TPS-4_5 (Обработка давлением)

4.5. Обьемная штамповка. Бесштамповая обработка

Холодное выдавливание. Холодным выдавливанием называют процесс, при котором холодный металл вытесняется из закрытого объема в зазор или отверстие, имеющееся в инструменте. При холодном выдавливании метал в закрытом объеме находится под большим давлением - 2000-2500 МН/м2 (до 200-250 кг/мм2) и в следствии может течь в том направлении, в котором сопротивление течению найменьшее.

Возможности получаемых форм деталей определяется способами выдавливания (рис.34) : прямым , обратным и комбинированным.

При прямом выдавливании металл течет в напрввлении движения пуансона , при обратном выдавливании в противоположном движении : в направлении движении и обратном движении пуансона.

Для холодного выдавливания используют деформируемые алюминий и его сплавы , медь и ее сплавы ,никель и его сплавы, стали с пределом прочности до 550-600 МН/м2.

Поперечное сечение детали определяется степенью деформации

U=(Fo-F)/Fo (24)

где Fo и F - площадь поперечного сечения заготовки и детали.

Допустимая степень деформации зависит от марки и состояния металла. Если при допустимой степени деформации не получают нужных размеров деталей вводят дополнительные операции выдавливания.

Усилие выдавливания определяют по формуле :

P=q/Fn (25)

где q-давление течения , Fn-площадь на которую давит пуансон.

Давление течения один из важнейших технологических параметров холодного выдавливания. Величина давления зависит от марки материала и его состояния, степени деформации, силы трения и др.

Силы трения увеличивают усилия в 2-3 раза ,поэтому стремятся их уменьшать до минимума. С этой целью используют определенные смазки. Так как при холодном выдавливании возникают большие давления, то смазки легко выдавливаются и происходит контакт инструмента с несмазанной заготовкой, что приводит к микросвариванию и резкому увеличению давления. Для сохранения смазки при выдавливании на заготовку наносят пористый прочнопластичный разделяющий слой. Для сталей разделяющим слоем является - слой цинкового фосфата, для алюминия и его сплавов - слой анодных окислов. Смазкой для стали является раствор хозяйственного мыла, для алюминия и его сплавов - животные жиры и минеральные смазки на основе парафина.

Размеры заготовки. Размеры поперечного сечения заготовки на 0,05-0,10 мм меньше размеров матрицы; высота заготовки определяется из условия равенства объема заготовки объема детали с учетом припуска на обрезку.

H=(Vд+V)/F3 (26)

где F3 - площадь заготовки,

Vд,V - объем заготовки и припуск на обрезку.

Для уменьшения давления течения используют выдавливание с активными (направленное по течению металла)силами трения . Это позволяет уменьшить усилие (давления)выдавливания на 15-40% соответственно при степенях деформации 50-70% .

При холодном выдавливании получают 6-11 квалитет точности детали по поперечному сечению, шероховатость поверхности с параметром Ra=2,5-0,16 мкм, высокую производительность ,экономию металла.

Для выдавливания используют колоночные и бесколоночные штампы. Для холодного выдавливания сталей ,медных и никелевых сплавов используют специальные прессы, для мягких алюминевых сплавов (бв<10-12кг/мм2)-обычные кривошипные прессы.

Высадка - процесс перераспределения металла, при котором на заготовке получают местное утолщение (рис.35).

При высадке можно получить утолщение на трубчатых, плоских заготовках, заготовках из прудка и т.д. Высадка осуществляется двумя способами - открытым и закрытым. При открытом способе металл имеет возможность свободно течь в направлении, перпендикулярном движению пуансона; при закрытом способе течение металла перпендикулярно движению пуансона ограничивается инструментом.

Для высадки используют калиброванные прудки. Детали изготовляют из стали марок от 10 до 45 , 20Х , 40Х , 30ХГСА, ШХ9 , ШХ15 , 12Х18Н9Т, У10А, дюралюмина Д1 и Д16 , латуни Л62 , Л68 , меди и др.

Длина высаживаемой части заготовки ho определяется из условия равенства объемов заготовки и высаживаемой части детали. При ho<2d высадка выполняется за один переход, при 2,5d

ho=4*V/(пd2) (27)

где V - объем высаживаемой части заготовки.

Процесс высадки изделий массового производства автоматизорован и выполняется на холодновысадочных автоматах. Изготовляют автоматы одно-,двух- и трехударные. В автоматах подача материала , отрезка заготовки, высадка головки и удаление детали выполняются автоматически .

Качество деталей. Точность поперечных размеров деталей в формируемых в инструменте в соответствует 8-11 квалитету, при тщательном изготовлении инструмента - 7 квалитету точности. Точность продольных размеров соответствует 11-13 квалитету. Широховатость поверхности соответсвует - Ra=2,5-0,32 мкм.

Прокатка. Различают три основные вида прокатки :продольную, поперечную и поперечно-винтовую (рис.36).

