Теория и технология кузнечного производства. Сущность ковки и область её применения

Раздел I. ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ КУЗНЕЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА 1. Сущность ковки и область её применения. Слайд 2 Ковка является одним из видов обработки металлов давлением. Целью ковки является ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ исходной заготовки путём определённой ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ операций, выполняемых в универсальном инструменте и получение ЗАДАННЫХ эксплуатационных СВОЙСТВ. Рис.1.1. Кузнечная операция протяжка При ковке формоизменение происходит вследствие ТЕЧЕНИЯ металла в СТОРОНЫ, ПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫЕ к движению деформирующего инструмента – бойка, причём это течение ОГРАНИЧИВАЕТСЯ ЛИШЬ КАСАТЕЛЬНЫМИ напряжениями , действующими по контактным поверхностям, и лишь ИНОГДА формой ИНСТРУМЕНТА. Плоские рабочие поверхности бойков не создают интенсивного сопротивления течению металла в стороны при деформировании, что и отличает ковку от других видов обработки давлением. Слайд 3 ПОЛУЧАЕМЫЕ КОВКОЙ ИЗДЕЛИЯ НАЗЫВАЮТ ПОКОВКАМИ ИЛИ КОВАНЫМИ ПОКОВКАМИ. Они разнообразны по форме и размерам. КРУПНЫЕ поковки (валы гидротурбин, турбинные диски, гребные валы судов, коленчатые валы судовых двигателей, валки прокатных станов) имеют массу до 200 т., СЛИТКИ, предназначенные для ковки, имеют массу до 500 т. СРЕДНИЕ поковки имеют массу от 50 до 400 кг (поковки коленчатых валов крупных дизелей, вагонных осей, различных маховиков, шестерен). Ковку применяют в ЕДИНИЧНОМ и МЕЛКОСЕРИЙНОМ производстве, когда штамповка становится ЭКОНОМИЧЕСКИ нецелесообразной из-за больших расходов на ШТАМПОВЫЙ инструмент, и когда изготовить крупные поковки штамповкой невозможно ввиду БОЛЬШИХ УСИЛИЙ деформации. Слайд 4 Широкое использование ковки объясняется рядом преимуществ по сравнению с другими видами производства деформированных заготовок. К основным ПРЕИМУЩЕСТВАМ ковки относятся следующие: 1. Ковка позволяет получать более ВЫСОКОЕ КАЧЕСТВО металла по сравнению с литьём. 1 2. Можно получать КРУПНЫЕ ПОКОВКИ, масса которых исчисляется десятками и даже сотнями тонн, а длина - десятками метров. 3. Для изготовления крупных по массе и размерам поковок требуются сравнительно НЕБОЛЬШИЕ УСИЛИЯ, так как обработка производится обжатием отдельных небольших участков заготовки, а удельные усилия невелики ввиду относительно свободного течения металла в стороны. В результате требуются прессы и молоты сравнительно небольшой мощности. 4. Применение УНИВЕРСАЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА позволяет резко снизить затраты при изготовлении единичных поковок. Слайд 5 Однако ковка имеет и свои НЕДОСТАТКИ: 1. Низкая по сравнению с горячей штамповкой ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ. 2. Большие НАПУСКИ на поковках для упрощения процесса ковки, что увеличивает ТРУДОЁМКОСТЬ последующей механической обработки; 3. Большие ПРИПУСКИ и ДОПУСКИ, исчисляемые десятками миллиметров у крупных поковок. 4. Большие ОТХОДЫ МЕТАЛЛА, обусловленные большими технологическими отходами в виде напусков, припуск и допусков. 2. Температурный интервал ковки. Слайд 6 Все кузнечные операции выполняют в условиях ГОРЯЧЕЙ деформации, т.е. при температуре выше начала РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ материала заготовки. В процессе ковки заготовка остывает из-за КОНТАКТА с почти ХОЛОДНЫМ инструментом и окружающей атмосферой, поэтому для компенсации остывания на практике ТЕМПЕРАТУРУ нагрева под ковку стремятся выбрать МАКСИМАЛЬНО ВОЗМОЖНОЙ. Это чревато риском ПЕРЕГРЕВА (резкий рост зерна) или ПЕРЕЖОГА (окисление границ зёрен и провал механических свойств). С другой стороны, ОСТЫВАНИЕ заготовки НИЖЕ температуры начала рекристаллизации приводит к резкому РОСТУ СОПРОТИВЛЕНИЯ деформации и СНИЖЕНИЮ ПЛАСТИЧНОСТИ. Поэтому при разработке технологических процессов ковки и штамповки устанавливают ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ИНТЕРВАЛ, обеспечивающий условия ГОРЯЧЕЙ деформации. Практически температурный интервал ковки и штамповки это интервал между максимально возможной температурой нагрева металла и минимальной температурой, при которой заканчивается горячая деформация (ковка). Его устанавливают с использованием следующих данных: 1. Диаграмма фазового состояния металла и сплава (рис. 1.2). 2. Результаты комплекса лабораторных испытаний, определяющих зависимость сопротивления деформации и пластичности от температуры, степени и скорости деформации (рис. 1.3). 3. Данные по зависимости строения металла от времени пребывания его при повышенных и высоких температурах (величина зерна, склонность к перегреву, пережогу, обезуглероживанию). Для большинства конструкционных сталей температурный интервал ковки составляет 750 ÷ 1250°С (табл. 1.1). 2 Рисунок 1.2 - Диаграмма «Железо - углерод» с нанесённым интервалом ковки сталей с разным составом. Рисунок 1.3 - Изменение σВ и δ стали 15 в зависимости от температуры испытаний. 3 Таблица 1.1 Температурные интервалы ковки некоторых сталей 3. Разновидности кузнечных операций. Слайд 7 Кузнечные операции можно разделить на 4 группы: I. Предварительные: БИЛЛЕТИРОВКА, ОТРУБКА. II. Основные: ОСАДКА, ПРОТЯЖКА, ПРОШИВКА, ГИБКА, СКРУЧИВАНИЕ. III. Вспомогательные: СБИВКА УГЛОВ, НАМЕТКА, ПЕРЕДАЧА, СВАРКА КУЗНЕЧНАЯ. IV. Отделочные: ОБРЕЗКА, ОБКАТКА по диаметру, ПРАВКА, ПРОГЛАЖИВАНИЕ, КЛЕЙМЕНИЕ. 3.1. Предварительные операции. Биллетировка. Служит для УСТРАНЕНИЯ КОНУСНОСТИ СЛИТКА и придания ему цилиндрической формы, удобной для дальнейшего передела операциями ОМД (рис. 1.4). Заключается в лёгком обжатии рёбер и граней слитка. 