Штамповка: общие понятия; горячая объѐмная штамповка

1 8 Горячая объѐмная штамповка 8.1 Штамповка. Общие понятия Штамповка – обработка металлов давлением с помощью штампа. Штамп – это технологическая оснастка, по средствам которой заготовка приобретает форму и размеры соответствующие форме и размерам рабочих элементов штампа. Штамп является основным инструментом, с помощью которого изготавливают изделия или заготовки методом давления. Вне зависимости от его принципиальной схемы и конструкции состоит, как правило, из неподвижной и подвижной части. На каждой из частей закреплен рабочий элемент, который непосредственно воздействует на заготовку и преобразует еѐ в необходимую форму. Рабочий элемент – это основная деталь или узел штампа, выполняющая разделительные или формоизменяющие операции. Рабочими элементами штампа как являются матрица, пуансон или пуансонматрица. Пуансон – это рабочий элемент штампа, который охватывается материалом и является подвижным. Матрица – это рабочий элемент штампа, который охватывает материал и является неподвижным. Пуансон-матрица – это рабочий элемент штампа, который имеет признаки как пуансона, так и матрицы. Нижняя часть штампа – Часть штампа, прикрепляемая к нижнему рабочему органу кузнечно-прессовой машины. Верхняя часть штампа – Часть штампа, прикрепляемая к верхнему рабочему органу кузнечно-прессовой машины. Открытый штамп – Штамп, в котором предусмотрено образование штамповочного облоя. Закрытый штамп – Штамп, в котором не предусмотрено образования штамповочного облоя. Штамповый ручей – часть рабочего элемента штампа, непосредственно выполняющая разделение или формоизменение заготовки. Штамповый облой – заранее предусмотренный технологический избыток металла, вытесненный за пределы штамповочного ручья. Облойная канавка штампа – часть рабочего элемента штампа для размещения облоя. Штамповый заусенец – образовавшаяся на детали в результате штамповки заранее не предусмотренная кромка. Штамповкой можно изготавливать большое количество разнообразных изделий, поэтому для классификации штампов принята отдельная классификация. Кроме классификации штамповой оснастки при штамповке в зависимости от вида исходной заготовки и характера течения металла при реализации процесса различают два вида штамповки: -объѐмная штамповка; -листовая штамповка. Объѐмная штамповка – штамповка изделий или заготовок из сортового проката с обусловленным значительным перераспределением металла в поперечном сечении исходной заготовки. Листовая штамповка – штамповка изделий или заготовок из листового проката без обусловленного значительного перераспределения металла в поперечном сечении исходной заготовки. 2 Объѐмная штамповка может быть холодной или горячей в зависимости от температуры обрабатываемой заготовки. 8.2 Общие сведения и классификация Объѐмную штамповку называют горячей в том случае, если заготовку разогревают до температуры ковки. При горячей объѐмно штамповке штамп, как правило, представляет собой верхнюю и нижнюю части, в которых сделаны полости для формирования формы поковки. То есть можно говорить, что штамп состоит из матрицы (нижняя часть) и пуансон-матрицы (верхняя часть). Совокупность полостей верхней и нижней частей штампа составляет штамповый ручей. В результате совершения рабочего хода металл заполняет ручей штампа и формирует облой. а) б) Рисунок 8.1 – Штампы для горячей штамповки (а – молотовой; б – штамп для КГШП) Штамповку проводят, как и ковку, в кузнечных цехах машиностроительных заводов или на специализированных кузнечных заводах. Горячая объѐмная штамповка широко применяется при производстве автомобилей, тракторов и грузовых машин, в производстве подшипников и других отраслях. Если сравнивать процесс горячей объѐмной штамповки с процессом ковки, то можно выделить следующие достоинства: 1. Повышение производительности, за счѐт применения средств автоматизации. 2. Возможность изготовления поковок сложной конфигурации. 3. Повышение экономии металла за счѐт снижения напусков, допусков и припусков, а следовательно, и объѐма последующей механической обработки. 4. Снижение затрат на обучение и зарплату обслуживающего персонала. Вместе с тем горячей штамповке свойственен и ряд недостатков: 1. Ограничение массы и размеров штампованных поковок из-за необходимости деформирования всей заготовки сразу за один ход. 2. Использование специализированного, дорогостоящего инструмента для изготовления одинаковых поковок (штампы, изготовленные из специальных сталей, намного дороже и сложнее в изготовлении, чем универсальный инструмент). 3 Горячую объѐмную штамповку применяют в условиях средне-, крупносерийного, а также массового производства. Чаще всего с применением горячей объѐмной штамповки изготавливают поковки массой от 0,5 кг до 20…40 кг. Поковки массой в 100 кг при штамповке считают крупными. Однако, при применении гидравлических прессов в можно изготовить и более крупные поковки. Исходным материалом штампованных поковок чаще всего служит сортовой прокат круглого сечения диаметром от 20 мм из углеродистой или низколегированной стали. Однако, значительную часть объѐма продукции, производимой с помощью горячей объѐмной штамповкой, составляют поковки из цветных металлов и сплавов. Из-за значительного многообразия способов реализации ГОШ их принято разделять с применением общей классификации. Основными признаками такой классификации являются:  вид штампа;  тип применяемого оборудования;  способ штамповки;  количество ручьѐв;  вид заготовки. Конструкция штамповой оснастки определяет характер течения металла, поэтому этот признак считают главным. В зависимости от вида штампа различают:  штамповку в открытых штампах;  штамповку в закрытых штампах;  штамповку в штампах выдавливания. В открытых штампах величина зазора между верхней и нижней частью штампа изменяется в процессе штамповки. Излишки металла заготовки вытекают в зазор, формируя облой, высота которого также изменяется в процессе штамповки. Вытекающий металл при деформировании закрывает зазор, что заставляет остальной металл заполнять ручей штампа. Кроме этого, в конце процесса все излишки металла также вытесняются в облой. Другими словами штамповку называют открытой, если при еѐ реализации предусматривают образование облоя. Таким образом, открытая штамповка обладает явными преимуществами:  относительно небольшая сила штамповки;  низкие требования к точности заготовок (отрезку можно производить с точность, которая обеспечивает только избыток металла). Недостатки: • большой отход металла на облой; • относительно невысокая точность заготовок. Рисунок 8.2 – Схема открытой штамповки 4 Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что зазор остаѐтся небольшим и постоянным на протяжении всего процесса деформирования. Зазор в этом случае служит только для обеспечения подвижности одной части штампа относительно другой и предохраняет штамп от заклинивания. В конце штамповки через зазор металл может вытекать в заусенец, что свидетельствует об избытке металла. Это вызывает большие напряжения в полости и еѐ излишний износ. То есть штамповку называют закрытой, если образование облоя не предусмотрено. Таким образом, закрытые штампы обладают следующими преимуществами: • относительно небольшая отход металла; • высокая точность изготовления поковок и качество поверхности. Недостатки: • большие абсолютные и удельные нагрузки на инструмент; • жѐсткие требования к точности изготовления заготовок. Рисунок 8.3 – Схема закрытой штамповки (1 – пуансон (верхняя часть штампа); 2 – матрица (нижняя часть штампа); 3 – поковка; 4 – выталкиватель) Несмотря на дополнительные затраты связанные с реализацией закрытой штамповки она является более рациональной, чем открытая, так как позволяет изготавливать детали высокой высокого качества с небольшим заусенцем при выполнении требований по объѐмной точности. Кроме того существенно снижается отход металла. Выдавливание – штамповка заготовки вытеснением металла исходной заготовки в полость и (или) отверстия ручья штампа. При штамповке выдавливанием металл заготовки заполняет либо вытесняется в зазоры образованные рабочими элементами штампа, либо под действием пуансона заполняет полости в матрице. Главное преимущество процесса состоит в возможности изготовления деталей с высокой точностью размеров и качеством поверхности. Основным недостатком являются высокие удельные нагрузки на инструмент, которые снижают его стойкость, а также значительные энергозатраты. Кроме того, по поверхностям сопряжения элементов при выдавливании могут появляться заусенцы, которые необходимо удалять. Рисунок 8.4 – Схема выдавливания (1 – пуансон; 2 – матрица; 3 – поковка; 4 – выталкиватель) 5 В зависимости от оборудования, на котором осуществляют штамповки, выделяют штамповку на:  молотах;  прессах: -кривошипных горячештамповочных персах (КГШП), -винтовых, -фрикционных, -гидравлических;  горизонтально-ковочных машинах;  специальных машинах: -ковочных вальцах, -горизонтально-гибочных машинах, -вертикально-ковочных машинах, -ротационно- и радиально-обжимные машины, -электровысадочные машины, -раскатные машины. По способу установки заготовки в штампе различают:  штамповку перпендикулярно оси заготовки (плашмя; ось заготовки перпендикулярна направлению действия силы);  штамповку параллельно оси заготовки (осадкой в торец, ось заготовки параллельна направлению действия силы). Первые три признака общей классификации процессов ГОШ принято считать основными, так как они дают достаточно полное описание самого процесса и в значительной мере определяют технологический процесс изготовления поковки и построение чертежа штампованной поковки. Остальные два признака можно считать вспомогательными. В зависимости от количества ручьѐв различают штампы одноручьевые и многоручьевые. Многоручьевые штампы имеют несколько ручьѐв, в которых заготовка последовательно приобретает форму поковки. Рисунок 8.5 – Эскиз многоручьевого штампа    В зависимости от типа заготовки различают штамповку: от штучной заготовки (одна заготовка – одна поковка); от кратной заготовки (одна заготовка – 2…4 поковки); от прутка (одна заготовка – 5 поковок и более). 6 Чаще всего штамповку проводят именно от штучной заготовки. При много штучной штамповке штамп имеет несколько окончательных ручьѐв расположенных в ряд. Такой вид применяется для штамповки коротких и мелких поковок. В случае штамповки от прутка применяют аналогичный штамп, но штамповку прутка (заготовки) осуществляют за несколько подогревов. Кроме классификации самих процессов ГОШ принята также и классификация самих штампованных поковок, которую осуществляют по:  группам стали;  степени сложности конфигурации поковки;  классу точности поковки;  конфигурации поверхности разъѐма штампа. По группам стали различают группы:  М1 – стали с содержанием углерода до 0,35% и легирующих элементов до 2,0% включительно;  М2 – стали с содержанием углерода свыше 0,35 до 0,65% и легирующих элементов более 2,0% до 5,0% включительно;  М3 – стали с содержанием углерода свыше 0,65% и легирующих элементов более 5,0%. По степени сложности:  С1 – первой степени сложности;  С2 – второй степени сложности;  С3 – третьей степени сложности;  С4 – четвѐртой степени сложности. Степень сложности является одной из конструктивных характеристик формы поковки и используется при назначении припусков и допусков. Степень сложности определяют по отношению массы поковки к массе простой геометрической фигуры, в которую вписывается поковка. СФ  М П .Р. МФ В качестве простых фигур обычно используют шар, параллелепипед, цилиндр или прямую правильную призму. При вычисление отношения выбирают фигуру, которая имеет наименьший объѐм и массу. С1 Свыше 0,63 до 1,0 С2 Более 0,32 до 0,63 С3 Более 0,16 до 0,32 По точности изготовления различают пять групп (Т1, Т2, Т3, Т4, Т5). С4 До 0,16 7 По конфигурации поверхности разъѐма штампа различают:  поковки с плоской поверхностью – “П”;  поковки с изогнутой симметричной поверхностью – “Ис”;  поковки с изогнутой несимметричной поверхностью – “Ин”. 