При продольной прокатке (рис.35а) валки одинакового диаметра вращаются в противоположных направления с одинаковыми скоростями. Оси валков паралельны, а растояния между валками одинаковы. Металл деформируется в основном продольном направлении в напрвлении проката. При поперечной прокатке (рис.36,б) валки с паралельными осями вращаются в одном направлении с одинаковыми скоростями. Прокатываемая заготовка круглого поперечного сечения по мере уменьшения расстояния между валками обжимается по диаметру; при этом заготовка вытягивается в продольном направлении. При поперечно-винтовой прокатке (рис.36,в) валки вращаются , как и при поперечной прокатке , с одинаковыми скоростями в одну сторону. Оси валков наклонены одна к другой. Заготовка при вращении валков подается в направлении биссектрисы угла наклона валков и одновременно вращается. При этой прокатке уменьшается поперечное сечение заготовки.

Основной технологический параметр прокатки- степень деформации:

W=(Fo-F)/Fo (28)

где Fo и F - площади поперечного сечения заготовки до и после прокатки.

Прокатка в металургическом производстве используется для получения листов, лент, труб, прудков и других профилей , используемых в различных отраслях металлообрабатывающей промышленности. В приборостроении используется для получения точных пластин, лент, профилей, а также для упрочнения лент (полос) и листов.

При холодной прокатке достигают 6-9 квалитет точности и параметр шероховатости Ra=1,25-0,32 мкм. При точной (шариковой и валковой) прокатке в приборостроении получают 5 квалитет точности и параметр шероховатости Ra=0,63-0,04 мкм.

Волочение. Волочение - это процесс притягивания заготовки через отверстие меньшего поперечного сечения, чем сечение заготовки (рис.37). При волочении получают сплошные и полые детали постоянного поперечного сечения по длине. Поперечное сечение может быть любым.

Для волочения используют инструмент - волоки (цельные или составные), устанавливаемые на волочильные станы, которые бывают продольно-волочильные и барабанные. Продольно-волочильные используют для волочения труб, прутков, барабанные - для волочения проволоки и других профилей сматываемых в бунты. На приборостроительных заводах используют оба вида станов.

Основной технологический показатель - степень деформации, которая не должна быть более 25%

U=(Fo-F)/Fo (31)

где Foи F - площадь поперечного сечения заготовки до и после волочения.

При волочении получают точность поперечных размеров 6-9 квалитета, шероховатость поверхности соответствует Ra=0,63-0,16 мкм.

Использование волоченных профилей при производстве деталей приборов позволяет уменьшить расход металла до 45% и снизить трудоемкость до 20% в сравнении с изготовлением деталей резаньем.

Ротационный обжим.

Ротационный обжим - это процесс последовательного обжатия по периметру и длине заготовки, в результате которого увеличивается длина и уменьшается поперечное сечение заготовки. Этот процесс выполняют на ротационно-обжимных (рис.38) и радиально обжимных машинах.

На этих машинах получают удлиненные изделия не только круглого, но и граненного сечения; изделия можно получать диаметром от 0,15 мм до 400 мм сплошного профиля до 600 мм трубчатого профиля; изделия могут быть постоянного сечения по длине и ступенчатые из металлопорошков жаропочных и других малопластичных сплавов; можно выполнять сборочные операции.

Степень деформации (формула 28) может достигать 90% , так как металл деформируется при благоприятной степени нагружения. При горячей обработке можно деформировать с любой степенью деформации.

При ротационном обжиме достигают точность 6-9 квалитета при холодной обработке и 11-13 квалитета при горячей обработке, шероховатость поверхности - Ra=0,32-0,08 мкм при холодной обработке и Rz=40-20 мкм при горячей обработке.

Горячая объемная штамповка.

Горячую объемную штамповку применяют для изготовления сложных и ответственных деталей в условиях серийного и массового производства. При горячей штамповке завариваются внутренние литейные поры, что увеличивает плотность металла. Формообразование в этом случае обусловлено пластичностью, которая зависит не только от химсостава, температуры, скорости деформации, но и от схемы воздействия внешних сил. Наряду с высокой пластичностью при обработке давлением стремятся получить возможно меньшее сопротивление деформированию. Показателем технологических свойств в этом случае является ковкость. Ковкость увеличивается с повышением пластичности и уменьшением сопротивления деформированию. Нагрев металла увеличивает ковкость.

Объемная штамповка заключается в формоизменении заготовки в штампах под действием внешних сил. Полость, формирующая в штампе заготовку, называется ручьем. Отштампованная заготовка называется штампованной поковкой.

Последовательность технологического процесса изготовления штампованной поковки: резка исходного металла на заготовки, нагрев заготовки, штамповка, обрезка заусенца, охлаждение и термообработка поковок, очистка от окалины, правка и контроль.

Исходным металлом для объемной штамповки являются прокатные или прессованные прутки чаще из углеродистой, низколегированной стали, а также из высоколегированной стали и сплавов, жаропрочность сплавов, алюминиевых, медных магниевых и титановых деформированных сплавов.

Основные виды объемной штамповки. Виды объемной штамповки подразделяют в зависимости от применяемого оборудования, на котором она производится, типа штампа и других факторов.

В зависимости от оборудования объемная штамповка подразделяется на следующие виды: штамповку на молотах, штамповку на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), штамповку на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП), штамповку на специальных машинах (вертикально-ковочных, ротационно-обжимных, радиально-обжимных,электровысадочных), штамповку на фрикционных и гидравлических прессах.

Указанное обороудование принципиально отличается друг от друга скоростью деформирования металла. Наибольшая скорость (до 7м/сек) у молота, наименьшая - у гидравлического пресса (десятки мм в мин.). На молоте деформирование производится за несколько ударов, на прессе за одно нажатие на каждом ручье.