4 а б Рисунок 1.4 - Слиток до и после биллетировки (а) и схема обработки (б). 3.2. Предварительные операции. Отрубка. Слайд 8 Служит для РАЗДЕЛЕНИЯ кованного или катаного прутка на МЕРНЫЕ заготовки. Осуществляют при помощи ПОДКЛАДНЫХ инструментов – топора и после кантовки - квадрата (рис. 1.5). Рисунок 1.5 - Отрубка прутковой заготовки с помощью топора (1) и после кантовки с помощью квадрата (2). 3.3. Основные кузнечные операции. Осадка. Слайд 9 Осадкой называется основная кузнечная операция, при которой УВЕЛИЧИВАЮТСЯ размеры ПОПЕРЕЧНОГО сечения исходной заготовки за счёт УМЕНЬШЕНИЯ её ВЫСОТЫ (рис. 1.6). При осадке заготовка устанавливается ВЕРТИКАЛЬНО, и деформирование происходит ВДОЛЬ ОСИ заготовки. Осадку применяют:  для получения поковок с большими поперечными размерами из заготовок с меньшими поперечными сечениями (поковки фланцев, шестерён, дисков);  как ПРЕДВАРИТЕЛЬНУЮ операцию перед прошивкой для выравнивания торцов и увеличения диаметра при изготовлении полых поковок (колец, барабанов, муфт);  как предварительную операцию перед протяжкой для измельчения литой дендритной структуры и уменьшения неравномерности свойств в поперечном и продольном направлениях;  как предварительную операцию перед объёмной штамповкой круглых в плане поковок. 5 Рисунок 1.6 - Схема осадки. Слева заготовка, справа поковка. РАСЧЁТ диаметра осаженной заготовки при проектировании технологического процесса проводят БЕЗ УЧЁТА БОЧКООБРАЗНОСТИ. Исходя из постоянства объёма заготовки до и после осадки (рис. 1.6): Степень деформации при осадке определяется выражением Слайд 10 Формоизменение при осадке. Осадка - ЕДИНСТВЕННАЯ операция ковки, при которой рабочий инструмент ПОЛНОСТЬЮ ПЕРЕКРЫВАЕТ заготовку и деформация происходит БЕЗ ВНЕШНИХ ЗОН (жестких концов). В зависимости от СООТНОШЕНИЯ между высотой Н и диаметром D заготовки и условий осуществления осадки поковка может принимать следующую ФОРМУ: 1. БОЧКООБРАЗНАЯ форма осаженной поковки (рис. 1.6) получается в случае, если выполняется условие H/D2,5 и осадка производится на прессе или ДОСТАТОЧНО МОЩНОМ МОЛОТЕ, дающим высокую степень деформации за каждый удар. При условии, что H/D2,5 заготовка в процессе осадки ТЕРЯЕТ УСТОЙЧИВОСТЬ подобно длинному стержню, сжимаемому осевой нагрузкой, и искривляется. Это является браком, который можно исправить правкой в процессе осадки. Если отношение H/D лежит в пределах 2 ÷ 2,5, то в процессе осадки развивается ДВОЙНАЯ БОЧКООБРАЗНОСТЬ (рис. 1.7), переходящая с ростом степени деформации в одинарную. 6  Рисунок 1.7 - Двойная бочкообразность при осадке, переходящая в одинарную. Моделирование в QForm. 2. РЮМКООБРАЗНАЯ форма (рис. 1.8) при осадке получается при деформировании на молоте с НЕДОСТАТОЧНОЙ МАССОЙ ПАДАЮЩИХ ЧАСТЕЙ, когда степень деформации за каждый удар незначительна и деформация не распространяется глубже ПРИКОНТАКТНЫХ областей заготовки. Рисунок 1.8 - Рюмкообразная форма осаженной заготовки. Слайд 11 3. ГРИБООБРАЗНАЯ форма поковки (рис. 1.9) получается, если со стороны бабы заготовка ДЕФОРМИРУЕТСЯ СИЛЬНЕЕ, чем со стороны шабота. Это может иметь место в случае осадки на ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МОЛОТАХ (скорость инструмента в момент удара составляет 30-50 м/с) из-за действия сил ИНЕРЦИИ, приложенных к заготовке и направленных вверх. Либо при осадке на молоте из-за чрезмерно долгого контакта с холодным нижним инструментом и ОСТЫВАНИЯ НИЖНЕГО ТОРЦА ЗАГОТОВКИ: Рис. 1.9. Образование грибообразной формы поковки в процессе осадки. Моделирование в QForm. 4. Если осаживать НЕЦИЛИНДРИЧЕСКУЮ заготовку (рис. 1.10), то в процессе осадки ИСКАЖАЕТСЯ форма не только вертикальных, но и 7 горизонтальных сечений заготовки. В соответствие с ПРИНЦИПОМ НАИМЕНЬШЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ любое поперечное сечение заготовки стремится преобразоваться В КРУГ. Рисунок 1.10 - Изменение формы поперечного сечения призматической заготовки в процессе осадки. Слайд 12 5. При ГОРЯЧЕЙ осадке, силы трения на торцах заготовки, ТОРМОЗЯЩИЕ скольжение металла по инструменту, в совокупности с ПОДХОЛАЖИВАНИЕМ торцов из-за контакта с холодным инструментом, приводят к образованию неравномерности деформации в виде зон с РАЗЛИЧНОЙ ДЕФОРМИРОВАННОСТЬЮ. В общем случае различают три зоны деформации. Зоны I называют зонами ЗАТРУДНЕННОЙ деформации (ЗЗД), в которых реализуется схема всестороннего сжатия. Эти зоны как бы расклинивают зону II – зону ИНТЕНСИВНОЙ деформации (ЗИД), в которой металл интенсивно деформируется в осевом и радиальном направлениях. Деформированность в зоне УМЕРЕННОЙ деформации III (ЗУД) занимает среднее положение между зонами I и II. На рис. 1.11 показано схематичное расположение зон в осаженной поковке и распределение накопленной деформации по сечению поковки. Рисунок 1.11 - Зоны в поковке после осадки (I – ЗЗД, II – ЗИД, III – ЗУД) и поле накопленой деформации по сечению поковки. Моделирование в QForm. Слайд 13 Основные правила осадки 1. Для СНИЖЕНИЯ УСИЛИЯ нагрев заготовок под осадку всегда проводят до МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ. Это обусловлено тем, что осадка является одной из самых ЭНЕРГОЁМКИХ операций. Если в технологическом процессе ковки есть осадка, то мощность оборудования подбирают ПО ОСАДКЕ. 2. У исходной заготовки отношение H/D НЕ ДОЛЖНО БЫТЬ более 2,5 во избежание ПРОДОЛЬНОГО ИЗГИБА. Для правки искривленной заготовки обжатие осуществляют НЕ ПО ВСЕЙ ПЛОЩАДИ торца, а путем обжатия только заготовки со стороны ВЫПУКЛОСТИ (рис.1.12). Когда искривление исправлено, то контактную площадь увеличивают до полного перекрытия 8 торца. У высоких заготовок искривление исправляют путём кантовки и последующей продольной деформации. Рис. 1.12. Устранение изгиба заготовки при осадке. 