8.3 Выбор поверхности разъѐма Одной из важнейших задач при проектировании штампованной поковки является выбор поверхности разъѐма. Поверхностью разъѐма называют поверхность соприкосновения верхней и нижней частей штампа. В открытых штампах на этой поверхности предусматривают облойную канавку, через которую вытесняется избыток металла. Замкнутую линию, образованную пересечением поверхности разъѐма с образующими ручья штампа (наружными и внутренними) называется линией разъѐма. Правильный выбор плоскости разъѐма обеспечивает надѐжное и свободное извлечение штампованной поковки из штампа. При этом поверхность разъѐма стараются назначать по двум габаритным размерам детали. Тогда третий размер, отвечающий за глубину ручья штампа, будет наименьшим. В этом случае, ширина и длина штампа будут наибольшими, что обеспечит прочность штампа, упрощение его изготовления и более надѐжное извлечение штампованной поковки из штампа. Если для изготовления поковки требуется выбрать неплоскую поверхность разъѐма, то в штампе предусматривают возможность компенсации горизонтальных сдвигающих сил. Для этого в штампе могут применяться колонки, замки или иные виды направляющих. Также с этой целью в штампе предусматривают изготовление нескольких поковок с соответствующим расположением. В тех случаях, когда поковка имеет несиммеричную форму, то глубокие полости следует располагать в верхней части штампа, так как заполнение полости верхней части происходит лучше. Для повышения прочности поковки плоскости разъѐма следует располагать так, чтобы максимально избегать перерезания волокон облоя. Поэтому безоблойная штамповка позволяет изготавливать поковки с лучшими эксплуатационными свойствами. При выборе поверхности разъѐма следует учитывать возможность контроля сдвига верхней части штампа относительно нижней по внешнему виду поковки и линии разъѐма. Это позволяет упростить и снизить стоимость обрезного штампа. Для осуществления такого контроля необходимо, чтобы плоскость разъѐма пересекала боковую поверхность поковки. В этом случае при обрезке облоя или заусенца можно немедленно обнаружить. В ситуациях, когда форма поковки позволяет, можно располагать всю поковку только в нижней части штампа. При этом верхнюю часть штампа делают плоской без полости ручья. Это позволяет избегать сдвига, но повышает расход металла и приводит к тому, что остаются острые кромки, а качество среза резко снижается. Рисунок 8.6 – Схема расположения линии разъѐма: а – верное расположение; б – неверное расположение; в – возможное расположение при односторонней бобышке 8 В результате общего анализа можно выделить основные положения, которыми следует руководствоваться при выборе линии разъѐма:  Линия разъѐма должная располагаться на одной плоскости (следует выбирать в виде плоскости и стараться избегать криволинейной формы).  При несимметричном расположении линии разъѐма следует корректировать уклоны и максимально увеличивать объѐм металла в напуске.  Располагать линию разъѐма так, чтобы обеспечивать наиболее благоприятное расположение волокон.  Следует учитывать удобство и возможность максимально качественной последующей обработки заусенцев.  Необходимо принимать во внимание сдвигающие силы и способы их компенсации.  Ручьи следует ориентировать таким образом, что бы обеспечить их заполнение осадкой. При штамповке в закрытом штампе внутреннюю линию разъѐма следует располагать у верхнего или нижнего торца поковки. Штамповочные уклоны при этом направлены в одну сторону, а наружная линия разъѐма располагается ближе ко дну полости ручья штампа. Рисунок 8.7 – Схема расположения линий разъѐма в закрытом штампе 8.4 Штамповка на молотах в открытых штампах и способы еѐ реализации Для такого типа штамповки в качестве оборудования в основном применяют паровоздушные молоты. В этом случае верхнюю часть штампа крепят к бабе молота, а нижнюю закрепляют на шаботе. Молоты имеют нежѐсткий ход, поэтому штампы проектируют таким образом, чтобы при последнем ударе они сомкнулись по плоскости соударения. Однако, на практике стараются не допускать соударения верхней и нижней частей штампов. Так как это может привести к их разрушению, особенно при частом повторении. В результате этого между частями штампов остаѐтся небольшой зазор, из-за чего масса изготовленной поковки превышает номинальную по чертежу. В зависимости от способа реализации технологического процесса различают:  штамповка катанных заготовок в многоручьевом штампе;  штамповка предварительно кованных заготовок в одноручьевом штампе;  расчленѐнная штамповка. 9 Рисунок 8.8 – Эскизы многоручьевого(а) и одноручьевого(б) штампов Наиболее распространѐнным способом реализации является штамповка в многоручьевых штампах. Это обосновано относительной простотой и низкой стоимостью реализации, так как в этом случае необходим один молот, на котором можно выполнять все необходимые переходы штамповки в соответствующих ручьях. Соответственно и количество персонала будет минимально. Однако, многоручьевые штампы сложны в изготовлении и имеют высокую стоимость. Кроме того, при выходе из строя какого-либо одного ручья ремонтировать следует весь штамп. Также, такой способ реализации обладает не самой высокой производительностью, так как ручьи штампа задействуют последовательно, а обработку новой заготовки начинают только после окончания деформации предыдущей заготовки. При штамповке кованных заготовок применяют штамп с одним окончательным ручьѐм, что позволяет делать штамп относительно простым и дешѐвым. В этом случае заготовку предварительно обрабатывают ковкой на отдельных пневматических молотах, а после этого без подогрева проводят окончательную штамповку. Но, так как согласовать работу штамповочных и ковочных молотов очень сложно, то производительность такого способа снижается, по сравнению с многоручьевыми штампами. Кроме того, возникает необходимость в дополнительном персонале для ковочных молотов и самом дополнительном ковочном молоте. Расчленѐнная штамповка является наиболее производительным способом. В этом случае на рядом стоящие молоты устанавливают простые штампы, которые соответствуют переходам штамповки. Поковку изготавливают с одного нагрева за счѐт последовательно передачи заготовки с одного штампа на другой. Однако такой способ применяют только в стабильном массовом производстве, из-за необходимости значительных капитальных затрат и существенных требований к производственным площадям. При штамповке на молоте деформация происходит за несколько ударов с перерывами на время, когда баба молота поднимается вверх. При этом в начале удара скорость может превышать 6 м/с, а время самого удара обычно не превышает 0,01 с. В этом случае деформации начинаются на контактных поверхностях и за короткое время удара не успевают проникнуть во внутренние слои. Именно этим принято объяснять возникновение благоприятных условий для заполнения полости. Кроме того, при штамповке на молотах после каждого удара происходит отделение окалины от поверхности заготовки и еѐ удаление из штампового ручья, что благоприятно сказывается условиях контакта. Молотовые штампы помимо стандартного разделения на открытые и закрытые разделяют на закреплѐнные и подкладные. При этом как те, так и другие могут быть одно или многоручьевыми, но имеют разную область применения. Закреплѐнные открытые штампы применяют для изготовления поковок обеих групп на штамповочных молотах в условиях массового и крупносерийного производства. 10 Закреплѐнные закрытые штампы применяют для изготовления на штамповочных молотах поковок типа тел вращения 2-й группы и 1-й группы с вертикальными стенками по периметру в условиях массового и крупносерийного производства. Подкладные открытые штампы применяют для штамповки на ковочных молотах в условиях средне- и мелкосерийного производства поковок относительно простой формы в одном окончательном ручье или более сложной формы из предварительно кованной заготовки. Закрытые подкладные штампы применяют когда это обусловлено формой поковки. В закреплѐнных открытых штампах предусматривают от одного до шести ручьѐв, в закреплѐнных закрытых – от одного до трѐх ручьѐв, а в подкладных, как правило только один. а) б) в) Рисунок 8.8 – Эскиз подкладного штампа для штамповки шатунов(а) и примеры подкладных штампов(б, в) 1 – нижний боѐк штампа; 2 – нижняя часть штампа; 3 – направляющие колонки(шпильки); 4 – верхняя часть штампа 8.5 Классификация молотовых поковок Молотовые штампованные поковки разделяют на группы, подгруппы и типы по следующим признакам:  по способу штамповки;  по форме поковки и соотношению еѐ основных размеров (влияет на выбор тех или иных заготовительных или предварительных ручьѐв);  по форме поперечных сечений поковки (обуславливает характер формоизменения при заполнении полостей штамповочного ручья и необходимость применения предварительного ручья);  по формам главной оси поковки и линии разъѐма (предопределяет применение особых заготовительных ручьѐв или необходимость уравновешивания сдвигающих сил). Для каждой поковки определяют группу, подгруппу и тип, по которым присваивают индекс (I-1-A; II-2-Б). 11 Рисунок 8.10 – классификация молотовых поковок по группам, подгруппам и типам 1-я группа Поковки, штампуемые перпендикулярно оси заготовки (штамповка плашмя) ) Подгруппа 1 с прямой осью разъѐма и прямолинейной удлинѐнной осью (отношение длины к ширине поковки в плане более 2,5). Тип А С простыми поперечными сечениями, получаемыми при незначительном выдавливании металла (круглые, трапецеидальные и т.д.) Тип Б Со сложными поперечными сечениями, получаемыми при значительном выдавливании металла (ребристые, двутавровые и т.д.) Подгруппа 2 Тип А с прямой осью разъѐма и прямой С простыми поперечными сеченияглавной осью при отношении длины ми, получаемыми при незначительк средней ширине поковки. ном выдавливании металла (трапецеидальные и т.д.) Тип Б Со сложными поперечными сечениями, получаемыми при значительном выдавливании металла (ребристые, двутавровые и т.д.) Подгруппа 3 Тип А удлинѐнные в плане с прямой осью, С фланцем относительно небольшого 3 имеющие фланец или бурт с не  Dmin объѐма. V  большой разницей в площадях поф 4 перечных сечений. Тип Б С фланцем относительно большого объѐма. Vф  Подгруппа 4 С изогнутой осью; Главная ось или линия разъѐма представляют собой кривую (ломанную линию) Подгруппа 5 Удлинѐнные развилинами с отростками 3   Dmin 4 Тип А С кривой главной осью и простой или сложной формой поперечного сечения Тип Б С кривой линией разъѐма и с простой или сложной формой поперечного сечения Тип А и С вытянутой осью и отростком Тип Б С разветвлением формы 12 1-я группа Поковки, штампуемые перпендикулярно оси заготовки (штамповка плашмя) Подгруппа 6 Тип А Удлинѐнные, комбинированной Изготавливаемые с применением моформы, изготавливаемые с расчле- лота и специальных машин нением процесса и комбинированием агрегатов в соответствии со спецификой отдельных участков. После штамповке намолоте штампуют на другом оборудовании Тип Б Изготавливаемые с применением молота и горизонтально-ковочных машин Группа 2 Подгруппа 1 Поковки, штампуе- Круглые и квадратные в плане мые вдоль оси заготовки (штамповка с осадкой в торец) Тип А Круглые, штампуемые с преобладанием осаживания и выдавливания металла или осаживания и прошивки Тип Б Квадратные, штампуемые с преобладанием осаживания и выдавливания металла или осаживания и прошивки Подгруппа 2 Поковки типа крестовин, круглые или квадратные в плане с отростками Тип А Крестовины с четырьмя симметричными отростками одинаковой длины и вертикальными выступами. Тип Б С тремя различно расположенными отростками одинаковой или разной длины Подгруппа 3 Тип А Типа стержня с фланцем и цилинд- С относительно небольшим объѐмом рическим или коническим или ко- фланца ническим стержнем без впадин.   D3 Vф  min 4 Тип Б С относительно большим объѐмом фланца. Vф  3   Dmin 4 13 8.6 Ручьи молотовых штампов Применяемые ручьи имеют различное назначение и вид. Их разделяют на три группы.  