В зависимости от типа штампа различают: штамповку в открытых штампах, штамповку в закрытых штампах, штамповку выдавливанием. Тип штампа определяет условие течения металла и поэтому этот вид подразделения штамповки является основным.

Штамповку выдавливанием применяют только на прессах, штамповку в открытых и закрытых штампах можно выполнять на любом виде оборудования.

В зависимости от количества ручьев в штампе различают штамповку в одноручьевых штампах и штамповку в многоручьевых штампах.

Далее рассмотрим содержание и особенности выполнения основных операций горячей объемной штамповки.

Расчет массы и размеров исходной заготовки.

Масса исходной заготовки складывается из массы поковки и массы отходов:

Qзаг=Qп+Qз+Qуг+Qкл

Qп - масса поковки определяется умножением объема поковки на плотность; объем поковки рассчитывают по номинальным горизонтальным размерам и номинальным вертикальным размерам поковки плюс половина положительного допуска. массу заусенца Qз определяют по формуле:

Qз=(0,75-0,8)*Sзк*pn*p

где Sзк - площадь поперечного сечения заусенечной канавки, pn - периметр поковки в плоскости разъема. Массу угара Qуг берут в зависимости от способа нагрева: при нагреве в мазутной печи масса угара составляет 2-3% от массы заготовки, в газовой печи - 1,5-2%, при электронагреве - 0,5-1%.

Qкл - масса клещевины - участка для захвата заготовки клещами, определяет в зависимости от диаметра заготовки или от тянутой под клещевину части заготовки.

Расчет размеров заготовки. Размеры заготовки определяют в зависимости от способа штамповки. При штамповке поперек оси заготовки (плашмя) длина заготовки равна

lзаг=ln*K

где ln - длина поковки; К - коэффициент, зависящий от вида штамповочного ручья, изменяется в пределах 1,02-1,3.

Площадь поперечного сечения заготовки равна:

Sзаг=Vзаг/lзаг

где Vзаг - объем заготовки.

При штамповке вдоль оси, т.е. при наличии осадки, соотношение высоты заготовки к диаметру должно удовлетворять соотношению

1,27

Обычно Hзаг/Dзаг=2

Деаметр поперечного сечения заготовки:

Dзаг=((4*Vзаг)/пK)1/3

После определения Dзаг выбирают ближайший большой размер по ГОСТу и вычисляю скорректированную длину заготовки.

Резка исходного материала на заготовки заключается в подготовке металла к резке и непосредственно резке.

Подготовка металла к резке заключается в зачистке на поверхности проката различных местных дефектов (плен, трещин и т.п.) и правки изогнутых исходных прутков. Местные дефекты удаляют механическим способом (пневмозубилом, абразивным кругом, на металлорежущих станках или огневым способом (выплавкой сварочным электродом)). Правку проката производят на кривошипных или гидравлических прессах.

Резку исходного пруткового металла производят на прес-ножницах, кривошипных прессах, пилах, абразивными кругами, в хладноломах, газовой резкой и другими средствами.

Нагрев заготовок. Термомеханический режим ковки. При определенных температурах металлы обладают высокой ковкостью - высокой пластичностью и низким сопротивлением деформированию . Нагрев должен обеспечивать требуемую температуру заготовка, равномерное распределение ее по сечению, отсуствие трещин, минимальное окисление и обезуглероживание поверхности. Температура штамповки имеет верхний и нижний пределы, между которыми лежит температурный интервал штамповки. Нижняя граница интервала для железоуглеродистых сплавов (сталей) не должна быть ниже температуры фазовых превращений (Ас3); верхняя граница должна быть ниже температуры пережога, при которой возникают межкристалитные окислы.

С увеличением температуры, как известро, наблюдается рост зерен (рис.6) и металл получает крупнозернистую структуру.

При правильно выбранном температурном интервале штамповки путем пластикой деформации можно измельчить крупное зерно, возникшее в металле при нагреве. С увеличением скорости нагрева меньше окисление и обезуглероживание и поэтому экономичнее нагрев. Однако при слишком быстром нагреве в результате значительного температурного градиента по сечению заготовки в металле могут возникать термические напряжения, которые в некоторых случаях приводят к образованию микро- и макротрещин.

Скорость нагрева зависит от типа печи, обрабатываемого металла, вида укладки заготовок и других факторов.

Температурный интервал и скорость нагрева устанавливают на основе комплексов исследований и поэтому обычно определяют по таблицам в справочниках.

Нагрев высоколегировнной стали и сплавов из-за их низкой теплопроводности производят с предосторожностями, основная цель которых - снятие остаточных напряжений и предупреждение образования термических трещин. Поэтому перед нагревом заготовок под штамповку их подвергают предварительному отжиму, а иногда промежуточному отжигу. Температурный интервал штамповки высоколегированных сталей и сплавов узкий, что требует для формообразования дополнительных переходов. Для повышения равномерности деформации при штамповке применяют подогрев штампов до температуры 200-400 С. При нагреве необходимо предохранять заготовки от окисления. Для этого применяют стеклянные смазки или газ аргон.

Нагрев осуществляют в мазутных, газовых, электрических печах без защитной и с защитной против окисления атмосферой, а также в растворах солей.