3. При осадке на молоте нужно учитывать, что чем выше заготовка, тем меньше рабочий ход молота и меньше энергия удара. 4. Для успешной осадки нужно, чтобы торцы заготовки были возможно более гладкими и перпендикулярными к её оси. Деформацию следует вести лёгкими ударами. 5. Заготовке или слитку перед осадкой необходимо придать цилиндрическую форму. Слайд 14 Выбор мощности оборудования для осадки Для осадки, как и для других операций ковки и штамповки, применяют прессы и молоты различных конструкций. В связи с тем, что в процессе осадки диаметр заготовки увеличивается (рис. 1.13), мощность оборудования должна быть достаточной для деформации заготовки максимального диаметра, т.е. – поковки. Поэтому выбор мощности производят по конечным размерам осаженной заготовки, т.е. по размерам поковки. Рисунок 1.13 - Изменение усилия осадки по ходу процесса. Мощность пресса выражается его максимальным развиваемым усилием P. Выбор необходимого усилия пресса производят по максимальному усилию осадки: P = p · FК где: p – удельное усилие осадки, с учётом влияния ЗЗД p = σS · (1 + 0,17 · DК / HК); FК – площадь поковки в плане (в плоскости разъёма бойков) FК = π · DК 2 / 4; 9 DК и HК – конечные высота и диаметр осаженной заготовки (поковки); σS – напряжение текучести материала заготовки в данных температурноскоростных условиях деформации. Слайд 15 Мощность молота выражается массой его падающих частей G (верхний боёк + баба + шток + поршень). Выбор массы падающих частей молота производят по необходимой работе деформации за последний удар, поскольку при предыдущих ударах контактная площадь и, следовательно, усилие деформации ниже. Поэтому считается, что для предыдущих ударов мощность будет заведомо достаточной. Обычно определяют так же количество ударов. Работу деформации за последний удар можно определить по формуле: A = p · ε · V, а p ≈ 3 · σВ где: p - удельное усилие осадки; ε - степень деформации за последний удар; V - объём заготовки. Величина работы деформации А должна соответствовать энергии удара молота L, которую определяют по формуле: L = A / ηУД. где: ηУД. - коэффициент полезного действия удара. Согласно ГОСТ 9752-61 энергия удара молота находится в следующей зависимости от массы падающих частей G: L = 2,5 · 103· G, где L в кГ·мм, а G в кг. отсюда, приравнивая A и L, получаем: 2,5 · 103 · G · ηУД. = p · ε · V и в итоге, с учётом предыдущих формул получаем: G = 1,5 · 10-3 ·σВ · (1 + 0,17 · HК/DК) · ε · V Слайд 16, 17 Способы осадки. Основными разновидностями осадки являются: осадка на ПЛОСКИХ бойках; осадка С ХВОСТОВИКОМ; осадка В ПОДКЛАДНЫХ кольцах; ВЫСАДКА; осадка ПУТЁМ РАЗГОНКИ. Схема осадки на плоских бойках представлена на рис. 1.6 и 1.7 и является самой простой. Осадку с хвостовиком (рис. 1.14) применяют преимущественно ДЛЯ СЛИТКОВ, то есть при изготовлении крупных поковок, в тех случаях, когда ПОСЛЕ ОСАДКИ СЛЕДУЕТ ПРОТЯЖКА. Осадку в этом случае применяют для улучшения качества металла, что позволяет увеличить степень деформации при протяжке. Хвостовик или «ОТТЯГИВАЮТ» ПРИ БИЛЛЕТИРОВКЕ со стороны ПРИБЫЛЬНОЙ части слитка и при осадке вставляют В ОТВЕРСТИЕ НИЖНЕЙ ПЛИТЫ. Хвостовик служит для ЗАХВАТА заготовки клещами манипулятора или для удержания слитка патроном при протяжке. ВЫПУКЛОСТЬ ТОРЦОВ обеспечивает достаточное течение металлов в средней части слитка при протяжке, чем устраняется брак по «голенищу» (рис. 10). 10 Рис. 1.14 - Схема осадки с хвостовиком. 1 – верхняя осадочная плита со сферической выемкой, 2 – осаживаемый слиток с хвостовиком, 3 - нижняя осадочная плита со сферической выемкой и отверстием под хвостовик. Рис. 1.15 - Протяжка после осадки с хвостовиком на сферических (а) и плоских (б) плитах. Слайд 18 Осадку в подкладных кольцах применяют для получения поковок типа диск или шайба с одной или двумя бобышками (рис. 1.16). Производят по двум вариантам:  с предварительной оттяжкой хвостовиков, которые помещаются в отверстиях колец (рис. 1.16, а);  с затеканием металла в отверстия колец (рис. 1.16, б). Осадку в кольцах с затеканием металла применяют для получения изделий типа шестерен, фланцев и дисков с бобышками, в тех случаях, когда высота бобышек сравнительно мала, так что оттяжка их затруднительна или нежелательна. Рисунок 1.16 - Схемы осадки в подкладных кольцах с предварительной оттяжкой бобышек (а) и с затеканием металла в отверстия подкладных колец (б). Слева от схем показаны исходные заготовки. Тонкими стрелками показано направление течения металла. 11 Слайд 19 Высадкой называют осадку участка заготовки с целью получения УТОЛЩЕНИЯ на КОНЦАХ или в СЕРЕДИНЕ поковки. Высадка осуществляется в «нижнике» (рис. 1.17, а) и романением (рис. 1.17, б). Есть ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ ЦИЛИНДРОМ. В нижнике высаживают средние поковки. При этом невысаживаемая часть поковки может оставаться от заготовки или получаться протяжкой с уменьшением диаметра. Романением высаживают фланцы на длинных и тяжёлых валах. Нагревают только высаживаемый участок. Высадка РОМАНЕНИЕМ неудобна и применяется РЕДКО. а б Рисунок 1.17 - Высадка в нижнике (а): 1 – исходная заготовка в виде стержня, НВ – высаживаемая высота, Н1 – конечная высота высаженного участка. Высадка романением (б): 1 – упор, 2 – бойки, 3 – высаживаемый участок, 4 – «роман» или «сокол». Слайд 20 Осадку путём разгонки применяют для уменьшения высоты и увеличения диаметра ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОСАЖЕННОЙ ЗАГОТОВКИ. Требует небольших усилий, что обеспечивается резким уменьшением площади контактной поверхности между инструментом и заготовкой. Осадку путём разгонки небольших поковок выполняют с помощью ПОДКЛАДНОГО ИНСТРУМЕНТА – полукруглой раскатки 1 (рис. 1.18, а). Образовавшуюся волнистую поверхность выглаживают плоскими раскатками. При разгонке средних поковок дисков роль раскатки выполняют бойки 2 (рис. 1.18, б). В этом случае после каждого удара заготовку проворачивают вокруг вертикальной оси. Полотно крупного диска разгоняют под прессом с помощью узкого верхнего бойка с вырезом под бобышку (рис. 1.18, в) также проворачивая заготовку после каждого обжатия вокруг вертикальной оси. 12 Рисунок 1.18 - Осадка путём разгонки с помощью раскатки 1 (а), бойками (б): 2 – бойки, 3 – подставка и узким верхним бойком (в). Слайд 21 Отделочные операции после осадки  обкатка по диаметру служит для УСТРАНЕНИЯ БОЧКООБРАЗНОСТИ боковой поверхности осаженной заготовки (рис. 1.19, а);  правка торцов после обкатки по диаметру необходима для УСТРАНЕНИЯ УТОЛЩЕНИЯ по краю диска (рис. 1.19, б). Рисунок 1.19 - Отделочные операции после осадки: обкатка по диаметру (а) и правка торцов (б): III – бойками, IV – плоской раскаткой. Слайд 22 Инструменты для осадки Основным инструментом для ковки являются ПЛОСКИЕ БОЙКИ (рис. 1.20). Размеры плоских универсальных бойков приведены в справочнике «Ковка и объёмная штамповка» под ред. М.В. Сторожева, т. 1. КРОМКИ рабочих поверхностей бойков во избежание надкусывания ими металла заготовок 13 должны быть ЗАКРУГЛЕНЫ по достаточно большим радиусам. Бойки для молотов изготовляют обычно коваными из штамповых сталей типа 5ХНТ, 5ХНМ и др., бойки и плиты для прессов - литыми или коваными из стали 35 или 50. Ввиду ударного характера работы молотов, бойки КРЕПЯТ НА ЛАСТОЧКИНОМ ХВОСТЕ клином 1 и шпонкой 6, верхний боёк - непосредственно в бабе молота, нижний - на шаботе или на переходной подушке. ОХ ОШ а б Рисунок 1.20 - Плоские бойки для ковки (а) и крепление бойков к оборудованию (б). ОХ – ось хвостовика, ОШ – ось шпонки. 1 - клин, 2 - нижняя подушка или шабот, 3 - нижний боёк, 4 - верхний боёк, 5 - баба молота, 6 - шпонка. Слайд 23 3.4. Основные кузнечные операции. Протяжка. Протяжка заключается в УВЕЛИЧЕНИИ ДЛИНЫ заготовки или её части за счёт УМЕНЬШЕНИЯ ПЛОЩАДИ поперечного сечения. Протяжка состоит из ряда СМЕЖНЫХ ОБЖАТИЙ вдоль оси заготовки. Единичные обжатия представляют собой поперечную ОСАДКУ при наличии жёстких концов. В каждом обжатии деформируется не вся заготовка, а её небольшой участок – ОЧАГ ДЕФОРМАЦИИ размерами L×В×Н (рис. 1.21). Рисунок 1.21 - Схема протяжки на плоских бойках. L, В и Н – длина, ширина и высота очага деформации до обжатия (индекс «n-1») и после обжатия (индекс «n»). 14 Наибольшие главные деформации при единичном обжатии – высотные (ΔН), однако СМЕЖНОЕ расположение обжатий при подачах вдоль одного направления (вдоль продольной оси заготовки) приводит к СУММИРОВАНИЮ УДЛИНЕНИЙ очагов деформации только вдоль оси заготовки: Lк  L0  Δ L   Δ La  n  Δ La n где: LК ,L0 – конечная и начальная длина всей заготовки; ΔLa – удлинение очага деформации; n – число обжатий. СТЕПЕНЬ ДЕФОРМАЦИИ при протяжке принято оценивать коэффициентом УКОВА (от слова ковать, уковывать). Коэффициент укова можно рассчитывать как по ДЛИНЕ заготовки (KL), так и по ПЛОЩАДИ её поперечного сечения (KF), причём исходя из условия ПОСТОЯНСТВА ОБЪЁМА заготовки при пластической деформации, коэффициенты укова в идеале РАВНЫ ДРУГ ДРУГУ: KL = LK / L0, KF = F0 / FK, KL = KF Слайд 24 В протяжке различают ПЕРЕХОДЫ и ПРОХОДЫ. Простейший переход состоит из подачи заготовки на величину Ln-1 и обжатия на ΔН. Чаще при протяжке применяют более СЛОЖНЫЕ ПЕРЕХОДЫ с кантовкой заготовки между обжатиями и подачей после каждых 2-х ÷ 4-х обжатий (рис. 1.22). СМЕЖНЫЕ ПЕРЕХОДЫ по всей длине протягиваемой заготовки составляют проход. Протяжка может быть 1- проходной, 2-х проходной, но всегда МНОГОПЕРЕХОДНОЙ. Рисунок 1.22 - Протяжка с кантовкой после каждого обжатия (а) и без кантовки (б). Величину Ln-1 (рис. 1.21) часто называют ПОДАЧЕЙ и обозначают как a0. Важно правильно произвести выбор подачи а0. С увеличением а0 РАСТЁТ УШИРЕНИЕ, которое ограничивает протяжку. РАВЕНСТВО логарифмических деформаций удлинения и уширения наблюдается при величине ОТНОСИТЕЛЬНОЙ подачи: а0 В0  1,2 Для получения максимального удлинения необходимо уменьшать а0, а высотное обжатие ΔН увеличивать. Однако это может приводить к появлению ЗАЖИМОВ (рис. 1.23) при условии: а0 << ΔН/2 15 Рисунок 1.23 - Образование зажима при протяжке малыми подачами. Поэтому при протяжке оптимальной считают относительную подачу: a0 / B0 = 0,4 ÷ 0,7 В этом случае и интенсивность удлинения достаточно велика, и отсутствует риск образования зажимов. Слайд 25 Выбор мощности оборудования для протяжки При протяжке каждое обжатие является ОСАДКОЙ части заготовки. Разница лишь в том, что бойки НЕ ПОЛНОСТЬЮ ПЕРЕКРЫВАЮТ заготовку, а частично – на величину очага деформации, и удельные усилия изменяются не так сильно. В связи с этим подход к определению мощности оборудования остаётся АНАЛОГИЧНЫМ ОСАДКЕ, но в формулах можно использовать не конечные размеры очага деформации, а НАЧАЛЬНЫЕ. Пресс: Молот:  L Р   в   1  0 ,17 n  1 H n 1    B n  1 L n  1 ,   L  G  1,5  10  3  в   1  0 ,17 n 1  B n 1 Ln 1 H n 1 В n 1   где: ν - коэффициент, учитывающий увеличение удельных усилий протяжки при использовании вырезных бойков, равен 1,25 (см. ниже); σВ – предел прочности материала заготовки при температуре деформации; ε – степень деформации по высоте за обжатие; Ln-1, Bn-1, Hn-1 – длина, высота и ширина очага деформации до обжатия. Слайд 26 Разновидности протяжки Основными способами протяжки являются: протяжка на плоских бойках (рассмотрена выше, рис. 1.21), ПРОТЯЖКА НА ВЫРЕЗНЫХ БОЙКАХ, протяжка С ОПРАВКОЙ, РАСКАТКА НА ОПРАВКЕ. Протяжку на вырезных бойках применяют для БЫСТРОГО увеличения длины заготовок круглого сечения. Схема протяжки с круга на круг через квадрат на плоских бойках (рис. 1.24) применяется только для достаточно пластичных металлов и малопроизводительна. 