штамповочные;  заготовительные;  отрубные. К группе штамповочных ручьѐв относят окончательный и предварительный ручьи. Назначение штамповочных ручьѐв – окончательное формоизменение и изготовление поковки. Полость окончательного ручья в точности соответствует форме поковки (горячей поковки). Для излишков металла в открытых штампах в конструкции окончательного ручья предусмотрена облойная канавка. Предварительный ручей так же в основном соответствует форме и размерам поковки. Но облойная канавка отсутствует, а металл вытесняют в промежуток между частями штампа. Вторую группу составляют заготовительные ручьи. Их применяют для предварительной грубой деформации исходной заготовки и получения благоприятной формы для последующей штамповки в штамповочных ручьях с минимальным отходом металла. При этом заготовительные ручьи можно разделить на подгруппы в зависимости от способа штамповки и группы поковок:  Формовочный;  Подкатной (открытый и закрытый);  Протяжной (открытый и закрытый); ручьи, применяемые для поковок штампуемых плашмя  Пережимной; (I группа)  Площадка для расплющивания;  Площадка для протяжки;  Гибочный;   Площадка для осадки; Специальный формовочный ручей;   Высадочный ручей; Специальный протяжной ручей. ручьи, применяемые для поковок штампуемых осадкой в торец (II группа) Универсальные ручьи, применяемые при штамповке поковок плашня и осадкой в торец (I и II группы) К группе отрубных ручьѐв относят передний и задний ножи. Эти ручьи применяют для отделения поковки от прутка или кратной заготовки. Если поковки имеют небольшие размеры, то одновременно можно проводить штамповку нескольких изделий (многоштучная штамповка). При этом стараются выбирать такое расположение, при котором отходы металла и количество заготовительных ручьѐв будут минимальны, а сдвигающие силы будут уравновешены. Общая длина фигуры в этом случае не должна быть больше 350…400 мм, а количество одновременно штампуемых поковок 6…8. 8.7 Штамповочные ручьи молотовых штампов При изготовлении штампа полость ручья выполняют по чертежу холодной поковки или горячей поковки. Так как поковка после штамповки остывает и подвержена усадки, то для получения требуемых размеров необходимо, чтобы размеры полости окончательного ручья были больше расчѐтных размеров поковки на величину предполагаемой усадки. Для сталей величину усадки выбирают примерно равной 1,5% и в соответствии с этим увеличивают все расчѐтные размеры, получая чертѐж горячей поковки. 14 Кроме полости необходимо сконструировать и облойную канавку. В молотовых открытых штампах применяют четыре вида канавок. Рисунок 8.11 – Типы облойных канавок Канавки 1-го типа можно считать стандартными. Они являются базовыми для построение канавок других типов. Такая конструкция облойной канавки обеспечивает большую стойкость выступа (мостика). Магазин обойной канавки высотой h можно выполнить в нижней части штампа. Такой вариант целесообразен, если обрезка облоя происходит с поворотом поковки, так как укладка поковок на матрицу предпочтительна именно плоской стороной, а также в случае, когда поковка полностью размещена в нижней части штампа. В тех случаях, когда поковку нельзя отштамповать с нормальным облоем, рекомендуют применять канавки 2-го типа. Это происходит, если в имеющихся условиях производства нельзя осуществить точную отрезку заготовки, то есть еѐ объѐм сильно колеблется. Такой тип канавки позволяет увеличить объѐм магазина, что применяют при штамповке поковок сложной формы. Такой тип канавки также применяют в случаях, когда заготовительные ручьи не обеспечивают удаление избытков металла. В этом случае канавку 2-го типа выполняют только на отдельных участках контура, а остальной контур снабжают канавкой 1-го типа. Канавки третьего типа применяют, когда необходимо резко повысить сопротивление течению металла с целью заполнения глубоких и сложных полостей на некоторых участках окончательного ручья. В этом случае на таких участках заготовки предусматривают дополнительный избыток металла. Канавки 4-го типа обычно применяют для штамповки круглых в плане поковок в условиях малоотходной штамповки. Такие канавки не имеют магазина для облоя, а тормозящий мостик имеет наклон. Толщину облоя на мостике рекомендуют определять в зависимости от формы поковки в плане: - для поковок произвольной формы (по площади проекции) h0  0.015  Fп ; - для квадратных поковок h0  0.015  Aп ; - для круглых поковок h0  0.015  Dп . Результат расчѐта округляют до ближайшего табличного значения и выбирают номер канавки и другие еѐ размеры по соответствующей таблице. Принятые в таблице размеры соответствуют канавкам I-го типа. Принятую таблицу так же используют для выбора размеров канавок других типов. 15 Каждому номеру канавки в зависимости от характера формоизменения при штамповке соответствуют свои размеры ширины мостика и магазина. Здесь выделяют три группы процессов: -штамповка осаживанием или осаживанием с элементами выдавливания; -штамповка выдавливанием поковок несложной формы; -штамповка поковок сложной формы с трудно заполняемыми глубокими полостями. Номер канавок по порядку Таблица 8.1 - Стандартные размеры облойных канавок молотовых штампов 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 R при глубине ручья, мм hO 0,6 0,8 1,0 1,6 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 h1 3,0 3,0 3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 10,0 12,0 До 20 1,0 1,0 1,0 1,0 1,5 1,5 2,0 2,0 2,5 3,0 3,0 20… 40 1,0 1,5 1,5 1,5 2,0 2,0 2,5 2,5 3,0 3,5 3,5 Св. 40 1,5 1,5 2,0 2,0 2,5 2,5 3,0 3,0 3,5 4,0 4,0 Номер канавки в зависимости от формоизменения при штамповке 1. Штамповка осаживанием или осаживанием с элементами выдавливания b b1 6 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 18 20 22 22 25 28 30 32 35 38 40 Sоб.к, см3 0,52 0,69 0,80 1,02 1,36 2,01 2,68 3,43 4,35 6,01 7,68 2. Штамповка выдавливанием поковок несложной формы b b1 6 7 8 9 10 12 14 15 16 18 20 20 22 25 25 28 32 38 40 42 46 50 Sоб.к, см3 0,61 0,77 0,91 1,13 1,53 2,33 3,44 4,34 5,30 7,45 9,88 3. Штамповка поковок сложной формы с глубокими полостями b b1 8 9 10 11 12 14 16 18 20 22 25 22 25 28 30 32 38 42 46 50 55 60 Sоб.к, см3 0,74 0,88 1,04 1,55 1,77 2,78 3,85 5,06 6,42 9,03 12,08 Если более сложный элемент преобладает в форме поковки, то рекомендуют применять облойную канавку одинаковой ширины в соответствии с формой поперечного сечения этого сложного элемента вдоль всего периметра. Если же сложный элемент составляет относительно небольшую часть поковки, то для него можно устанавливать большую ширину канавки, чем на остальном периметре поковки. Если, полученный в результате таких действий, контур канавки является многоступенчатым и относительно сложным, то в целях его упрощения рекомендуют принятую по таблице общую ширину выдерживать лишь на некоторых участках контура, а на остальных делать еѐ больше. Рисунок 8.12 – Облойная канавка с различной шириной по элементам поковки 16 Упрощать контур облойной канавки следует только за счѐт изменения ширины магазина, не меняя ширину мостика на всех участках окончательного ручья. При расчѐте толщины мостика облоя для поковок типа вилок или поковок, содержащих развилину или перемычку(плѐнку) как элемент общей формы их относят к телу поковки и уже с учѐтом этого определяют площадь проекции. Следует так же отметить, что мостик канавки выполняют, как правило, на верхней части штампа. Это связано с тем, что на верхней части он меньше подвержен нагреву, и, следовательно, его износ меньше. Объѐм облоя можно определить как произведение площади поперечного сечения канавки на периметр поковки по длине линии разъѐма. V0    Fоб.к  Pп Где ξ – коэффициент, учитывающий степень заполнения облойной канавки. Коэффициент ξ зависит от формы поковки или еѐ элемента и сложности сечений. Для поковок массой менее 3 кг вместо периметра по линии разъѐма используют периметр облоя, находящийся на расстоянии (b+b1)/2 от крайней точки контура поковки. Расчѐтное значение объѐма облоя для тяжѐлых поковок можно увеличить до 20%. Кроме облойной канавки в штампе предусматривают выемку для клещевины - специальная полость в передней части штампа у штамповочного ручья. Эта полость служит для размещения части прутка или клещей, которыми удерживают заготовки, а также для облегчения извлечения поковки из ручья штампа. Необходимость этой полости объясняется тем, что для повышения прочности штампа, полость ручья располагают на некотором расстоянии от граней штампа. Ширину выемки выбирают в зависимости от диаметра прутка или размера клещей. Выемку также используют для контроля размеров полости ручья штампа. Для этого полость заливают материалами, имеющими малую усадку (сплав свинца с оловом, полиэтилен, парафин и др.), и по полученной отливке контролируют размеры. В случаях когда выемка требуется только для контроля, еѐ размеры изменяют. При штамповке сложны поковок с глубокими полостями применяют предварительный ручей. В этом случае при штамповке только в окончательном ручье его стойкость резко снижается, а полости штампа могут заполняться не полностью, то есть возникает недоштамповка. Кроме того, может произойти залипание поковки в полости, что усложнит еѐ извлечение, а также приводит к быстрому перегреву штампа. Предварительный ручей используют для снятия основных нагрузок с окончательного ручья и повышения его стойкости. Предварительный ручей имеет несколько упрощѐнную форму, по сравнению с окончательным, поэтому его заполнение проходит легче, а извлечение поковки проще. В этом случае в окончательном ручье происходит только осадка заготовки с незначительным течением материала в полость. Благодаря этому полость легко заполняется, а залипание поковки исключается. Следует помнить, что предварительный (черновой) ручей является штамповочным ручьѐм. По форме и размерам полость предварительного ручья мало чем отличается от окончательного. Штамповочные уклоны делают такими же, и отличаются только на глубоких полостях (больше на 2°). Радиусы скругления также делают больше, а в местах резких переходов закругляют кромки. В предварительных ручьях облойная канавка отсутствует, а облой вытекает в зазор между частями штампа. В результате этого поковка в предварительном ручье получается недоштампованной на высоту облоя, то есть деформация в окончательном ручье идѐт за счѐт осаживания заготовки. Глубокие полости в предварительном ручье, так же как и в окончательном делают в верхней части штампа. В случае если поковка имеет симметрично расположенные глубокие полости, то при окончательной штамповке поковку кантуют на 180°. 17 Рисунок 8.13 – Сечение предварительного и окончательного ручья штампа 8.8 Заготовительные ручьи Как уже отмечалось ранее, заготовительные ручьи разделяются на две группы. Ручьи первой группы применяют для штамповки плашмя, а второй для штамповки осадкой в торец. 8.8.1 Заготовительные ручьи, применяемые при штамповке плашмя Формовочный ручей Предназначен для придания заготовке формы, приближающейся к форме поковки в плане, с тем, чтобы заготовку можно было уложить в окончательный ручей. Это позволяет уменьшить облой и сделать процесс штамповки легче. В формовочном ручье по заготовке наносят 1 или 2 удара, после чего передают в окончательный ручей с кантовкой на 90°. В формовочном ручье значительного перераспределения металла по длине не происходит, поэтому если поковка имеет сложную форму с большой разницей площади сечений отдельных участков, то перед формовкой заготовку предварительно обрабатывают в подкатном или протяжном ручье. Ширину ручья выбирают исходя из ширины участка заготовки с наибольшим обжатием. При этом исходят из условия свободного расположения заготовки, то есть стараются не допускать выхода материала заготовки за пределы ручья. Контуры формовочного ручья должны быть плавными и обеспечивать течение металла без каких-либо затруднений. Рисунок 8.14 – Схема формовочного ручья (1 – заготовка; 2 – формовочный ручей;3 – заготовка в окончательном ручье; 4 – вытеснение материала заготовки из формовочного ручья) Подкатной ручей Предназначен для увеличения пощади поперечных сечений одних частей заготовки и уменьшения площади других, то есть реализации операции подкатка. 