Штамповка.

Штамповка в открытых штампах характерна тем, что штамп в процессе деформирования остается открытым, а зазор между верхним и нижним штампом в процессе деформирования переменным. В этот зазор вытекает металл из рабочей полости, образуя заусениц. Заусениц закрывает выход из полости штампа и этим способствует заполению всей полости штампа при дальнейшем сближении штампов. Заусениц вытесняется и избыток металла из рабочей полости. Поэтому заготовку можно нарезать не точно, с избытком металла. Штамповка в открытых штампах производится на молотах, кривошипных горячештамповочных прессах, гидравлических прессах, фрикционных прессах и других машинах.

Штамповка в закрытых штампах характерна тем, что штамп в процессе деформирования остается закрытым, а зазор между подвижной и неподвижной частями остается постоянным и небольшим. При избытке деформируемого металла, последний вытекая в зазор, создает торцевой заусенец и вызывает большие напряжения в штампе и износ. Штамповку в закрытых штампах выполняют на ГКМ, КГШП, молотах.

Штамповка в штампах для выдавливания характерна тем, что штамп имеет глубокую полость, которая заполняется выдавливанием. Штамповка выдавливанием производится на гидропрессах, КГШП, ГКМ. Этот процесс рекомендуют для штамповки малопластичных сталей и сплавов (например высоколегированных сталей и сплавов).

Возможности формообразования. При штамповке в открытых и закрытых штампах можно на штампованных поковках получить различной формы выступы, ребра, углубления, отвестия (с перемычками) за один или несколько ударов.

При выдавливании и доштамповке можно получить заданную форму деталей типа “стакан”, стержень с головкой и трубка с фланцем за один - три перехода в зависимости от K=F/f (F - площадь проекции поковки на плоскость разъема, f - площадь сечения деформированной части заготовки). В зависимости от условий деформирования относительное обжатие w=100*(F-f)/F может быть равно 15-95 %. Следует обращать внимание при выдавливании на скорость истечения W=(F/f)*V (V - скорость движения ползуна пресса) для предупреждения брака по наружным трещинам.

Высоколегированную сталь и специальные сплавы штампуют при меньших скоростях, чем низколегированную и углеродистую.

Выбор оборудования для штамповки. При Штамповке на молотах выбор молота осуществляется по массе падающих частей G для штамповки в открытых штампах:

G=10*Fn [кг]

где Fn - площадь проекции поковки в плане.

При штамповке на прессах выбор пресса осуществляют по рабочему усилию , определенному по формуле в зависимости от формы детали в плане и типа пресса (КГШП, фрикционный и др.).

Обрезка заусенца и прошивка отверствий. Заусенец образуется при горячей штамповке в открытых штампах. Этот заусенец обрезают на обрезных, кривошипных и иногда гидравлических прессах. Обрезка заусенца подразделяется на горячую и холодную. Крупные и средние по массе поковки, штампуемые на молотах с массой падающих частей более 1 т, имеют относительно толстый заусенец, который легко обрезать в горячем состоянии, непосредственно после штамповки. Обрезной пресс в этом случае находится рядом со штамповочной машиной. Мелкие поковки с тонкими заусенцами легко обрезаются в холодном состоянии; эту обрезку выполняют в другом (не штамповочном) отделении; производительность холодной обрезки выше, чем горячей. Число обрезных прессов для холодной обрезки меньше, чем число штамповочных машин (прессов, молотов).

Схема процесса обрезки и штампа представлена на рис. 42. Поковка 3 укладывается в матрицу 4 и движение пуансона 1 проталкивается вниз через нее. При этом заусенец срезается. Режущим элементом здесь является матрица, а пуансон - подающим, проталкивающим элементом. Матрица укрепляется в нижней плите 7, а пуансон - в пуансонодержателе. При обратном ходе с пуансона 6 снимается заусенец съемником 5.

Зачистку поковок обычно производят с частичной зачисткой штамповочного уклона. Зазор между пуансоном и матрицей принимают в зависимости от формы поковок.

Прошивка отверствий. Если в поковке должно быть отверствие, то при штамповке делают наметки (углубления) с одной или двух сторон с оставлением пеленок 2 (рис.41). Эту пленку прошивают (обычно в горячем состоянии) после штамповки, анологично тому, как обрезают заусенец. При этом применяют те же обрезные прессы. Схема прошивки с одновременной обрезкой заусенца показана на рис.41. Здесь представлен совмещенный штамп, где 1 - пуансон обрезки,2 - пленка, подлежащая удалению прошивкой, 3 - поковка, 4 - матрица, 5 - выталкиватель, 6 - пуансон прошивки, 7 - основание штампа.

В производстве чаще прошивка и обрезка заусенца выполняется как отдельная операция.

Усилие обрезки и прошивка определяют по формуле

P=(1,5-1,8)бв*Sф*Pср

где бв - предел прочности на срез при температуре обрезки-прошивки,

Sср,Pср - соответственно толщина и периметр среза.

Под толщиной среза понимают толщину пленки или заусенца с учетом закругления и прибавления величины положительного отклонения допуска на размер поковки по высоте.