16 Рисунок 1.24 - Схема протяжки с круга на круг на плоских бойках. Вырезные бойки позволяют получать БОЛЕЕ ТОЧНУЮ ЦИЛИНДРИЧЕСКУЮ форму поперечного сечения, чем плоские. Вырезные бойки часто применяют при ПЕРВОНАЧАЛЬНОМ ОБЖИМЕ СЛИТКОВ, что даёт более равномерное течение металла в осевом направлении, снижает вероятность образования осевых трещин, затрудняет течение металла в стороны при более интенсивном течение металла вдоль оси заготовки. Протяжка проходит более интенсивно с большими подачами и уковом. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ увеличивается на 20 ÷ 40%. При протяжке на плоских бойках схема напряжённого состояния ВСЕСТРОННЕГО СЖАТИЯ БОЛЕЕ ВЫРАЖЕНА, чем на плоских (рис. 1.25, а, б), поэтому пластичность металла выше. Однако это вызывает РОСТ УДЕЛЬНЫХ УСИЛИЙ ПРОТЯЖКИ и введение в формулы для расчёта мощности оборудования поправочного коэффициента ν=1,25. в) Рисунок 1.25 - Схемы изменения поперечного сечения заготовки при протяжке на плоских бойках (а) и на вырезных (б) и внешний вид вырезных бойков (в). Вместо вырезных бойков при протяжке средних и мелких поковок может применяться подкладной инструмент: обжимки (рис. 1.26). В этом случае используют обычные плоские бойки. Рисунок 1.26 - Примеры подкладного инструмента - обжимок для быстрого получения круглого или квадратного сечения поковки. 17 Слайд 27 Протяжка с оправкой служит для увеличения длины полой заготовки за счёт уменьшения площади её поперечного сечения путём обжатия двумя бойками по обе стороны оправки (рис. 1.27). Выполняют на оправках диаметром равным или немного меньше окончательного отверстия в поковке. Оправки применяют пустотелые для возможности охлаждения с уклоном 1:100. Перед ковкой оправку нагревают до 150-250°С и обильно смазывают. Протяжку с оправкой применяют для изготовления полых деталей большой длины – котельных барабанов, орудийных стволов, полых колонн. Заготовка уменьшается по наружному диаметру, а внутренний почти не изменяется. Бойки, как правило, оба вырезные, иногда только нижний. а б Рисунок 1.27 - Схема протяжки с оправкой (а) и внешний вид оправки (б). 1 – бурт оправки, 2 – полая заготовка, 3 – боёк, 4 – поковка, 5 – оправка. Слайд 28 Раскатка на оправке служит для ОДНОВРЕМЕННОГО УВЕЛИЧЕНИЯ НАРУЖНОГО и ВНУТРЕННЕГО диаметров кольцевой цилиндрической заготовки. Раскатку выполняют УЗКИМ бойком, ориентированным большей стороной вдоль оси оправки (рис. 1.28). Это обеспечивает МИНИМАЛЬНОЕ УШИРЕНИЕ ОЧАГА деформации. Нижний боёк ОТСУТСТВУЕТ, т.к. его заменяет оправка. После каждого обжатия ПОКОВКА ПРОВОРАЧИВАЕТСЯ на небольшой угол. 18 Узкий верхний боёк Заготовка / поковка Оправка Рисунок 1.28 - Схема раскатки на оправке кольцевой заготовки. Вспомогательные операции при протяжке. Наметка, прожим, передача. Слайд 29 Наметка (засечка) применяется для ТОЧНОГО ВЫДЕЛЕНИЯ деформируемого участка заготовки (рис. 1.29). Выполняется при помощи РАСКАТОК, преимущественно круглого или призматического сечения. НА ПОВЕРХНОСТИ заготовки оформляются разметочные углубления для разбивки заготовки на участки. В последствии каждый участок обрабатывается отдельно. Рисунок 1.29 - Наметка (засечка) при протяжке. Тонкий контур – заготовка с наметкой. Основной контур – протянутая заготовка. Прожим заключается в УВЕЛИЧЕНИИ полученных при наметке углублений и придании им требуемой формы. Передача заключается в СМЕЩЕНИИ одной части заготовки относительно другой, например, при ковке коленчатых валов (рис. 1.30). Рисунок 1.30 - Схема передачи при ковке коленчатого вала. 1 – заготовка с наметкой, 2 – начало передачи, 3 – окончание передачи. 19 3.5. Основные кузнечные операции. Прошивка. Слайд 30 Прошивка заключается в образовании ПОЛОСТИ в заготовке или поковке (рис. 1.31). Прошивкой получают отверстия: ГЛУХИЕ, путём вдавливания в тело заготовки прошивня, размер и форма которого соответствует размеру и форме получаемого отверстия, и СКВОЗНЫЕ с кантовкой и удалением ПЕРЕМЫЧКИ путём пробивки (рис. 1.32). Р Поковка Надставка Прошивень Заготовка Рисунок 1.31 - Кузнечная операция прошивка. Стрелками показано течение металла из-под прошивня. Моделирование в системе QForm. Выдра а б Рисунок 1.32 - Способы пробивки перемычки после прошивки: с кантовкой (а) и на подкладном кольце (б). Выдра – отход, образующийся при прошивке перемычки. Искажение формы заготовки в результате прошивки:  бочкообразность,  утяжина на входе прошивня,  отделение металла от прошивня, если слишком тонкая перемычка,  уменьшение высоты заготовки,  увеличение наружного диаметра. Степень искажения формы прямо пропорциональна диаметру прошиваемого отверстия. Слайд 31 Усилие прошивки определяется ПЛОЩАДЬЮ поперечного сечения прошиваемого отверстия, СОПРОТИВЛЕНИЕМ деформации материала заготовки в данных температурно-скоростных условиях деформации и 20 ЗАТРУДНЁННОСТЬЮ ВЫТЕКАНИЯ МЕТАЛЛА из-под прошивня, которая зависит от ТОЛЩИНЫ СТЕНОК поковки или от отношения D/d (сомножитель в скобках): Р пр d  4 2  S D    2  1 ,1 ln  d   где: d – диаметр прошивня; D – диаметр заготовки. Отверстия >400мм в высоких заготовках ПУСТОТЕЛЫМ прошивнем с НАДСТАВКАМИ (рис. 1.33). обычно прошивают Рисунок 1.33 - Схема прошивки полым прошивнем. 