18 При обработке в подкатном ручье после каждого удара производят кантовку заготовки на 90°. По форме сечения подкатные ручьи бывают открытыми и закрытыми. Соответственно, деформирование в закрытых ручьях требует больших силовых затрат, но обеспечивает более интенсивное течение металла и его перераспределение по длине заготовки. После подкатки заготовка может поступать как в штамповочные, так и в гибочный или формовочный ручей. Профиль подкатного ручья строят исходя из конфигурации расчѐтной заготовки. При этом профиль ручья может иметь нессиметричную форму на верхней и нижней частях штампа или разную ширину по длине. а) б) Рисунок 8.15 – Схема подкатного ручья (а – открытого; б - закрытого) Протяжной ручей Ручей предназначен для выполнения операции протяжка. Как и подкатной ручей, протяжной ручей может быть выполнен по открытой и закрытой схеме. Обработка заготовки в открытом ручье аналогична протяжке на плоских бойках, а обработка в закрытом ручье – обработке в вырезных бойках. После первого удара заготовку кантуют на 90°, а после второго производят подачу, то есть обработка идѐт по порядку протяжки “кольцами”. Преимущества и недостатки работы с открытым и закрытым ручьѐм такие же как при обычных условиях ковки. Протяжной ручей можно выполнить наклонным и расположить под углом к боковой грани штампа, что существенно уменьшит занимаемую ручьѐм площадь, но сделает контроль длины заготовки сложнее. Рисунок 8.16 – Схема протяжного ручья 19 Пережимной ручей Применяют для уширения заготовки в некоторых сечениях и для небольшого перераспределения металла по длине. Такие ручьи применяют для относительно широких поковок. Значительного перераспределения металла в пережимном ручье получить нельзя, поэтому их применяют для поковок с небольшой разницей поперечных сечений. В отличии от ранее приведенных ручьѐв, заготовку в пережимном ручье не кантуют, а просто наносят по ней 1 или 2 удара и передают в штамповочный ручей. Заготовка после обработки в пережимном ручье должна укладываться в штамповочный ручей с небольшими зазорами, поэтому его ширину выбирают исходя из ширины поковки. Рисунок 8.17 – Схема пережимного ручья (1 – контур заготовки после обработки в ручье; 2 – пережимной ручей; 3 – исходная заготовка; 4 – увеличение сечения; 5 – уменьшение сечения; 6 – фасонное сечение ручья; 7 – минимальное сечение) Площадка для расплющивания Применяют для поковок, у которых форма в плане близка к прямоугольнику, а поперечные сечения или равны, или имеют незначительные отличия. Кроме исходной заготовки обработке на площадке могут подвергаться предварительно протянутуе или подкатанные заготовки. По форме площадка представляет собой специальное углубление на плоскости разъѐма, в которое укладывают заготовку. Деформирование происходит за 1 или 2 удара. От площадки к облойной канавке окончательного ручья делают плавный переход с целью предотвращения резкой деформации заготовки в случае еѐ попадания в области канавки. Рисунок 8.18 – Схема площадки для расплющивания Гибочный ручей Применяют для гибки и небольшой формовки заготовок в соответствии с формой окончательного ручья. Такие поковки в окончательном ручье располагают с изогнутой осью в плане, то есть заготовку перемещают в окончательный ручей с кантовкой на 90°. Сам гибочный ручей обычно располагают с правой стороны штампа. Заготовку деформи- 20 руют за 1 или 2 удара. Гибки могут подвергаться как исходные заготовки, так и заготовки после протяжки или подкатки. Продольное сечение ручья строят подобно формовочному, вписывая его в окончательный ручей. Для укладки заготовки в нижней части штампа предусматривают две опоры, в начале и в конце ручья. Также предусматривают выемки на выступах частей штампа. Всѐ это делают для того, чтобы исключить выворачивание заготовки в клещах при ударе. Для предотвращения зажима заготовки у опорных выступов на верхней части штампа предусматривают более длинную выемку. Так как впадины и выступы могут быть большими, то для исключения их соударения при сдвиге частей штампа между ними предусматривают зазор. Если гибку проводят в нескольких местах одновременно, то она приходит к растяжению и защемлению (гибка с защемлением). Рисунок 8.19 – Схема гибочного ручья 8.8.2 Заготовительные ручьи, применяемые при штамповке осадкой в торец Площадка для осадки Ручей применяют для штамповки поковок типа шестерѐн и квадратных в плане. При работе по заготовке наносят 1 или 2 удара для осадки заготовки. Применение осадки необходимо, так как отрезка относительно коротких заготовок нерациональна из-за сложности реализации и низкого качества торца. Поэтому при отрезке стараются получать заготовки с относительной высотой 1,25…1,5. Кроме того, при осадке сбивают окалину, что повышает стойкость ручья штампа и качество поковки, а также снимают значительную часть работы с окончательного ручья, что уменьшает его разогрев. После осадки заготовка хорошо центрируется в окончательном ручье. Также достигается оптимальное перераспределение металла, которое способствует заполнению полости окончательного ручья с минимальным отходом. Расположение волокон после осадки особенно благоприятно для деталей типа шестерѐн. Для получения формы заготовки близкой к квадрату заготовку после осадки кантуют и укладывают на боковую поверхность. После первого удара заготовку поворачивают на 90° и наносят второй удар. Тем самым на заготовке получают четыре плоские грани, а сама форма приближается к квадратной. Для дальней шей обработки в штамповочном ручье поковку снова кантуют и устанавливают на торцевую поверхность. Площадку для осадки располагают непосредственно на зеркале штампа в переднем левом углу. Это связано с тем, что печь обычно располагают слева от молота, а, значит, путь переноса будет кротчайшим. Для размещения площадки штамп делают шире в левую сторону. Размеры площадки рассчитывают исходя из свободного расположения заготовки, а переход между площадкой и облойной канавкой делают плавным. 21 Рисунок 8.20 – Схема площадки для осадки Специальный формовочный ручей Ручей используют при штамповке поковок с отростками, например, крестовин. Сначала заготовку подвергают осадке, а затем после кантовки на 90° помещают в специальный ручей, где укладывают на ребро. При ударе материала заготовки заполняет полости ручья в верхней и нижней части штампа. Полученную заготовку с отростками кантуют на 90° и укладывают в полость окончательного ручья. Рисунок 8.21 – Схема штампа со специальным ручьѐм для штамповки крестовин 8.8.3 Заготовительные ручьи, применяемые при штамповке плашмя и при осадке в торец Высадочный ручей Ручей служит для увеличения одного из сечений заготовки за счѐт уменьшения длины (высадки). Заготовку в штампе устанавливают вертикально и наносят по ней от 1-го до 3-х ударов. При этом первый удар является центрирующим, а остальные – рабочими. Таким способом сечение может быть увеличено более чем в 3 раза. Количество ударов зависит от размеров и формы ручья и заготовки. Объѐм частей высадочного ручья равен объѐму соответствующих частей заготовки, при этом фланец должен располагаться свободно (не иметь ограничений на поперечное течение). Более высокую и узкую полость делают в верхней части штампа. Располагают ручей у края штампа, не увеличивая размеры штампа. 22 Диаметр заготовки выбирают по диаметру меньшего основания конической полости и определяют высоту исходя из объѐма заготовки. При отсутствии возможности высадки без поперечного изгиба увеличивают диаметр исходной заготовки и предусматривают применение специального протяжного ручья. При высадке допускается недоштамповка или эксцентричность, так как в окончательном ручье всѐ равно происходит перераспределение металла. Рисунок 8.22 – Схема высадочного ручья Специальный протяжной ручей Предназначен для протяжки на конус концевых участков большой длины. При обработке по заготовке наносят 2..4 и более ударов с промежуточной кантовкой вокруг оси и подачей. Ручей применяют как в сочетании с высадочным ручьѐм, так и отдельно. Рисунок 8.23 – Схема специального протяжного ручья Отрубные ручьи Ручьи служат для отделения поковок от прутка при кратной штамповке или штамповке от прутка. Поковку укладывают перемычкой на лезвие ножа и за один удар отсекают еѐ от заготовки. Отрубной ручей располагают в углу штампа на передней или задней части. 23 Рисунок 8.24 – Схема переднего и заднего ножа Передний нож располагают в плане под углом к боковой поверхности штампа. Полость ручья должна полностью вмещать поковку с облоем, поэтому для уменьшения его ширины поковку устанавливают вертикально. То есть высота полости ручья должна соответствовать ширине поковки, включая заусенцы. Передний нож более производителен и с ним удобнее работать, но он может занимать место, которое требуется для второго заготовительного ручья. Кроме того полость переднего ножа может оказаться очень глубокой. В этом случае применяют задний нож. Задний нож, как и передний расположен под углом к боковой грани. В этом случае поковку с облоем помещают сзади штампа, а в сам ручей помещают пруток. Диаметр прутка меньше ширины поковки, поэтому высота полости ручья меньше, чем у переднего ножа. Но задним ножом неудобно пользоваться и он снижает производительность. 24 9 Выбор ручьѐв при штамповке на молотах При выборе ручьѐв молотовых штампов рекомендуют сначала изучить, как штампуют поковки с распределением металла, аналогичного рассматриваемой поковке, и такой же массой, а уже после этого переходить к выбору ручьѐв. Далее необходимо наметить расположение всех ручьѐв в одном штампе. Если все заготовительные и штамповочные ручьи не получается разместить в одном штампе, то их распределяют на два штампа. Разделение ручьѐв на два штампа применяют также в случае, когда поковка имеет сложную форму. В этом случае окончательный ручей выносят на отдельный штамп для повышения надѐжности и точности штамповки. Выбор того или иного ручья штампа определяет форма поковки. При выборе ручьѐв применяют так называемую расчѐтную заготовку, эпюру сечений расчѐтной заготовки и коэффициент подкатки. 9.1 Поковки 1-й группы 9.1.1 Первая подгруппа Расчѐтная заготовка – это заготовка с круглыми поперечными сечениями, площадь которых равна суммарной площади соответствующего сечения поковки и облоя. При расчѐте площади сечения следует также учитывать наличие или отсутствие перемычек. FЭ  FП  2    Fобл где FЭ – площадь поперечного сечения расчѐтной заготовки в произвольном месте; FП – площадь поперечного сечения поковки в произвольном месте; Fобл – площадь сечения облоя. Далее определяют диаметр расчѐтной заготовки dЭ. Рассчитав ряд значений dЭ для характерных поперечных сечений поковки, откладывают отрезки полученных диаметров по линиям плоскостей этих сечений, распределив их симметрично по отношению к оси и соединив последовательно по участкам прямыми и плавными кривыми линиями характерные точки, получают чертѐж расчѐтной заготовки или эпюру приведѐнных диаметров. Изображать расчѐтную заготовку рекомендуют в масштабе 1:1. Эпюру поперечных сечений расчѐтной поковки строят, откладывая от оси ординат отрезки соответствующие площадям выбранных поперечных сечений а масштабе. Если по ординатам отложить в масштабе величины площадей характерных сечений в виде отрезков, то соединив вершины этих отрезков получим эпюру поперечных сечений расчѐтной заготовки. В этом случае объѐм расчѐтной заготовки можно определить как сумму площадей элементов эпюры умноженную на принятый масштаб. i 1 V р. з.   Fэпрi  M эпр , x где Fэпрi – площадь произвольного участка эпюры сечений расчѐтной заготовки; Mэпр – масштаб построения эпюры. Приняв, что длина расчѐтной заготовки соответствует длине детали, можно определить средний диаметр расчѐтной заготовки и площадь еѐ поперечного сечения. Часть 25 расчѐтной заготовки, в которой dЭ>dср называется головкой, а часть в которой dЭ0,1, приведение к элементарным заготовкам может быть осуществлено по рекомендациям п.3. После построения расчѐтной заготовки и эпюры сечений в соответствии с полученными размерами можно определить общий коэффициент подкатки: K ПО 2 Fmax d max   2 Fср d ср Комбинацию ручьѐв выбирают таким образом, чтобы К ПО  К ПР где Кпр – произведение значений Кп выбранных ручьѐв. Если Кпо больше, чем Кпр , то необходимо применить протяжной ручей. При штамповке поковок 1-й подгруппы применяют заготовительные ручьи:  формовочный;  подкатной открытый;  подкатной закрытый;  протяжной ; При этом коэффициент подкатки для конкретных ручьѐв составляет:  формовочный – Кп= 1,2;  подкатной открытый – Кп= 1,3;  подкатной закрытый – Кп= 1,6;  предварительный – Кп=1,1;  окончательный – Кп= 1,05. 28 Рекомендации: 1. Если расчѐтная заготовка является элементарной, то заготовительные ручьи выбирают непосредственно по расчѐту Кпо. При наличии выступов с отношением диаметров к минимальному более 1,2 или головки сложной формы рекомендуют кроме протяжного ручья (если он требуется по расчѐту) применять также формовочный и(или) подкатной открытый ручей. 2. Если расчѐтная заготовка является сложной, но расчетное среднее сечение заготовки общее для выделенных элементарных участков, то после определения ручьѐв для каждого из выделенных участков, необходимых для штамповки этих элементарных частей, выбирают наиболее трудоѐмкую последовательность. Например, если для одной части расчѐтной заготовки требуется применить протяжной и подкатной открытый ручей, а для другой протяжной и подкатной закрытый, то выбирают именно второй вариант. 3. Если расчѐтная заготовка является сложной, а среднее сечение для элементарных участков необходимо определять отдельно, то после определения необходимых ручьѐв, выбирают наиболее трудоемкую последовательность. В случае если отношение dmax/dср> 1,2 применяют протяжной ручей. 