Охлаждение и термообработка. Режим охлаждения поковок после штамповки имеет такое же значение, как и режим нагрева. Скорость охлаждения влияет на величину термических напряжений, которые в случае быстрого охлаждения приводят обычно к наружным трещинам. А при неодновременном по объему металла переходе через критический интервал температур - к структурным напряжениям, которые могут сумироваться с температурными. Это может привести к микро- и макротрещинам. При охлаждении некоторых марок сталей могут образовываться флокены, белые пятна; они не имеют определенной ориентировки в связи с деформациями и не связанные с ликвационными зонами. Белые пятна внешне похожи на флокены, но располагаются исключительно в ликвационных участках и ориентируются в направлении деформации. На появление флокенов и белых пятен оказывает большое влияние водород, растворенный при выплавке металла. Для уменьшения влияния водорода на образование флокенов и белых пятен применяют соответствующий режим охлаждения.

Охлаждения в зависимости от марки материала и размеров поковок производятся: на воздухе (одиночных или штабелями), в ящиках с песком, золой или окалиной, в термостатах и неотапливаемых колодцах, в подогреваемых колодцах, вместе с печью.

После штамповки для снятия остаточных напряжений, предохранения от образования флокенов и размельчения зерна (Штамповкой после дополнительного нагрева) применяют отжиг, а для выравнивания структуры по сечению (путем диффузии легирующих элементов) применяют гомогенизационный отжиг поковок.

Очистка поковок от окалины. После штамповки поковки имеют на поверхности слой окислов, который ухудшает качество поверхности и препятствует последующей механообработке. Для очистки поковок применяют травление, галтовку и дробеметную очистку.

Травление применяют для очистки от окислов сложных поковок в растворе кислоты. После погружения поковок в раствор кислоты. После погружения поковок в раствор кислоты (или кислот), кислота проходит через слой окалины и вступает в реакцию с металлом, образуя рыхлую пленку, которая имеет большую толщину, чем толщина окислившегося металла. Это способствует разрушению окислов. Для сталей применяют раствор серной и соляной кислот с присадкой КС; для никелевых сталей - такой же раствор кислот, но более концентрированный; для алюминеевых сплавов - раствор щелочи. Затем для сталей производят промывку в щелочном растворе и воде, для алюминиевых сплавов - в растворе азотной кислоты и воде.

Очистка поковок травлением это самый качественный и самый дорогой способ очистки.

Галтовку применяют для очистки мелких и средних по массе поковок простой формы (короткие валики, шестерни). Загруженные во вращающийся вокруг горизонтальной оси барабан поковки (иногда с ними и шары) удаются и окислы скалываются. Недостаток способа - большой шум.

Дробеметную очистку применяют для очистки от окислов мелких и средних поковок сложной формы. В этом случае на очищаемые поверхности направляют движущуюся с большой скоростью чугунную дробь, которая при ударе о поверхность поковки скалывает окислы. Поковки должны поворачиваться для очистки нужных поверхностей. Качество поверхности получают хорошее. Недостатком способа является возможность закрытия трещин, которые в дальнейшем трудно обнаружить.

Правка поковок. Штампованные поковки могут искривляться в процессе удаления из ручья штампа, обрезке заусенца, прошивке отверстий и при их транспортировке.

У изогнутых поковок при механообработке может быть в некоторых местах недостаточный припуск, а в других - избыточный припуск.

Правку производят в горячем и холодном состоянии, более часто используют холодную правку.

Горячую правку после обрезки заусенца обычно применяют для простых поковок из высоколегированной или высокоуглеродистой стали, при холодной правке в которых возможно возникновение трещин. Такую правку выполняют обычно в окончательном ручье штампа.

Для сложных поковок или поковок с отверстием горячую правку производят в специальном штампе.

Холодной правке подвергают сложные мелкие и средние по массе поковки. При холодной правке невозможно получить из-за упругих деформаций при разгрузке абсолютно не искривленные поковки.

Калибровку поковок выполняют для повышения точности размеров, улучшение качества поверхности отдельных участков или всей поковки, а также снижения колебания массы поковки. Калибровку применяют в массовом и крупносерийном производстве.

Различают плоскостную и объемную калибровку.

Плоскостная калибровка производится в холодном состоянии на кривошипно-коленных чеканочных прессах для получения точных вертикальных размеров на одном или нескольких участках поковки.

Объемную калибровку применяют для увеличения точности размеров в разных направлениях, а при выдавливании некоторого излишка металла в заусенец - и для получения точной массы.

Точность объемной калибровки ниже, чем плоскостной. Иногда применяют комбинированную калибровку - сначала объемную, а затем плоскостную.

Усилие плоскостной калибровки для круглых поковок:

P=бs*(1+(m/3)*(d/h))*(п*d2)/4

где d - диаметр поковки; h - высота; бs - напряжение пластического течения; m - коэффициент контактного трения.

Виды брака. Контроль качества штампованных поковок. Брак может быть на любом этапе технологического процесса. Наиболее характерны следующие виды брака: вмятины, недоштамповка выступов, углов, закруглений и ребер, смещение одной половины поковки относительно другой в плоскости разъема, зажимы, повышенная кривизна, отклонение допуска от заданного, утяжка, брак по термообработке и очистке от окалины.