1 – боёк, 2, 3 и 8 – надставки, 4 – полый прошивень, 5 – поковка, 6 – подставка, 7 – подкладное кольцо, 9 – выдра в виде стержня. Преимущества прошивки полым прошивнем:  УМЕНЬШЕНИЕ требуемых усилий прошивки за счёт уменьшения ПЛОЩАДИ контакта между заготовкой и инструментом;  существенное СНИЖЕНИЕ степени ИСКАЖЁННОСТИ формы прошитой заготовки за счёт уменьшения объёма металла, ВЫТЕКАЮЩЕГО из-под прошивня к периферии заготовки;  УДАЛЕНИЕ сердцевинной, наиболее ДЕФЕКТНОЙ пористой части слитка в отход. Иногда после прошивки заготовку ПРАВЯТ на цилиндрической ОПРАВКЕ для устранения бочкообразности (рис. 1.34, а), а отверстие КАЛИБРУЮТ при помощи продавливания сквозь него конической или бочкообразной оправки (рис. 1.34, б). Рисунок 1.34 - Правка прошитых заготовок: обкаткой по диаметру (а) и проталкиванием бочкообразного прошивня через отверстие (б). 1 – оправка, 2 – поковка. 21 Слайд 32 3.6. Основные кузнечные операции. Гибка. Гибкой заготовке придают форму, ИЗОГНУТУЮ по заданному КОНТУРУ (рис. 1.35). Гибка сопровождается ИСКАЖЕНИЕМ исходного поперечного СЕЧЕНИЯ за счёт УТЯЖКИ в месте изгиба (рис. 1.36). Чтобы не получать уменьшения сечения необходимо в месте изгиба ОСТАВЛЯТЬ УТОЛЩЕНИЕ, например с помощью предварительной ПРОТЯЖКИ (рис. 1.37). Гибку производят кувалдой, краном, с помощью подкладных штампов или приспособлений (рис. 1.38). Рисунок 1.35 - Схема гибки. Рисунок 1.36 - Искажение поперечного сечения при гибке. Рисунок 1.37 - Утолщение перед гибкой. Рисунок 1.38 - Приёмы гибки. Слайд 33 3.7. Основные кузнечные операции. Скручивание. Скручиванием производят ПОВОРОТ одной части заготовки относительно другой её части вокруг одной оси (рис. 1.39). Скручивание сопровождается некоторым УМЕНЬШЕНИЕМ ДЛИНЫ, поэтому место скручивания делают несколько ТОЛЩЕ в расчёте на последующую ПРОТЯЖКУ, которая благоприятно влияет на исходные СВОЙСТВА металлов, подверженного деформации на скручивание. Скручивание обычно производят воротком, ключом или вилкой, зажав заготовку между бойков. 22 4 Рисунок 1.39 - Схема скручивания. 1 – конечное положение вилки, 2 – направление скручивания, 3 – начальное положение вилки, 4 – заготовка. 4. Общие технологические схемы производства кованых поковок. Слайд 34 4.1. Производство кованых поковок на молотах. Небольшие поковки весом до 2,5 т. изготавливают ковкой на молотах из проката и слитков (рис. 1.40). Мерная заготовка Правка Правка Штанга (пруток) Слиток Нагрев Разделка на мерные заготовки Ковка Подогрев Охлаждение Отжиг Термообработка Обдирка Контроль качества Повторная термообработка Поковка - основной путь - дополнительные операции Рисунок 1.40 - Общая технологическая схема производства кованых поковок на молотах. В качестве ЗАГОТОВОК для ковки используют СЛИТОК, КОВАНЫЙ или КАТАНЫЙ пруток (штангу) и МЕРНУЮ заготовку, полученную рубкой из прутка. Во втором случае перед ковкой пруток РАЗДЕЛЫВАЮТ на мерные заготовки. Остывание заготовки в процессе ковки компенсируют ПОДОГРЕВАМИ. ИСКРИВЛЕНИЕ продольной оси заготовки в процессе ковки устраняют ПРАВКОЙ. Во избежание сильного коробления или растрескивания поковок из высоколегированных сталей и сплавов (из-за больших термических напряжений) их охлаждают по РЕГЛАМЕНТИРОВАННОМУ режиму. После этого такие поковки подвергают длительному ОТЖИГУ с целью снятия остаточных напряжений, а окалину, препятствующую дальнейшей обработке резанием, удаляют ОБДИРКОЙ. 23 Коробление после термообработки устраняют правкой. В случае, если свойства термообработанных поковок не соответствуют ТУ их термообрабатывают ПОВТОРНО по скорректированным режимам. Слайд 35 4.2. Классификация молотовых поковок. Для унификации технологического проектирования поковки группируют по конструктивно – технологическим признакам: 1. По НАЗНАЧЕНИЮ – поковки общего назначения, специального назначения, нормализованные (крепёжные) изделия. 2. По КОНСТРУКТИВНЫМ признакам: 4 класса  длинные тела вращения,  короткие тела вращения  тела с прямой осью смешанного сечения  тела с изогнутой осью 3. По ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ признакам эти 4 класса разделены на типы: длинные тела вращения (валы сплошные и полые); короткие тела вращения (диски, цилиндры, кольца высокие и низкие, втулки с уступами) и т.д. 4. По МАССЕ различают поковки, изготавливаемые на молотах малой мощности с МПЧ до 0,75 т; на молотах средней мощности с МПЧ 0,75-3,15 т; на крупных молотах с МПЧ >3,15 т. 5. По исходным МАТЕРИАЛАМ: поковки из углеродистой стали, легированной, инструментальной и специальной. 6. По исходным ЗАГОТОВКАМ: поковки, изготовляемые из слитков, кованных заготовок, проката, заготовок получаемых полунепрерывной разливкой. 7. По КОМПОНОВКЕ в слитке различают изготовление из слитка одной, 2-х и более одинаковых поковок, 2-х и более поковок разных типоразмеров. Такая классификация поковок позволяет свести МНОГООБРАЗИЕ схем технологических процессов к ОГРАНИЧЕННОМУ числу ТИПОВЫХ, для которых характерны ОБЩНОСТЬ и определённая последовательность основных операций, эскизов и расчётов размеров заготовок по переходам. Так, высокие кольца изготавливают с применением одной раскатки, низкие с применением 2-х раскаток и промежуточной осадкой и т.