4. Если для изготовления поковки необходим только протяжной ручей и штамповку ведут с наличием клещевины, то при dср> 30 мм, то дополнительно применяют подкатной ручей для получения перемычки между клещевиной и поковкой. 5. Если из-за условий производства применяют заготовку, сечение которой больше расчѐтного, то применение протяжного ручья становится обязательным. 6. Площадку для протяжки следует применять вместо протяжного ручья если необходима оттяжка: -конца под клещевину; -короткого конца, длина которого меньше толщины исходной заготовки; -равномерного по толщине или ступенчатого конца (глубокая оттяжка). 7. Если заготовка после подкатного или протяжного ручья резко выходит за контуры штамповочного ручья в плане, то применяют дополнительно формовочный ручей. 8. Необходимо увязывать выбор заготовительных ручьѐв с применяемой комбинацией штамповочных ручьѐв: -применение заготовительно-предварительного ручья упрощает обработку заготовки в заготовительных ручьях; -при отмене предварительного ручья часто бывает необходима более тщательная обработка исходной заготовки в заготовительных ручьях. 9. Применение заготовок, высаженных на горизонтально-ковочных машинах или вальцованных заготовок, а также периодического проката существенно упрощает штамповку и часто позволяет обходиться без заготовительных ручьѐв. Для поковок 1-й подгруппы типа А применяют в основном только окончательный ручей, а для поковок Б – предварительный и окончательный. В некоторых случаях применяют предварительно заготовительный и окончательный ручьи в зависимости от формы и соотношения размеров поперечного сечения поковки. 9.1.2 Вторая подгруппа Для изготовления поковок этой подгруппы применяют:  пережимной ручей;  площадку для расплющивания. Выбор ручьѐв проводят также как и для поковок 1-й подгруппы с построением эпюры сечений и расчѐтной заготовки. Коэффициент подкадки определяют по расчѐтной заготовке. 29 Для пережимного ручья КП= 1,2. Для площадки расплющивания КП= 1. Из приведѐнных значений КП видно, что максимальное значение Кпр составляет примерно 1,4. Если КОП> 1,4, то поковку следует относить к 1-й подгруппе. При этом не исключается возможность применения пережимного ручья. Выбор окончательных ручьѐв осуществляется по тем же принципам, что и для поковок 1-й подгруппы. 9.1.3 Третья подгруппа При штамповке поковок типа А применяют высадочный ручей, а типа В - специальный протяжной и высадочный ручьи. Эти ручьи используют при наличии одного фланца или бурта, для которого КОП= Smax/Sср≥1,8, и сравнительно коротком стержне. Если КОП< 1,8 или стержень имеет большую длину, то поковку относят к 1-й подгруппе типу А. Для поковок 3-й подгруппы, как правило применяют только окончательный ручей. Если есть необходимость уменьшить износ окончательного ручья и прилипание заготовки, то применяют ещѐ и предварительный. 9.1.4 Четвёртая подгруппа Поковки 4-й подгруппы требуют проведения операции гибки, которую осуществляют либо с помощью соответствующего ручья у поковок типа А, либо в штамповочном ручье у поковок типа Б. Для поковок типа А применяют такие же заготовительные ручьи как и для поковок 1-й подгруппы. Для поковок типа Б, имеющих развилины, при отношении длины развилины к средней ширине lразв/bср> 2,5, применяют заготовительные ручьи соответствующие поковкам 1-й подгруппы, а при отношении lразв/bср< 2,5 – поковкам 2-й подгруппы. Выбор ручьѐв осуществляют по расчѐтной заготовке и эпюре сечений с учѐтом коэффициента подкатки. Форма поковки и степень формоизменения заготовки при гибки обуславливают порядок построение расчѐтной заготовки. В зависимости от характера течения металла на участке изгиба выделяют три случая построения расчѐтной заготовки. 1. Для поковок с плавной формой, требующих гибки без значительного удлинения заготовки, построение расчѐтной заготовки выполняют по развѐртке. Развѐртку строят по линии, которая находится на расстоянии 1/3 толщины от внутреннего контура. Последующее построение расчѐтной заготовки проводят как для заготовки с прямой осью. Рисунок 9.5 – Построение расчѐтной заготовки по развѐртке (1 – поковка; 2 – развѐртка; 3 – расчѐтная заготовка; 4 – эпюра сечений) 30 2. Посторенние расчѐтной заготовки по элементам применяют для поковок с резкими перегибами, требующими гибки со значительной вытяжкой (формоизменением) заготовки на соответствующих участках. Рисунок 9.6 – Построение расчѐтной заготовки 4-й подгруппы по элементам (а –поковка; б – расчѐтная заготовка) Порядок построения расчѐтной заготовки следующий. Сначала выделяют участки, которые почти не подвергаются удлинению при изгибе. Это осуществляют за счѐт проведение соответствующих лучей из центра дуги перегиба, которые перпендикулярны осям соответствующих элементов. Для определение длины элемента, подвергаемого изгибу, определяют главную ось поковки на участке перегиба. Для этого из центра дуги проводят ряд сечений и определяют положение их центров тяжести. Затем по проекциям центров тяжести строят кривую. Длина полученной кривой и будет являться длиной соответствующего элемента. Далее определяют площадь выбранных поперечных сечений с облоем и строят элемент расчѐтной заготовки. 3. Построение расчѐтной заготовки непосредственно по сечениям используют для поковок с такой линией разъѐма или главной осью, которые требуют применения гибки, протекающей за счѐт небольшого удлинения заготовки. При этом построение расчѐтной поковки производят непосредственно по сечениям, как для поковок с прямолинейной осью. Рисунок 9.7 – Построение расчѐтной заготовки непосредственно по сечениям для поковок с ломанной линией разъѐма (1 – поковка; 2 – расчѐтная заготовка) По размерам расчѐтной заготовки определяют общий необходимый коэффициент подкатки. Коэффициент подкатки гибочного ручья КП= 1,2. При выборе заготовительных ручьѐв следует пользоваться имеющимися рекомендациями. При этом следует иметь ввиду, что гибочный ручей заменяет формовочный. 31 Для поковок 4-й группы типа А применяют окончательный или предварительный и окончательный ручей в зависимости от формы поковки. Для поковок типа Б окончательный и также в зависимости от формы предварительный и окончательный или предварительно-заготовительный и окончательный ручьи. 9.1.5 Пятая подгруппа Для поковок 5-й подгруппы требуются такие же заготовительные ручьи, как для поковок 1-й подгруппы, так как поковки имеют удлинѐнную форму, поэтому выбор ручьѐв происходит аналогично. Для поковок типа А выбирают заготовительно-предварительный ручей с упрощѐнной формой полости для отростка и окончательный ручей. Для поковок типа Б применяют предварительно-заготовительный ручей с рассекателем и окончательный ручей. Рассекатель необходим для разделения заготовки по полостям развилин. 9.1.6 Шестая подгруппа Выбор заготовительных ручьѐв для поковок этой группы зависит от того, к какой подгруппе из первых пяти можно привести поковку. Поковки приводятся с изменением формы для рациональной штамповки на молоте и последующей штамповки на другом оборудовании. Заготовительные ручьи выбирают по последовательности той подгруппы, под которую была приведена поковка. При выборе заготовки также следует иметь ввиду рациональность выбора в ряде случаев заготовок, высаженных на горизонтально ковочной машине, периодического проката или заготовки, полученной на ковочных вальцах. 9.2 Поковки 2-й группы Выбор ручьѐв осуществляют аналогично поковкам 1-й группы с построением расчѐтной заготовки. 9.2.1 Первая подгруппа При штамповке используют только один заготовительный ручей – площадку для осадки. Иногда вместе с осадкой в заготовке делают неглубокую намѐтку или выступ. Если диаметр исходной заготовки близок к диаметру поковки, то площадку для осадки не применяют, а при большом диаметре поковки (D> 300 мм) вместо площадки для осадки выполняют осадку на отдельных плоских бойках. Для поковок типа А применяют , в основном, только окончательный ручей. Но при необходимости повышения стойкости также вводят и предварительный. Для поковок типа Б применяют как предварительный так и окончательный ручей. При этом если в поковках прошивается отверстие, то желательно применение предварительного ручья. 9.2.2 Вторая подгруппа Для поковок типа А с относительно короткими отростками применяют площадку для осадке, а для квадратных в плане поковок или близких к ним со стороной более 300 мм – осадку заготовки на отдельных плоских бойках. После этого заготовку подвергают осадке в направлении диаметра, получая заготовку, близкую в плане к квадратной. 32 Для поковок типа А назначают один окончательный ручей или добавляют предварительный для повышения стойкости. Для типа Б при относительно коротких отростках выбирают окончательный ручей и иногда предварительный и окончательный. При длинных отростках следует применять предварительный ручей с плавными переходами от отростков к внутренней части фигуры. Сложные поковки рекомендуют штамповать на двух разных штампах. 9.2.3 Третья подгруппа Для поковок применяют два заготовительных ручья – высадочный и специальный протяжной. Для поковок типа А применяют высадочный ручей, а для поковок типа Б - специальный протяжной и высадочный ручей. При простой форме поковок типа Б можно применять только специальный протяжной ручей. Для поковок этой группы применяют один окончательный ручей. Предварительный добавляют в случае, если поковка имеет сложный фланец, заполняемый выдавливанием. 9.3 Особенности выбора переходов и определения размеров исходной заготовки при штамповке в закрытых штампах Штамповку в закрытых штампах применяют для изготовления поковок второй группы 1-й и 3-й подгрупп и. в ряде случаев, 2-й подгруппы. Штамповку в закрытых штампах поковок первой группы проводят очень редко, при этом штампуют только поковки 1-й и 2-й подгруппы. Необходимые переходы для штамповки можно определить с помощью метода построения расчѐтной заготовки и расчѐта коэффициентов подкатки. Диаметр расчѐтной заготовки при закрытой штамповке определяют по зависимости: dЭ  угара; 4  FП  где S`П – площадь поперечного сечения поковки в произвольном месте с учѐтом FП  FП  100   100 где δ – угар металла при нагреве, %. Соответствующую площадь поковки SП подсчитывают по номинальным горизонтальным размерам (номинальный минус нижнее отклонение допуска) и максимальным вертикальным размерам (номинальный плюс верхнее отклонение допуска). В закрытом штампе получают поковки из штучных заготовок, объѐм которых равен: VЗаг  VП  100   100 33 где VП – объѐм поковки, рассчитанный по минимальным горизонтальным и максимальным вертикальным размерам. При проектировании технологических процессов закрытой штамповки для поковок второй группы следует определить прежде всего объѐм исходной заготовки, еѐ диаметр и высоту. При выборе переходов поковок второй группы учитывают размеры основных конструктивных элементов (ступицы, диска и обода), а также соотношение размеров этих элементов и размеров исходной заготовки. Если штампуют поковку типа ступицы с диском, то при небольшом значении hС/hД в штампе предусматривают площадку для осадки и окончательный ручей. При большом значении этого соотношения полости для намѐток, по которым заготовку центрируют в окончательном ручье, выполняют на площадке для осадки. Для поковок, состоящих из всех трѐх основных конструктивных элементов, в зависимости от соотношения их размеров возможны три варианта штамповки с применением: 1. Площадки для осадки и окончательного ручья; 2. Заготовительно-осадочного ручья с намѐточными полостями под ступицу и окончательного ручья; 3. Специального заготовительно-предварительного ручья и окончательного ручья. Для поковок типа стакан с глубокой полостью рекомендуют применять заготовительный ручей, в котором заготовке придают требуемую форму и размеры, и окончательный ручей. При этом штамповочные уклоны в предварительном и окончательном ручье остаются без изменений. Размеры исходной заготовки определяют из условия сохранения объѐма с учѐтом, что меньший диаметр заготовки dзаг= dШ+(6…10)мм. Рисунок 9.7 – Штамп для поковки типа ступицы с диском Рисунок 9.8 – Поковки типа стакан с глубокой полостью Поковки с относительно длинными стержневыми элементами перед штамповкой в закрытом ручье протягивают и подвергают подкатке конец исходной заготовки. Для таких поковок рекомендуют применять штамп с выталкивателем с приводным движением. 