Вмятины на поковках могут быть в результате заштамповки окалины и механических повреждений при удалении из штампа и переброске горячих поковок. Недоштамповка возникает при недостаточном нагреве заготовки и количестве ударов или массе падающих частей молота. Смещение плоскости разъема возникает при износе направляющих машины или штампа. Зажимы возникают из-за резких ударов, несоответствия чернового ручья штампа чистовому ручью и из-за Эксцентричной укладки заготовки в штамповочном ручье. Повышенная кривезна возникает при неравномерном охлаждении поковки или из-за деформации при переброске горячих штампованных поковок. Повышенные допуски и размеры возникают при слишком большом износе штампов или при недоштамповке. При штамповке на КГШП возможно также незаполнение штампа, повышенная кривизна при выталкивании, след от выталкивателя, зажим типа “прострел”. Из-за неправильного течения металла при штамповке выдавливанием возникает “утяжка”, “прострел”, наружные и внутренние сколы. Брак при термообработке может быть такой: обезуглероживание, отклонение от заданной твердости и микроструктуры.

Контроль штампованных поковок производят на всех этапах технологического процесса. С этой целью выполняют контроль химического состава, проверяют размеры поковок и визуально контролируют поверхностные дефекты, контролируют режимы нагрева и термообработки, твердость поковок. Внешние дефекты, трещины, зажимы, прострелы для ответственных деталей конструируют магнитным и люминисцентным методом, а метод вихревых токов позволяет конторолировать химический состав, твердость, трещины, структурное состояние, внутренние напряжения в поковках и размеры их сечения. Внутренние дефекты в поковках определяют ультразвуковым методом и просвечиванием лучами Рентгена.

Технологичность поковок.

Чертеж поковки составляют по чертежу детали. Правильно разработанный чертеж поковки позволяет учесть особенности течения металла в штампе, обеспечивает возможность ее рационального изготовления.

Технологичной считается паковка в которой правильно выбрана поверхность разъема; назначены шероховатость поверхности, допуски, припуски и напуски; определены штамповочные уклоны и линия разъема; определены радиусы скруглений; назначены наметки под прошивку и определены размеры пленки под прошивку; установлено направление волокон в поковке, толщина волокна и ребер и другие вопросы.

Поверхность разъема - это поверхность, по которой соприкасаются части штампа. Обычно за поверхность разъема принимают плоскость. Плоскость разъема должна совпадать с плоскостью двух наибольших размеров поковки и обеспечивать свободное удаление штампованной поковки из штампа. Если поковка не симметрична, то более глубокие полости располагают в верхней части штампа, т.к. вверх металл течет лучше. Правильно выбранная плоскость разъема обеспечивает возможность контроля сдвига между верхним и нижним штампом по внешнему виду поковки после обрезки заусенца. На рис. 44а плоскость разъема выбрана правильно и позволяет обнаружить сдвиг при обрезке заусенца, на рис.44б - плоскость разъема выбрана не правильно, т.к. не позволяет обнаружить сдвиг, на рис.44в - возможное расположение плоскости разъема при односторонней бобышке.

Широховатость поверхности обычно при горячей штамповке получают в пределах Rz=160-40 мкм, а точность в пределах 12-16 квалитета, болеевысокие качественные показатели относятся к штамповке в закрытых штампах. Допуски учитывают изменения размеров при недоштамповке по высоте и износ штампов. При калибровке достигают 8-12 квалитет точности, широховатость - Ra=2,5-0,32 мкм. Если заготовка детали должна иметь более высокие качественные показатели (точность и шероховатость поверхности), то эти показатели достигают механической обработкой путем снятия припуска со штампованной поковки. Припуски и допуски при горячей объемной штамповке назначают по ГОСТ 7505-74. Практически величина припуска составляет 0,5-6 мм и ориентировочно может быть определена по эмпирической формуле

П=0,4+0,01h+0,0015l

где h и l - наибольшие размеры поковки по высоте и в плоскости разъема.

Стандартом предусмотрено разделение поковок на три основные группы в зависимости от предъявляемых к ним требованиям по точности. Наиболее жесткие требования относятся к поковкам первой группы; ГОСТ 7505-74 также регламентируем напуски. К напускам относят некоторый объем металла на поковке для облегчения изготовления детали. Напуск можно удалить механической обработкой. При диаметре отверстия менее 30мм устанавливают напуск, т.е. не штампуют отверстие из-за малой стойкости штампа; к напускам относят также напуски для штамповочных уклонов и радиусов скругления.

Уклоны. Штамповочные уклоны назначают для легкого и быстрого удаления поковки, а также для облегчения заполнения штампа. Различают наружные и внутренние уклоны. Величина уклона зависит от наличия выталкивателей у оборудования и относительной высоты поковки. При отсуствии выталкивателей (молоты) наружные уклоны равны 5-7°, внутренние-7-10°; при наличии выталкивателей (КГШП, ГКМ, гидропрессы) наружные уклоны равны 3-5°, внутренние- 5-7°.

Для относительно более высоких поковок (отношение глубины полости к ширине принимают большие величины уклонов. Выбор уклонов производят по таблицам справочников.

Толщина полотна и ребер определяется условиями деформирования, чем меньше толщина, тем больше напряжение течения и меньше стойкость инстумента.

Толщину полотна назначают в зависимости от площади штамповочной заготовки в плане и формы сечения. При увеличении площади от 20 до 2000 см2 толщина увеличивается от 1,5 до 12 мм.