д. В РЕЗУЛЬТАТЕ при изготовлении поковок тел вращения общего назначения на молотах средней мощности применяют всего 8 типовых технологических схем. Слайд 36 4.3. Производство кованых поковок на прессах. Поковки массой 2 - 230т и БОЛЕЕ изготавливают из слитков ковкой на гидравлических прессах (рис. 1.41). Обычно используют ГОРЯЧИЕ слитки с температурой поверхности ≥700°С, поступающие из МАРТЕНОВСКИХ цехов. Захоложенные слитки, а так же при задержке нагрева, поступают в печи КОНСЕРВАЦИИ. При ковке сложных ПОКОВОК из ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ сплавов применяют ПОДОГРЕВЫ (до 4-х), а при ковке длинных валов до 7. В случае неудовлетворительного состояния поверхности слитка ДЕФЕКТЫ ВЫПЛАВЛЯЮТ газовой резкой или ВЫРУБАЮТ механическим способом. Прессовые поковки с целью унификации технологического проектирования также разделены на группы, классы и типы. 24 По назначению:  ОБЩЕГО: изготовляют по соответствующему ГОСТ из конструкционной, углеродистой и легированной стали диаметром до 800 мм.  СПЕЦИАЛЬНОГО: изготавливают в соответствии с техническими требованиями, регламентируемыми специальными стандартами и ТУ (заготовки валков для прокатных станов, штамповые кубики, турбинные роторы и диски, судовые валы изготовленные из высоколегированной стали и сплавов) массой до 100 т.  УНИКАЛЬНЫЕ поковки: из слитков 100 - 230т и более по особым заказам в единичном исполнении. Разливка стали в слитки Горячий слиток Выплавка дефектов Холодный слиток Консервация Нагрев Правка Правка Ковка Подогрев Охлаждение Отжиг Термообработка Обдирка Контроль качества Повторная термообработка Поковка - основной путь - дополнительные операции Рисунок 1.41 - Общая технологическая схема производства кованых поковок на прессах. По конструктивно - технологическим признакам, по исходной заготовке и другим признакам деление аналогично поковкам, кованным на молотах, с той лишь разницей, что заготовкой, как правило, служит слиток. Структура поковок в разных отраслях различна. В тяжёлом машиностроении преобладают поковки общего назначения, а в энергетическом машиностроении – специального. 5. Производство поковок на ковочных комплексах с программным управлением. Слайд 37 Ковочные комплексы с программным управлением - перспектива развития КШП. Пресс и манипулятор, входящие в комплекс автоматики исполняют ЗАДАННЫЕ действия. Электронная система на основе МИКРОПРОЦЕССОРА обеспечивает ОПТИМАЛЬНОЕ по характеру и быстродействия движение рабочих органов. Производительность повышается за счёт БЫСТРОЙ СМЕНЫ инструмента, ОПТИМИЗАЦИИ схемы формоизменения заготовки, увеличения скорости работы пресса и манипулятора, уменьшения числа подогревов. 25 Пресс 4-х колонный с выдвижным СТОЛОМ, выталкивателем и инструментальным магазином (рис. 1.42). В магазин можно установить 3 комплекта инструмента. МАНИПУЛЯТОРЫ напольные, рельсовые, неполноповоротные, большой I и малый II грузоподъёмностью 120 и 40 т. Режимы управления комплексом реализуют с пульта управления:  РУЧНОЕ управление прессом и манипулятором;  АВТОМАТИЧЕСКОЕ управление прессом и ручное манипулятором;  автоматическое управление прессом и согласованным перемещением обоих манипуляторов.  управление прессом и манипулятором по ПРОГРАММЕ, записанной в ЭВМ. УПРАВЛЯЮЩАЯ программа может быть разработана ЗАРАНЕЕ или ЗАПИСАНА при работе в одном из автоматических режимов. При работе программы все команды обрабатываются на ПУ, и оператор может вмешаться в работу в любой момент. Рисунок 1.42 - Состав ковочного комплекса: 1 - гидропресс мощностью 60 МН (6 000 тс), 2 – инструментальный магазин на 3 комплекта, 3 - инструментальный манипулятор, 4 – ковочные манипуляторы на 120 тс (I) и 40 тс (II), 5 – пульт управления, 6 – управляющая ЭВМ, 7 – три транспортных крана, 8 – нагревательные печи, 9 – ковочный кран. 6. Разработка технологического процесса ковки. Слайд 38 Технологическая разработка процесса ковки включает в себя следующие этапы: 1. Разработка ЧЕРТЕЖА поковки и определение её массы. 2. Определение МАССЫ и РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВКИ, установление необходимого укова, выбор слитка или проката под заготовку. 3. Выбор основных, вспомогательных и отделочных кузнечных ОПЕРАЦИЙ и их последовательности. 4. Выбор кузнечного ОБОРУДОВАНИЯ, установление режимов НАГРЕВА и охлаждения поковок. 5. Определение СОСТАВА бригады, мероприятия по технике безопасности и организации рабочего места. 26 6.1. Разработка чертежа кованой поковки. От готовой механически обработанной детали поковка отличается:  размерами, увеличенными на величину ПРИПУСКОВ под механическую обработку;  менее жёсткими ДОПУСКАМИ на размеры;  упрощенной при помощи НАПУСКОВ формой. Припуск - необходимое ПРЕВЫШЕНИЕ размеров поковки над номинальными размерами детали, обеспечивающее после обработки РЕЗАНИЕМ требуемые РАЗМЕРЫ и КАЧЕСТВО поверхности. При разработке чертежа кованой поковки ПРИПУСК назначают на ВЕСЬ РАЗМЕР детали. Например, если на размер детали 150 мм назначен припуск 10 мм, то это означает, что с каждой стороны размера 150 мм прибавится по 5 мм и размер поковки будет 150 + 10 = 160 мм. Поэтому на схеме размеров поковки (рис. 1.43) все припуски и допуски поделены на 2. НОМИНАЛЬНЫЙ размер поковки В складывается из номинального размера детали А и НОМИНАЛЬНОГО ТАБЛИЧНОГО ПРИПУСКА δ. Диапазон, в котором может изменяться номинальный размер поковки задаётся ПОЛЕМ ДОПУСКА Δ, при этом соответствующие нижнее и верхнее предельные отклонения (допуски) ΔН и ΔВ при ковке обычно составляют ПОЛОВИНУ от Δ: ΔН = ΔВ = Δ/2. Размер поковки на чертеже обычно проставляется в виде В±Δ/2. Рисунок 1.43 - Схема размеров поковки с припусками и допусками. А номинальный размер детали, Б - минимальный предельный размер поковки, В номинальный размер поковки, Г- наибольший предельный размер поковки. Слайд 39 Напуск - УПРОЩЕНИЕ формы поковки по сравнению с формой детали (рис. 1.44), достигаемое за счёт МЕСТНОГО УВЕЛИЧЕНИЯ ПРИПУСКА в целях упрощения ТЕХНОЛОГИИ изготовления поковки. Величины напусков определяются по результатам ПРОВЕРКИ отдельных элементов поковки на выполнимость в соответствии с ГОСТ. 27 Рисунок 1.44 - Схема нанесения напусков на кованую поковку типа «вал».1 – напуск на уступ; 2 – напуск на выемку; 3 – напуск на фланец; 4 – напуск на бурт; 5 – припуск; 6 – деталь.        