34 9.4 Определение параметров штамповочного молота С точки зрения возможности изготовления штампованной поковки определѐнной формы точность выбора необходимого по энергии удара молота не имеет существенного значения. Это объясняется тем, что штамповка на молотах осуществляется за несколько ударов. Соответственно, чем меньше энергия удара, тем больше ударов необходимо нанести для изготовления поковки и наоборот. При этом как в первом, так и во втором случае задача будет выполнена. Однако, если рассмотреть этот вопрос с точки зрения производительности труда, стойкости штампа, точности изготовления, расхода металла и энергозатрат, то есть определенные требования к рациональному выбору оборудования. Существует два основных способа определения массы падающих частей молота:  По справочным номограммам;  Расчѐт по зависимостям. Для определения массы падающих частей по номограмме необходимы такие исходные данные как предел текучести материала поковки при принятой температуре нагрева, ширина мостика облойной канавки, диаметр поковки или еѐ приведѐнный диаметр. В случае применения расчѐтных зависимостей есть два основных случая. При штамповке круглых в плане поковок в открытых штампах необходимую массу падающих частей паровоздушного молота определяют как:  D   G0  5.6 10 4   1  0.0005  DП   3.75 b  П 75  0.001 DП2   4     b 2 b  DП DП2   2.5  75  0.001DП2    ln 1   DП     2 4 50 DП  h0     Где DП – диаметр поковки, мм; σ – предел текучести материала поковки при данной температуре, МПа; b – ширина мостика облойной канавки, мм; h0 – толщина мостика облойной канавки, мм. При штамповке не круглых в плане поковок необходимую массу падающих частей молота находят по выражению:  D   2 G0  5.6 10 4   1  0.0005  DП   3.75 b  ПР  75  0.001 DПР  4        2 2    b 2 b  DПР DПР   2.5  75  0.001DПР lП    DПР     ln 1   1  , 1     4 50   DПР  h0 bср  2       где DПР – приведѐнный диаметр поковки, мм; FП – площадь проекции поковки в плане, мм; lП – длина поковки в плане, мм2; bср – средняя ширина поковки в плане, мм. DПР  1,13  FП , bср  FП l П Массу падающих частей молота простого действия Gп.м. определяют по ранее озвученным способам с учѐтом переводного коэффициента: 35 GП.М .  1,5...1,8  G0 Полученные по формулам значения используют при расчѐте молотов для крупносерийного и массового производства поковок. При мелкосерийном производстве можно применять молоты с меньшей массой падающих частей, но с большим количеством ударов при штамповке. Формулы пригодны в тех случаях когда толщина поковки превышает толщину мостика облойной канавки в 4…5 раз. В других случаях следует учитывать повышенную неравномерность распределения деформации и температуры, увеличивая полученное значение массы на 20…25%. 36 10 Элементы конструирования молотовых штампов 10.1 Уравновешивание сдвигающих сил и направляющие молотовых штампов. При штамповке поковок с изогнутой осью или такой формы, при которой давление распределено неравномерно, возникают горизонтальные силы, смещающие части штампа относительно друг друга. Сдвигающие силы компенсируют тремя основными способами: 1. штамповка сдвоенных поковок; 2. соответствующим выбором поверхности разъѐма (поворот поковки); 3. применением в штампе специальных направляющих. Штамповку сдвоенных поковок применяют для мелких поковок, изготовление которых не требует применения молотов с большой массой падающих частей. В этом случае поковки в ручье располагают зеркально, в результате чего сдвигающие силы компенсируют друг друга. Рисунок 10.1 – Схема штамповки сдвоенных поковок Под соответствующим выбором поверхности разъѐма чаще всего понимают выбор криволинейной поверхности СС одновременным изменением положения ручья в штампе. Такие изменения предполагают поворот ручья и поковки в нѐм на определѐнный угол. Поворот поковки осуществляют на угол δ, при этом крайние точки фигуры следует располагать в одной горизонтальной плоскости, в результате чего сдвигающие силы уравновешиваются, а равнодействующая сил направлена вертикально. При повороте поковки в отдельных еѐ местах необходимо увеличивать штамповочный уклон на угол δ, что необходимо для нормального заполнения полости и извлечения поковки. Это связано с тем, что в результате поворота некоторые боковые поверхности могут стать вертикальными. Поворачивать поковку на угол более 7° не рекомендуют. Если для уравновешивания сдвигающих сил поворота на 7° недостаточно, то применяют замки. При этом поковку можно либо повернуть на угол δ≤7° или не поворачивать вовсе. Рисунок 10.2 – Поворот поковки относительно поверхности разъѐма 37 Направляющие (замки) используют для предотвращения сдвига частей штампа и уравновешивания сил. Возможность появления значительных сдвигающих сил объясняет требования по высокой прочности направляющих. В зависимости от формы в плане направляющие подразделяют на:  Упорный зуб;  Кольцевые или круглые направляющие. Упорный зуб применяют для предохранения от сдвига в одном направлении и располагают в задней части штампа. Высота замка (зуба) h зависит от формы поковки, а ширина зуба b ≥ 1,5h. Рабочие поверхности замка имеют уклон β, значение которого определяют из условия, что зазор образованный этим уклоном, должен быть больше максимально возможного смещения частей штампа при первых ударах в начале штамповки, пока зуб не вступил в силу. Зазор, как правило, не превышает 2 мм, поэтому угол β = 1…7°. При h> 100 мм β= 1°, а При h= 20 мм β= 7°. Зазор Δ= 0,2…0,4 мм. Внутренний радиус закругления замка r= 5…6 мм, а наружный R= 8…10 мм. Замки с высотой менее 15 мм не применяют. Если требуется высота зуба больше 100 мм, то для еѐ уменьшения применяют поворот поковки. При применении зуба центр ручья следует размещать не в центре штампа, а точке, смещѐнной на (0,2…0,4)h в противоположную от замка сторону. Рисунок 10.3 – Схема упорного зуба Кольцевые или круглые направляющие применяют при возможности смещения штампа в любую сторону. Кольцевые замки применяют в следующих случаях:  Если конфигурация поковки такова, что нецентральное расположение заготовки и одностороннее течение металла может вызвать значительное смещение верхней части штампа;  При штамповке поковок, конструкция которых не позволяет контролировать сдвиг по внешнему виду поковки;  В случае, когда к поковке предъявляют повышенные требования по сдвигу. Рисунок 10.4 – Схема кольцевых направляющих 38 Кроме того применяют также крестовые, боковые и угловые направляющие, форма и размеры которых такие же, как и для упорного зуба. Рисунок 10.5 – Виды направляющих (а – долевые; б – крестовые; в – боковые; г – шлицевые; д – шлицевые) Направление частей штампа также можно осуществлять с помощью колонок, которые запрессовывают в нижнюю часть штампа. В верней части предусматривают отверстия для входа колонок. Как правило, применяют две колонки с задним расположением. Рисунок 10.6 – Схема колонки (1 – верхняя часть штампа; 2 – зазор на диаметр; 3 – горячая посадка; 4 – нижняя часть штампа) 10.2 Расположение ручьѐв в молотовых штампах Ручьи на поверхности разъѐма штампов координируют относительно центра штампа. Штамповочные ручьи размещают ближе к центру штампа, а заготовительные на краях. Центры штамповочных ручьѐв, как правило, располагают на определѐнном расстоянии от центра штампа. Центром ручья штампа называют точку приложения равнодействующей сил сопротивления деформированию поковки и облоя. Если поковка симметрична, то центр ручья лежит на оси симметрии поковки. При несимметричной форме поковки предполагают, что давление в полости ручья штампа распределено равномерно. Тогда за центр ручья штампа принимают центр тяжести проекции поковки и мостика облойной канавки в плане. При этом центр тяжести иногда смещают в сторону более сложной или тонкой части ручья. Если в штампе один штамповочный (окончательный) ручей, то центр ручья совмещают с центром штампа. Глубокие полости поковки располагают в верхней части штампа, а при штамповке с клещевиной ближе к клещевине, чтобы поковка легче извлекалась из полости ручья штампа. При многоштучной штамповке поковки размещают цепочкой таким образом, чтобы глубокие полости были ближе к клещевине, за исключением ручья, который расположен рядом с клещевиной. Если кроме окончательного ручья используют ещѐ и предварительный, то штамповочные ручьи располагают по обе стороны от центра штампа. При этом центр окончательного ручья расположен на расстоянии в 2 два раза меньшем, чем центр предварительного ручья. Между полостями штамповочных ручьѐв оставляют расстояние Smin, которое рассчитывают из условия прочности. Тогда, если принять, что с учѐтом толщины Smin 39 расстояние между центрами предварительного и окончательного ручья равно a, то расстояние от центра штампа до центра окончательного ручья будет равно 1/3a, а между центром штампа и центром предварительного ручья 2/3a. Рисунок 10.7 – Расположение штамповочных ручьѐв относительно центра штампа (1 – предварительный ручей; 2 – окончательный ручей) При выборе расположения штамповочных ручьѐв уменьшают расстояние между их центрами, чтобы ручьи располагались ближе к центру штампа. Из-за этого ручьи могут располагаться на разном расстоянии от края штампа, а выступы проекции в плане одного ручья будут входить в выемки другого ручья. Заготовительные ручьи располагают по краям штампа. При этом учитывают расстановку оборудования на рабочем месте, то есть место расположения печи относительно молота и место крепления сопла для обдувки штампа. Первый заготовительный ручей должен находиться со стороны, на которой расположена печь, а сопло обдувки устанавливают с противоположной стороны. Остальные ручьи располагают в такой последовательности, которая обеспечивает кратчайший путь перемещения поковки между ними. Если в штампе есть гибочный ручей, то его располагают так, чтобы заготовку после штамповки в этом ручье можно было передать в штамповочный ручей простой кантовкой на 90º. Рисунок 10.8 – Расположение заготовительных ручьѐв в штампе (1 – задний нож; 2 – окончательный ручей; 3 – предварительный ручей; 4 – подкатной ручей; 5 – сопло обдува; 6 – печь; 7 – протяжной ручей) Правильное расположение ручьѐв в штампе во многом зависит от конкретных условий на рабочем месте. 40 10.3 Определение толщины стенок молотового штампа Стенки между полостями ручьѐв и боковыми гранями штампа, а также между ручьями должны обладать достаточной прочностью. Толщина стенок штампа зависит от глубины полости ручьѐв, угла уклона прилегающих стенок ручьѐв и радиуса перехода от стенки ко дну полости. Чем глубже полости и меньше уклон и радиус, тем толще должна быть стенка. На толщину стенки влияет также и форма полости ручья в плане. Расстояние между ручьями определяют с помощью вспомогательной величины Т, которая также зависит от глубины полости, уклона и радиуса скругления. Значения величины Т определяют эмпирическим путѐм по номограмме. Величина Т определяет влияние параметров менее глубокой смежной полости, со стороны которой возможно разрушение, поэтому при еѐ определении используют значения глубины, уклона и радиуса смежной полости меньшей глубины. Рисунок 10.9 – Размеры, влияющие на толщину стенок После определения величины Т по номограмме толщины стенок определяют как: -Между ручьѐм и гранью штампа s1= Т; -между двумя полостями s2 = Т*cos(γ2). Где γ2 – уклон более глубокой полости. При расчѐте s значение величины Т определяют по радиусу скругления и уклону полости меньшей глубины. Толщину стенки штампа при многоштучной штамповке определяют как: s  0,6  Т  cos 2  Расстояние от фигуры до выемки под клещевину: sкл  0,7  Т  cos кл  где γкл – угол наклона клещевины. Во всех случаях толщину стенки а плане определяют для сечения, в котором расстояние между полостями ручьѐв минимально. Определѐнное значение толщины стенки иногда целесообразно скорректировать. Например, если полость ручья находиться вблизи боковой поверхности штампа и имеет большую длину, а толщина стенки постоянна, то полученное по формуле значение толщины стенки целесообразно увеличить для повышения прочности. 10.4 Заготовки для штампа Обычно штампы изготавливают из кубиков, размеры которых в плане зависят от количества и размеров ручьѐв, толщин стенок между ручьями и расстояния между ручьями и гранями штампа. 