона, м/с.

Рекомендации по определению количества технологических переходов в зависимости от коэффициентов относительного обжатия, вытяжки и скорости течения металла для разных материалов и форм поковок приведены в специальной и справочной литературе. В производстве часто поковки, изготовленные на разных типах штамповочного оборудования, делят на группы и подгруппы по сложности их форм и для каждой из них по отраслевым или заводским рекомендациям определяют количество и последовательность выполнения технологических переходов.

Для штамповки поковок в открытых штампах используют ручьи трех групп. К первой группе относятся предварительный (черновой), заготовительно-предварительный и окончательный (чистовой) штамповочные ручьи. Предварительный ручей служит для уменьшения износа открытого окончательного ручья за счет придания заготовке формы, близкой к окончательной, и не имеет облойной канавки. Заготовительно-предварительный ручей применяют взамен предварительного ручья для штамповки поковок сложной формы. Открытый окончательный (чистовой) ручей служит для получения готовой поковки с заусенцем. Его полость выполняют по форме и размерам готовой поковки с учетом усадки и температурного расширения металла. Для выхода лишнего металла, создания надлежащего сопротивления этому выходу с целью лучшего заполнения полости ручья вдоль его периметра выполняют облойную канавку.

Ко второй группе относятся заготовительные ручьи, предназначенные для предварительного деформирования исходной заготовки и получения соответствующей формы промежуточной поковки для ее последующего деформирования в штамповочных ручьях. Заготовительные ручьи, в зависимости от используемого способа штамповки, делят на ручьи со штамповкой плашмя (поперек оси заготовки) и ручьи со штамповкой осадкой в торец (вдоль оси заготовки).

Заготовительные ручьи со штамповкой плашмя - это формовочные, подкатные (открытый и закрытый), протяжные (открытый и закрытый), пережимные и гибочные. Формовочный ручей служит для придания заготовке формы, соответствующей форме поковки в плоскости разъема, если при этом не требуется ни больших изменений поперечного сечения заготовки, ни значительных перемещений металла вдоль оси. Подкатной ручей служит для значительного увеличения одних поперечных сечений за счет уменьшения других, и перераспределения металла вдоль оси заготовки. Протяжной ручей служит для протяжки отдельных участков заготовки. Пережимной ручей служит для неравномерного по длине уширения заготовки и незначительного перераспределения металла вдоль оси. Гибочный ручей используется для гибки заготовок в целях придания им формы в плоскости разъема.

К заготовительным ручьям со штамповкой осадкой в торец относятся специальные площадки для осадки. Существуют плоская и фасонная площадки. Служат для осадки в торец исходной заготовки перед обработкой в штамповочных ручьях.

Третья группа представлена отрубными ручьями, которые используются для отделения заготовки от прутка, полосы или другой исходной заготовки, если из нее изготавливают несколько поковок.

Штамповка на молотах.

Штамповку поковок осуществляют при помощи подкладных и стационарно закрепленных на бойках молота штампов за 3-5 ударов. В основном используют паровоздушные штамповочные молоты, хотя могут быть использованы и другие типы оборудования: пневматические, фрикционные, винтовые и т.д. Масса падающих частей штамповочных молотов обычно в 500-1000 раз больше массы поковки и определяется в зависимости от требуемой мощности на выполнение работы деформирования металла поковки. Верхняя половинка штампа крепится к бабе молота, нижняя - к штамподержателю, закрепленному на шаботе. Ход жесткий и конструируется таким образом, чтобы половинки сомкнулись по плоскости соударения (на практике между половинками остается небольшой зазор).

Штамповка на молотах дает возможность регулировать энергию ударов и их частоту, деформировать поковки в каждом отдельном ручье за один или несколько ударов, и обеспечивает (по сравнению со штамповкой на прессах) лучшие условия заполнения полостей ручьев штампа, что объясняется высокой скоростью деформации металла. Недостатками штамповки на молотах являются малый КПД, низкая производительность труда, сложность механизации и автоматизации изготовления поковок, быстрый износ штампов, недопустимость использования сборных штампов, увеличенные затраты металла по сравнению с другими способами штамповки, низкая точность формы и размеров поковок, трудности с использованием закрытых штампов. Кроме этого, штамповочные молоты требуют для их установки громоздких фундаментов, наличия котельных или компрессорных станций, создают сильный шум в процессе их работы.

Существуют три основных варианта штамповки на молотах.

1. Штамповка катаной заготовки производится с одного нагрева во многоручьевом штампе. В нем выполняются заготовительные ручьи для придания заготовке переходных форм перед штамповкой в окончательном ручье. Производительность процесса достаточно высокая.

2. Расчлененная штамповка производится с одного нагрева на рядом стоящих молотах. Область применения - массовое производство. Основной недостаток - трудности с переналадкой.

3. Штамповка кованой заготовки. В молотовом штампе выполняют только окончательный ручей, а заготовку отковывают на другом оборудовании (например, на пневматических молотах).

Количество и последовательность переходов штамповки поковок на молотах в основном определяется сложностью их формы. По конструктивно-технологической сложности формы горячештампованные поковки делят на четыре группы по росту из сложности. На молотах изготавливают поковки только первых трех групп. штамповка объемный поковка

Поковки первой группы штампуют в многоручьевых штампах протягиванием, подкатыванием, гибкой, предварительным и окончательным штампованием. Поковки второй группы штампуют за один - три перехода осаживанием, выдавливанием и прошиванием. Поковки третьей группы штампуют осаживанием, пережиманием, предварительным и окончательным штампованием. Если поковку нельзя четко отнести к одной из групп, то штамповочные переходы комбинируют для двух смежных групп.

В процессе конструирования штампа целесообразно размещать все ручьи в одном штампе. Если этого не удается, то применяют два и более штампа, установленных на молотах, расположенных рядом. Это дает возможность выполнять весь процесс штамповки за один нагрев и эффективнее использовать средства механизации и автоматизации транспортировки заготовок в процессе их изготовления.

Размещено на Allbest.ru