Высота, толщина ребра и расстояние между ребрами зависят от формы поперечного сечения штампуемого изделия. В открытых сечениях толщина ребра зависит только от его высоты, в закрытых двутавровых сечениях толщина ребра определяется высотой ребер и расстоянием между ними. Ребро хорошо заполняется при отношении его высоты к толщине не более 10. Для ребер небольшой высоты (менее 10 мм) и малой толщины (менее 2 мм) из-за трудности заполнения полости (возникают большие давления) толщину ребра назначают 2-4 меньше высоты. Наименьшее расстояние между ребрами зависит от высоты. (При высоких ребрах и небольшом расстоянии между ними выступ штампа, формирующий эти ребра быстро изнашивается). Наименьшее расстояние для высоты ребер 5-70 мм равно 10-80 мм; наибольшее для той же высоты соответственно -(30-20)S, S-толщина полотна.

Радиус закругления на поковках назначают, как и штамповочные уклоны, для облегчения заполнения штампа и для обеспечения удовлетворительной стойкости инструмента. Радиусы закругления назначают по ГОСТ 7505-74 в зависимости от относительной глубины полости и абсолютной глубины полости. Различают наружные и внутренние радиусы, внутренние радиусы примерно в три раза больше наружных R=3r. После назначения внутренних радиусов их надо согласовать с припуском таким образом, чтобы величина припуска была не меньше, чем на прилегающих участках.

Наметки и пленки под прошивку. При штамповке невозможно получить сквозное отверстие. Для облегчения последующей прошивки и экономии металла в поковке делают наметку с перемычкой-пленкой небольшой толщины.

В зависимости от формы и размеров отверстий поковок применяют пять типов наметок: плоскую, с раскосом, с магазином, с карманом, глухую.

Плоскую наметку применяют при 50‹ d <80 мм, а при наличии предварительного штамповочного ручья применяют при 30

При 150 >d>80 мм и отсуствии предварительного ручья и всегда для наметок в предварительном ручье примеряют наметки с раскосом, толщина пленки Smax=1,35S, Smin=0,65S, S=0,1d.

Наметку с магазином применяют при 150>d>55 мм и наличии предварительного ручья, в котором делается наметка с расскосом.

Наметку с карманом применяют в окончательном ручье при D>155 мм и низких поковках со сравнительно малым отношением высоты к диаметру H/D<0,07. Толщина S=0,4(d)1/2.

Глухую наметку применяют только с целью экономии металла, когда наметку получают с относительно большой глубиной и большим радиусом R. Отверстие получают в дальнейшем сверлением.

4.6. Высокоэнергетические импульсные методы штамповки.

Применение высокоэнергетических методов штамповки позволяет экономично изготовлять абаботкой давлением такие детали и заготовки, которых ранее невозможно было изготовлять или для изготовления которых ранее требовалось дорогостоящее мощное оборудование. Эти методы деформирования используют в условиях мелкосерийного и серийного производства, как для листовой так и для объемной штамповки.

Штамповка листового металла.

Гидровзрывная штамповка. При гидровзрывном формоизменении энергии, образующаяся при взрыве, передается штампуемой заготовки через ударную волну, давление и сопутствующий ей гидропоток. В качестве среды, передающей энергию взрыва, используют жидкость, сыпучую, вязкую или твердую среду.

Деформируемые листовые или трубчатые заготовки можно подвергать различным операциям: резке, вытяжке, рельефной формовке, раздаче, обжиму, отбортовке и др.. Причем возможно формоизменение с нагревом заготовки с помощью передающей среды (песком).

Для взрывной штамповки используют бризантные и метательные взрывчатые вещества. Взрыв может производиться в стационарном или съемном (разовом) бассейне. Для формоизменения заготовки в зависимости от выполняемой операции чаще всего используют только матрицу или пуансон; для вытяжки, рельефной формовки, отбортовки - матрицу, для обжима - пуансон. При вытяжке обычно получают за один переход меньшую предельную величину коэффициента вытяжки, чем в обычных условиях:

Матрицы для вытяжки могут быть металлические цельнолитые или составные, железобетонные, из льда.

Точность деталей изготовленных взрывной штамповкой по сравнению с обычной вытяжкой значительно выше.

Электрогидравлическая штамповка по сравнению со взрывной имеет ряд преимуществ: а) возможность применения в обычных условиях, б)простота дозирования энергии, в)возможность осуществления серии разрядов, следующих друг за другом, г) легкость автоматизации процесса. Однако установки для электрогидравлической штамповки дороже установок для штамповки взрывом, а размеры и стоимость электрогидравлических установок ограничивают энергетические возможности метода.

Сущность метода. При высоковольтном электрическом разряде между электродами, помещенными в жидкость, возникает токопроводящий искровой канал, мгновенное расширение которого приводит к возникновению в жидкости ударной волны. Деформация заготовки происходит, как и при гидровзрывной штамповке, под действием ударной волны, давление и сопутствующего гидропотока. Более эффективному использованию энергии разряда по сравнению с открытой емкостью для формоизменения способствует размещение рабочих электродов в замкнутой камере или внутри трубчатой заготовки, закрытой с двух сторон крышками.