41 С учѐтом толщины стенок определяют длину lн и ширину bн заготовки в плане, а также координаты еѐ геометрического центра (в плане). В общем случае центр штампа не совпадает с геометрическим центром заготовки (штамповочного кубика). Расстояния между этими центрами составляют Δlн по длине и Δbн по ширине. Чем меньше эти значения, тем лучше уравновешена масса падающих частей молота относительно его оси. Допустимое значение разницы расстояния между центром заготовки и штампа не превышает 10% для длины и ширины. Если размеры заготовки не удовлетворяют этим требования, то размеры штампа увеличивают так, чтобы уменьшить эту разницу. При проектировании штампа важным параметром является площадь соударения его частей, которая не должна быть меньше допустимой. Площадь соударения зависит от массы падающих частей молота и массы штампа. Малые штампы (массой до 30 кг) выдерживают удельные нагрузки большой величины, поэтому площадь соударения у них может быть меньше, чем у более крупных. Средние штампы (массой до 200 кг), рассчитанные на молоты с массой падающих частей до 2…4 тонны, закаливают до меньшей твѐрдости, чем малые штампы. Из-за этого площадь соударения у них должна быть больше. Соответственно для крупных (до 2000 кг) и особо крупных (более 2000 кг) штампов относительная площадь соударения должна быть ещѐ больше, чем у средних. В соответствии с массой падающих частей молота предусматривают площадь соударения исходя и того, что она составляет: -Fc≥150 см2 на 1 т массы падающих частей для малых штампов; -Fc ≥300 см2 на 1 т массы падающих частей для средних штампов; -Fc ≥450 см2 на 1 т массы падающих частей для крупных штампов. Так же можно использовать альтернативные рекомендации: -Fc≥6 см2 на 1 кДж энергии удара падающих частей для малых штампов; -Fc ≥12 см2 на 1 кДж энергии удара падающих частей для средних штампов; -Fc ≥18 см2 на 1 кДж энергии удара падающих частей для крупных штампов. Эти величины являются приближѐнными и верны только для штампов, изготовленных из стали стандартных штамповочных марок и подвергнутых обычной термической обработке. ГОСТ 5950-2000 (стали 5ХГМ, 5ХНВ, Х12ВМ, Х12МФ, 5ХНМ, 5ХНСВ, 05Х12Н6Д2МФСГТ) Одним из требований к площади соударения является еѐ равномерное распределение относительно центра штампа. Если через центр штампа провести прямую, которая будет разделять площадь соударения на две неравные части, то меньшая из них должна быть Fc`≥ 0,5Fc. Прямая в этом случае проходит через центр штампа и является касательной к контуру штамповочного ручья (например окончательного). Если соотношение не выполняется, то размеры заготовки надо увеличить. При этом может быть целесообразно располагать ручьи дальше друг от друга. Высоту заготовки определяют с учѐтом требований прочности штампа и необходимости его ремонта. В первом приближении высоту заготовки можно определить в зависимости от максимальной глубины полости штампа: -при hmax= 10…25 мм высота заготовки Hmin= (6…10)hmax; -при hmax= 50…100 мм высота заготовки Hmin= (3…4)hmax. При этом чем больше глубина полости, тем меньше значение коэффициента. 42 Рисунок 10.10 – Определение размеров штампа в плане (1 – центр штампа; 2 – центр штамповочного куба; 3 – прямая отсекающая меньшую площадь соударения) Используя рассчитанные значения размеров выбирают штампованную заготовку с размерами L×B×H. При этом L – максимальный размер заготовки, а H – минимальный. Длину заготовки согласуют с заказчиком. Размеры B×H изменяются в пределах (40×50)…(600×1200) мм. Целесообразно так же указывать массу заготовки. При выборе размеров заготовки следует помнить, что для изготовления полостей ручьѐв может быть выбрана любая поверхность, кроме B×H, перпендикулярная к направлению ориентации волокон в заготовке. Если выполнять ручей на поверхности B×H, то направление волокон будет совпадать с направлением действия силы при ударе. Тогда, возникающие в ручьях удельные нагрузки приведут к расколу штампа. В связи с этим поверхность B×H выделяют, ставя на ней клеймо. При расположении ручьѐв вдоль волокон их износ уменьшается, а при расположении поперѐк волокон износ штампа будет выше, но так как опасные силы (сдвигающие нагрузки) будут действовать вдоль волокон прочность штампа будет выше. Рисунок 10.11 – Расположение ручьѐв штампа относительно волокон (а – продольное; б – поперечное) В качестве заготовок для штампов применяют как призматические, так и цилиндрические заготовки. Выбрав размеры заготовки, проверяют, разместиться ли она между стойками молота, достаточна ли высота, соответствие массы верхней части штампа массе падающих частей молота. Заготовка должна располагаться между стойками молота так, чтобы штамп было легко устанавливать и снимать. Закрытая высота штампа (суммарная высота верхней и нижней частей) должна быть больше закрытой высоты штампового пространства в 1,25 раза, что необходимо для возобновления работы после ремонта. Наибольшая масса верхней части штампа составляет 35% от номинальной массы падающих частей паровоздушного молота и 25 % от массы падающих частей фрикционных молотов. 43 11 Отделочные операции После проведения штамповки для изготовления окончательной поковки следует провести ряд отделочных операций:  обрезка облоя и пробивка перемычек;  термическая обработка;  очистка поковок от окалины (травление);  правка поковок;  калибровка поковок. 11.1 Обрезка облоя и пробивка перемычек Обрезку облоя и пробивку перемычек поковок осуществляют в основном на специальных кривошипных прессах, в отдельных случаях на гидравлических прессах. Обрезку облоя и пробивку перемычек осуществляют как в горячем состоянии, так и в холодном. При горячей обрезке пресс устанавливают рядом с оборудованием для штамповки, а обрезку производят сразу после штамповки, при этом их производительность должна быть равной. При холодной обрезке производительность пресса обрезки не связана с производительностью пресса штамповки, поэтому их устанавливают на отдельном участке цеха или выносят в другое помещение. Холодная обрезка требует меньше оборудования, так как облегчает автоматизацию и механизацию процесса, что существенно повышает производительность. Кроме того, холодная обрезка вызывает меньшие коробления поковок, позволяет получать более точные размеры с гладкой поверхностью, повышает стойкость штампов, а также при холодной обработке легче осуществить подгонку матриц и пуансонов и наладку штампов. Однако, при холодной обрезке сопротивление срезу в 3…6 раз выше, чем при горячей, поэтому для поковок с большой площадью среза требуются пресса большой мощности, а при обрезке поковок из легированных сталей могут возникать трещины. В связи с этим, обрезку облоя и пробивку перемычек в холодном состоянии реализуют для мелких и средних поковок из углеродистой стали с содержанием углерода до 0,4%, а также поковок из низколегированной стали. Холодную обрезку применяют только в тех случаях, когда после обрезки поковки не требуют дальнейшей обработки в горячем состоянии. Горячую обрезку и пробивку осуществляют для средних и крупных по массе поковок из высоколегированных и высокоуглеродистых сталей. Такие материалы в холодном состоянии имеют малую пластичность и относительно большую толщину облоя. После горячей обрезке заготовку могут подвергать правке, гибке или калибровке. Холодную обрезку облоя и удаление перемычек у мелких поковок следует осуществлять по отдельности либо на двух разных штампах, либо на разных позициях одного штампа. При обрезке облоя поковку укладывают на матрицу, которая имеет режущие кромки, а пуансон служит только для проталкивания заготовки. При пробивке режущие кромки имеет уже пуансон, а матрица служит для центрирования и фиксации поковки. Для осуществления обрезки и пробивки применяют штампы простого, последовательного и совмещѐнного действия. В случае если необходо провести обрезку, пробивку нескольких отверстий и другие операции, например правку, гибку или калибровку, то следует применять штампы простого действия, размещѐнные на разных прессах. 44 Рисунок 11.1 – Схема обрезки облоя(а) и пробивки(б) отверстия: 1 – матрица обрезки; 2 – поковка; 3 – пуансон обрезки; 4 – пуансон обрезки; 5 – матрица пробивки Штампы последовательного действия применяют, если после обрезки необходимо провести правку, гибку, калибровку или другие операции, или пробивку нескольких отверстий. Штампы совмещѐнного действия применяют в основном для проведения обрезки и пробивки одного отверстия. Штампы для горячей и холодной обрезки и пробивки можно различать по конструкции нижней плиты (башмака). У штампов для холодной обработки толщина плиты меньше. 11.1.1 Определение силы обрезки и выбор оборудования Необходимая сила обрезки или пробивки может быть определена по формуле: P  0,9...1,1 В  S  L где S – действительная толщина среза облоя или перемычек; L – периметр среза. При одновременной обрезке и пробивке общую силу определяют как сумму. Толщина среза облоя: S  zn а для перемычек: S  z nu . где z – величина определяемая по номинальному значению толщины облоя и радиусов скругления; n – возможная недоштамповка (принимают равной половине положительного допуска); u – износ выступа под намѐтку в штампе (2…5 мм). Рисунок 11.2 – Действительная толщина среза При обрезке облоя в матрицах со скошенными режущими кромками сила ниже, чем на матрицах с плоской режущей кромкой и составляет 40…60% от неѐ. 45 Обрезные штампы закрепляют за штамповочными молотами или КГШП исходя из того. Что сила обрезного пресса должна быть 0,7…1,0 от массы падающих частей молота или 0,07…0,1 от номинальной силы КГШП. Размер зазора между пуансоном и матрицей зависит от формы и размеров сечений поковки в плоскости, перпендикулярной к разъѐму. Зазор оказывает большое влияние на качество и точность поверхности среза, износ и стойкость штампа, величину требуемой силы и работы обрезки. При большом зазоре происходит изгиб и втягивание облоя между матрицей и пуансоном с последующим его обрывом. При этом на поковке образуются рваные и загнутые вверх заусенцы, которые необходимо зачищать. В то же время при малом зазоре происходит быстрый износ режущих кромок инструмента. Зазор превышающий 1,5 мм не применяют, так как при этом трудно установить равенство зазора по периметру на глаз и произвести наладку штампа. 11.2 Термическая обработка поковок Термическая обработка является важной операцией технологического цикла изготовления поковок, которая обеспечивает получение механических свойств, заданных ТУ. В качестве термической обработки поковок применяют отжиг, нормализацию и закалку с последующим отпуском. Отжиг в качестве окончательной термической операции служит для получения мелкозернистой структуры. В процессе отжига снижается твѐрдость стали, повышается еѐ вязкость и пластичность, снижаются внутренние напряжения и повышается обрабатываемость резанием. Отжиг также может служить подготовительной операцией для последующей термической обработки. Отжиг в основном применяется для поковок из металлов с высоким содержанием углерода и легирующих элементов. Если материалом поковки является отожжѐнная сталь, а температура нагрева не превышает температуры структурных превращений, то отжиг проводить необязательно. При нормализации стали нагревают до температур, на 30…50 °С выше критических температур Ас3 или Аст, выдерживают при это температуре, после чего охлаждают на воздухе в спокойной среде для получения тонкопластинчатой перлитной структуры. От отжига нормализацию отличает более интенсивное охлаждение (примерно в два раза быстрее). Процесс также более экономичен, так как охлаждение проходит вне печи. Однако, применять нормализацию вместо отжига можно только для поковок с содержанием углерода до 0,4%, так как при более высоком уровне содержания углерода твѐрдость сталей возрастает. Нормализацию применяют для получения мелкозернистой структуры в отливках и поковках, устранения наклѐпа, подготовки стали к закалке. При применении нормализации в качестве окончательной операции термической обработки поковку также следует подвергать высокотемпературному отпуску после неѐ. Это необходимо для снятия внутренних напряжений, образующихся при охлаждении на воздухе. Важным результатом нормализации является повышение обрабатываемости резанием. В некоторых случаях, когда нагрев ведут токами высокой частоты, нормализацию проводить необязательно. Закалку применяют, когда другие виды термической обработки не могут обеспечить необходимый уровень механических свойств, в частности твѐрдости. В случае если температура закалки совпадает с температурой окончания штамповки, они проводятся с одного нагрева. Отпуск применяют для снятия внутренних напряжений и обеспечения высокой пластичности и прочности стальных поковок. Применяют три вида отпуска: высокий, средний и низкий. Режим термической обработки поковок зависит от применяемой стали и требований ТУ. 46 При крупносерийном и массовом производстве поковок применяют электрические или газовые печи конвейерного или толкательного типа. Печи, применяемые для закалки, можно использовать и для нормализации. 