Рассматриваемым методом выполняют операции вытяжки деталей из плоских заготовок, отбортовку, раздачу трубчатых заготтовок, оформление сложного контура на листовых и трубчатых заготовках, калибровку, пробивку и некоторые другие операции. Этим методом получают детали из цветных металлов, стали и высокопрочных сплавов. Толщина штампуемых деталей <4-10 мм, а габариты большинства деталей в плане достигают 1200*2000 мм.

Инструмент. Обычно для электрогидравлической штамповки используют матрицы, которые изготовляют из стали (иногда и других материалов-цинковых, алюминевых сплавов, литьевых эпоксидных смол). Основной рабочий инструмент - электроды, которые изготовляют из стали, латуни, однако найбольшей электроэрозийной стойкостью обладает металлокерамическая композиция на основе вольфрама ВНМ-3-2.

Для электрогидравлической штамповки используют отечественные установки “Удар 12м” и “ Удар 20” , ” Удар 20с”, “ Удар 150”, “Удар-II”, позволяющие изготовлять детали размером от 400*400 мм до 2000*1200 мм с толщиной стенки от 3 до 10 мм или соответственно диаметром заготовки от 300 мм до 1500 мм с толщиной стенки от 3 до 10 мм. Запасаемая энергия указанных установок изменяется соответственно от 10 до 160 Кдж.

Штамповка импульсным магнитным полем. Основные преимущества метода в сравнении с взрывной и электрогидравлической штамповкой : а)большая скорость формоизменения заготовки и высокая призводительность, б) возможность точнее регулировать параметры процесса, в) возможность широко механизировать и автоматизировать операции процесса, г) возможность легкого встраивания устоновки импульсной магнитной штамповки в автоматические линии.

Сущность метода.При помещении заготовки в импульсное магнитное поле, создавемое с помощью разряда энергии, накопленной в конденсаторной батарее, на катушку индуктивности (рабочий индуктр), в заготовке индуцируются вихревые токи, взаимодействие которых с токами индуктора приводит к возникновению усилий, деформирующих заготовку.

Этот метод штамповки применяют в основном для таких операций, как обжим и раздача трубчатых заготовок, калибровка трубчатых изделий, получение на деталях различных рифлений, штамповка деталей из плоских заготовок, пробивка отверствий в плоских и трубчатых деталях из различных металлов и сплавов, сборка. Преимущественное распостранение имеет обработка металлов и сплавов, обладающих высокой электропроводностью. Деформирование заготовок из материалов с недостаточно высокой электропроводностью (углеродистых и нержавеющих сталей) осуществляется через передающую среду или через так называемый “спутник”- промежуточный материал с высокой электропроводностью, помещаемый на обрабатываемую заготовку. Максимальная толщина стенки детали составляет 1,5-2 мм для стали, 1,7-2,5 мм -для латуни и 2-3 мм - для алюминевых и медных сплавов.

Инструмент. Рабочим инструментом в этом случае является индуктор и оправка (матрица). В установках магнитно-импульсного деформирования используют индукторы однократного и многократного использования: первые применяют в условиях единичного производства, вторые-в условиях серийного производства. Для увеличения прочности индукторов и придания им универсальности служат концентраторы магнитного поля.

Оборудование. Для магнитн-импульсной штамповки используют отечественные магнитно-импульсные установки и установки изготовляемые в ГДР , ЧССР , которые обладают максимальной запасаемой энергией от 4,1 до 22,5 Кдж.

Объемная штамповка.

Высокоскоростная объемная штамповка позволяет максимально приблизить форму и размеры поковки к форме и размерам деталей, что обеспечивает экономию металла и сводит к минимуму механическую обработку. Этим методом изготовляют поковки с тонкими стенками из алюминия, меди, различных сталей и сплавов. Поковки получают с мелкозернистой структурой и высокими механическими свойствами; значительно улучшается структура и свойства сплавов на основе молибдена, никеля и титана. Улучшение структуры и увеличение прочности в несколько раз увеличивает стойкость деталей (шестерен в 2-10 раз).

Высокоскоростная объемная штамповка выполняется со скоростями движения инструмента 9-18 м/сек для изготовления поковок методом горячего и холодного выдавливания.

Экономически целесообразно применять высокоскоростную штамповку в условиях крупносерийного производства для поковок, которые могут быть получены на обычном горячештамповочном оборудовании.

Для нагрева сталей, жаропрочных сплавов, титана рекомендуют индукционные печи или печи с инертной атмосферой, алюминевых сплавов - печи с принудительной циркуляцией воздуха. Во всех случаях рекомендуют безокислительный нагрев.

Перед началом работы пуансон и матрицу следует подогреть до 180 град.С и поддерживать температуру в этом пределе в процесе штамповки во избежание перегрева и потере стойкости штампа.

Смазки выбирают с учетом штампуемого материала. Суспензию графита в воде применяют в качестве смазки при штамповке большинства металлов; при штамповке труднодеформируемых металлов предпочтительнее суспензия графита в масле. При тяжелых условиях работы применяют дисульфид молибдена (при температуре штамповки < 650град.С).

Штампы для высокоскоростной штамповки изготовляют из сталей 4Х5В2ФС (ГОСТ 5950-63) и 4Х4М2ВФС.

Оборудование для высокоскоростной штамповки высокоскоростные молоты с пневматическим приводом и энергией удара 2,5-60 кн.м (2,5-60 тс м).