11.3 Очистка поковок от окалины При нагреве поковок до высокой температуры в окислительной среде, происходит образование окалины на поверхности поковки. Окалина бывает металлургическая (образовавшаяся при прокатке металла), кузнечная (получившаяся при нагреве заготовок перед штамповкой), термическая (вызванная термической обработкой). Чем выше температура и продолжительнее нагрев, тем больше окисляется поверхность поковки. Для изготовления поковок с высоким качеством поверхности и минимальным объѐмом обработки резанием следует не только осуществлять очистку заготовок от поверхностных дефектов, окалины, ржавчины и других загрязнений, но и проводить очистку отштампованных поковок. Это важно не только с точки зрения качества изделия, но и для стойкости режущего инструмента, так как она резко снижается при механической обработке поковок с окалиной. Операции очистки осуществляют как механическими, так и химическими способами. Из механических способов очистки чаще всего применяют галтовку в барабонах и очистку дробью. Принцип галтовки заключается в том, что поковки помещаются в барабан с абразивным материалом. При вращении поковки перекатываются, ударяясь друг друга и абразивный материал. Галтовку можно проводить в сухом виде или с добавлением мыльной или содовой воды (в жидкой среде). Сухую галтовку применяют для удаления с поверхности поковок окалины, ржавчины, мазута, заусенцев после обрезки облоя или пробивки перемычек. Для связывания масла, измельчѐнной ржавчины и окалины, а также ускорения процесса очистки вместе с поковками в барабан загружают сухие древесные опилки. Шероховатость поверхности после сухой галтовки достигает Rz32…Rz40 (Ra6,3…10). Рисунок 11.3 – Эскиз схемы очистки в галтовочном барабане В процессе галтовки в жидкой среде вместе с поковками в барабан загружают различные абразивные материалы (кварцевый песок, гранит, фарфор, чугунные звѐздочки, стальные шарики) с добавлением мыльной или содовой воды. Этот способ применяют не только для очистки поверхности поковок но также и для удаления микронеровностей на поверхности основного материала поковки. Такая очистка в ряде случаев может заменить 47 шлифование. После галтовки в жидкой среде шероховатость поверхности получают от Ra 6,3 до Ra 0,63. Галтовочные барабаны в зависимости от объѐмов производства могут различаться по конструкции и типу работы. При массовом и крупносерийном производстве применяют барабаны непрерывного действия. В торцевых частях таких барабанов располагают отверстия для загрузки и выгрузки поковок. Галтовочные барабаны применяют для очистки поковок массой до 40 кг простой конфигурации без тонких рѐбер, полотен и мелких отверстий. Недостатком способа является однообразный и сильный шум при работе. А также невозможность очистки внутренних полостей. Широко распространены способы дробеструйной и дробемѐтной очистки. Их главным преимуществом является возможность обработки поковок сложной формы. При дробеструйной очистке поковок дробь разгоняют сжатым воздухом давлением 0,5…0,6 МПа до скорости 20…30 м/с. Оптимальное расстояние от сопла до поверхности очищаемой поковки 200…300 мм, так как при меньшем расстоянии эффективность очистки падает. Химическим методом очистки поверхности поковок являтся травление, которое применяют для поковок, прошедших предварительную и окончательную термообработку перед обработкой резанием или консервацией. Этим способом можно очищать даже особо крупные поковки любой конфигурации. При этом выявляются все поверхностные дефекты. Травление заключается в воздействии кислот на металл. Для очистки стальных поковок применяют 20%-ый раствор серной кислоты при температуре 60…90°С, реже 15%-ый раствор соляной кислоты, а также их смесь. Травление стальных поковок применяют редко. Так как оно является дорогостоящим и вредным для персонала и экологии процессом. 11.4 Правка поковок Поковки в процессе штамповки подвергаются искривлению, а в некоторых случаях происходит смятие выступающих частей. Поковки могут искривляться в процессе обрезки облоя и пробивки перемычек в результате неполного прилегания опорной поверхности пуансона к поверхности поковки. У круглых в плане поковок искривление увеличивается с ростом отношения наружного диаметра поковки к еѐ средней высоте (Dпок/hср), а также с ростом отношения диаметра к толщине перемычки (d0/hпрм). У поковок с вытянутой осью стрела прогиба увеличивается с ростом отношения длинны поковки к еѐ средней высоте (Lп/hср; hср= (h1+h2)/2). Большое влияние на величину искривления оказывают состояние режущих кромок матрицы и пуансона, а также величина зазора между ними. С увеличением зазора увеличивается и плечо между деформирующей и срезающей силой, что приводит к увеличению изгибающего момента. Поэтому с уменьшением штамповочных уклонов и радиусов скругления степень искривления поковки уменьшается. Искривление поковок, также происходит при застревании и принудительном удалении, передаче между операциями, транспортировании и галтовке. Искривление также может происходить в результате коробления из-за нарушения режима охлаждения и термической обработки. Для исправления искривлений поковок проводят правку. Правку необходимо применять в тех случаях, когда величина искривления превышает допуск на размеры поковки. 48 Рисунок 11.4 – Виды искривлений поковок при обрезке и пробивке Операцию осуществляют как в горячем, так и в холодном состоянии. Правку в горячем состоянии осуществляют на обрезном прессе в штампе совмещѐнного или последовательного действия или на оборудовании, предназначенном только для правки (молоте или прессе) и включѐнном в линию штамповочного агрегата. Горячую правку можно осуществлять и в окончательном ручье после обрезки облоя, но это снижает производительность и стойкость окончательного ручья. Горячую правку применяют для крупных поковок несложной формы из высоколегированных и высокоуглеродистых сталей, однако, применение горячей правки не всегда исключает последующую повторную правку в холодном состоянии после термической обработки. Холодную правку применяют в основном для мелких и средних поковок всех форм. Еѐ, как правило, осуществляют после термической обработки и очистки поковок. Для правки поковок с удлинѐнной осью используют гидравлический правильный пресс, а саму правку производят не в штампе, а на призмах. Ручей штампа для правки изготавливают по чертежу холодной или горячей поковки, в зависимости от способа реализации. При изготовлении правочного штампа необходимо выполнять следующие требования: 1. Горизонтальные размеры должны быть больше вертикальных на величину Δ, равную половине верхнего допуска на габаритные размеры. 2. Наружные радиусы закруглений следует выполнять на 2 мм больше, чем на поковке. 3. Радиусы перехода стенки к плоскости разъѐма должны быть Rпер≈ 0,05Hр+2 мм, а для круглых сечений Rпер≈ 0,5Dпок. 4. У штампа, который устанавливают на молот или фрикционный пресс, следует предусмотреть возможность соударения верхней и нижней частей штампа, для чего глубину ручья принимают по номинальным размерам поковки. При установке на кривошипный пресс между частями штамап должен быть зазор (не менее 0,5…1,0 мм), исключающий возможность соударения. Суммарная глубина ручьѐв при этом получается меньше соответствующих вертикальных размеров поковки на величину зазора. Для упрощения правочного ручья рекомендуют:  упрощать контур ручья при сложном контуре в плоскости разъѐма;  не обжимать небольшие выступы на поковке, предусмотрев для них зазор;  для удобства укладки и извлечения поковки делать ручей открытым с торцов, а сами штампы одноручьевыми. 49 Рисунок 11.5 – Сечения ручьѐв для правки При конструировании штампов для правки на молотах или прессах сделует руководствоваться правилами конструирования для соответствующих штампов. В некоторых случаях применяют двух ручьевые штампы, например, при правке поковки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. 11.5 Калибровка поковок Калибровка – операция повышения точности размеров и уменьшения шероховатости поверхности. В конце процесса изготовления поковка может быть подвергнута калибровке. Операцию проводят либо с нагревом, либо без него. Различают плоскостную, объѐмную и комбинированную калибровку. Плоскостную калибровку применяют для получения точных вертикальных размеров поковки на одном или нескольких еѐ участках, лежащих в различных по высоте параллельных плоскостях. При плоскостной калибровке деформируют металл только отдельных частей поковки. Течение металла в поперечных сечениях неограниченно из-за чего размеры в этих направлениях увеличиваются. Чтобы ограничить увеличение размеров поковки по ширине, необходимо при штамповке уменьшать эти размеры. Рисунок 11.6 – Схема плоскостной калибровки При объѐмной калибровке деформации подвергают всю поковку. Свободное течение металла ограничено, поэтому избыток металла вытесняется в облой, который затем обрезают. Образование облоя приводит к возникновению значительных напряжений в металле. При этом величина таких напряжений больше, чем при плоскостной калибровке, что увеличивает необходимую силу. Также из-за этого упругая деформация пресса увеличивается, что снижает итоговую точность поковок. Объѐмную калибровку обычно проводят в горячем состоянии, а облой после калибровки обрезают в холодном состоянии. Применяют также комбинированную калибровку, которая, по сути, является последовательностью объѐмной и плоскостной калибровок. 50 Рисунок 11.7 – Схема объѐмной калибровки По точности получаемых размеров поковок различают калиброку:  обычной точности (допуск от ±0,1 до ±0,25 мм);  повышенной точности (допуск от ±0,05 до ±0,15 мм). При многократной калибровке можно получить особо точнее размеры с допуском ±0,025 мм. На точность размеров поковки после калибровки влияют следующие параметры:  точность размеров поковки перед калибровкой;  форма и размеры поковки;  сопротивление деформированию металла поковки;  контактное трение между поковкой и штампом;  жѐсткость конструкции штампа;  степень деформации;  технологическая сила пресса и его конструкция. Точность калибровки можно повысить путѐм снижения допусков на окончательную штамповку. При плоскостной калибровке неравномерность распределения напряжений, которые являются основной причиной образования выпуклостей, может быть снижена путѐм тщательной полировки рабочих поверхностей калибрующих плиток и применения смазки. Кроме того, для плиток следует применять материал с большим модулем упругости и уменьшать площадь калибровки за счѐт намѐток. Для большей точности калибровки поковки сортируют по группам, которые отличаются по высоте на 0,2…0,3 мм, и настраивают пресс на каждую группу в отдельности. Шероховатость калиброванных поверхностей зависит в основном от исходной шероховатости поковки, степени деформации, шероховатости рабочих элементов штампа и смазочного материала. С увеличение обжатия шероховатость снижается, но это уменьшает точность размеров. Степень деформации при плоскостной калибровке должна составлять 1…5% и не превышать 10%. Шероховатость после калибровки составляет от Ra 1,25 до Ra 0,63, то есть в большинстве случаев калибровка может заменить шлифование. Перед калибровкой поковки необходимо тщательно очистить от окалины и иных загрязнений, а также проверить на наличии наружных дефектов. Раковины и вмятины от окалины допускаются глубиной до 0,2 мм, при точной калибровке – до 0,1 мм. Поковки из легированных и углеродистых сталей с содержанием углерода более 0,2% подвергают предварительной термической обработке (отжиг, нормализация). Поковки из низколегированных сталей с содержанием углерода менее 0,2%, а также алюминиевых сплавов калибруют без предварительно термической обработки. Чертѐж поковки, подлежащей объѐмной калибровке, составляют с учѐтом удобства укладки отштампованной поковки в ручей калибровочного штампа, для чего еѐ размеры по горизонтали уменьшаются на 0,5…0,8 мм. Для сохранения равенства объѐмов у отштампованной поковки увеличивают вертикальные размеры. Необходимое для плоскостной калибровки усилие определяют исходя из предположения, что она представляет собой осадку с небольшой степенью деформации и невысоким коэффициентом трения.