Абсолютные величины припусков и допусков зависят от: РАЗМЕРОВ детали; КОНФИГУРАЦИИ поковки и её сечений; МАТЕРИАЛА заготовки (сталь, сплавы с особыми физическими свойствами); качества и состояния применяемых МАШИН и ИНСТРУМЕНТОВ; величины КОРОБЛЕНИЯ поковок при термообработке; от качества ПОВЕРХНОСТИ исходного материала; от требуемой ЧИСТОТЫ поверхности готовой детали и технологии её механической обработки. Слайд 40 Величины припусков и допусков стандартизированы соответствующими ГОСТ, в которых все поковки классифицированы на группы: бруски и цилиндры, пластины и диски, гладкие круглого и прямоугольного поперечного сечения, круглого поперечного сечения с уступами и т.д. Конфигурация уточняется предельным отношением их размеров. Стандартные припуски и напуски для каждой из этих групп сведены в таблицы и зависят от двух основных размеров деталей (L и D, B и H и т.д.) Припуски и предельные отклонения для поковок из УГЛЕРОДИСТОЙ и ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ, изготавливаемых ковкой на МОЛОТАХ, назначают в соответствии с ГОСТ 7829-70. Ниже изложены основные положения этого ГОСТ. Схема назначения припусков и предельных отклонений для гладких поковок показана на рисунке 1.45. Рисунок 1.45 - Схема назначения припусков и предельных отклонений для гладких поковок. 28 Для необрабатываемых поверхностей припуск не назначается при оставлении предельных отклонений. Допускается округлять расчётные номинальные размеры поковки до ближайших целых чисел в большую сторону. Слайд 41 Припуски и предельные отклонения для поковок с уступами назначают основные и дополнительные. Основные припуски δ назначают на диаметры и размеры всех сечений. Припуск на общую длину детали и длины её элементов назначают кратными припуску δ на максимальный диаметр или размер сечения. Коэффициент кратности зависит от статуса рассматриваемой длины (рис. 1.46):  общая длина детали – коэффициент кратности 2,5;  длина концевого элемента - коэффициент кратности 2,0;  длина промежуточного элемента - коэффициент кратности 1,5. Длину элементов поковки на чертеже указывают от единой базы – торца выступа максимального сечения, не являющегося торцом поковки. Предельные отклонения на длину элементов поковки назначают с теми же коэффициентами кратности предельному отклонению Δ/2 на максимальный диаметр или размер сечения. Более подробно назначение припусков будет рассмотрено в практическом занятии по разработке чертежа кованой поковки. Рисунок 1.46 - Схема назначения основных припусков и допусков на размеры кованой поковки с уступами. Слайд 42 Дополнительные припуски S назначают на диаметры или размеры всех сечений, кроме основного в зависимости от разности между диаметром или размером наибольшего и рассматриваемого сечений детали, с назначенными основными припусками. Дополнительный припуск S предназначен для компенсации несоосности ступеней поковки по отношению к основному сечению. Порядок назначения S. 1. Если поковка имеет ступень с НЕОБРАБАТЫВАЕМОЙ поверхностью, то за ОСНОВНОЕ сечение принимается именно эта ступень. 29 2. Если вся поверхность поковки подвергается обработке резанием, то ПРЕДВАРИТЕЛЬНО за основное сечение принимают ступень с МАКСИМАЛЬНЫМ ДИАМЕТРОМ и назначают дополнительные припуски S. 3. Для ПРОВЕРКИ ПРАВИЛЬНОСТИ выбора основного сечения рассчитывают площади продольных сечений ступеней с учётом основных припусков: D1×L1; D2×L2; D3×L3; … 4. где D и L – диаметр (размер сечения) и длина ступени, а затем СРАВНИВАЮТ эти площади с площадью продольного сечения ступени с МАКСИМАЛЬНЫМ диаметром Dmax×Lmax. Если площади всех проверяемых сечений оказываются МЕНЬШЕ, то за основное сечение принимают выступ с максимальным диаметром. 5. Если ЕСТЬ ступени, для которых значения продольных сечений БОЛЬШЕ, то для них рассчитывают величины А: A1 = S1×( D1×L1 - Dmax×Lmax) A2 = S2×( D2×L2 - Dmax×Lmax) A3 = S3×( D3×L3 - Dmax×Lmax) … сечение принимают ту ступень, 6. За ОСНОВНОЕ для которой А МАКСИМАЛЬНО. 7. В итоге ПРЕДВАРИТЕЛЬНО назначенный припуск S ПЕРЕНОСЯТ со вновь выбранного основного сечения на выступ с максимальным диаметром. ВЫПОЛНИМОСТЬ на поковках концевых и промежуточных уступов, выемок и буртов проверяют ПОСЛЕ назначения основных и дополнительных припусков. В случае НЕВЫПОЛНИМОСТИ назначают ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ НАПУСКИ. Подробнее процедура проверки выполнимости будет рассмотрена на практическом занятии. 30 Раздел II. ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ШТАМПОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА 1. Классификация и общие сведения об объёмной штамповке. Слайд 43 Объёмная штамповка заключается в формоизменении заготовки под действием внешних сил в специальном инструменте - штампе с полостью ручьём (рис.2.1). Исходная нагретая до температуры деформации заготовка укладывается в полость ручья нижнего штампа 5. При этом верхний штамп 1 отведён вверх. После позиционирования заготовки в ручье верхний штамп 1 совершает рабочий ход до смыкания с нижним 5 и возвращается вверх. Металл заготовки пластически деформируется, заполняет полость ручья и частично вытекает в заусенец, который позже обрезают. Рисунок 2.1 - Открытый молотовой штамп. 1 - верхний штамп, 2 вертикальная стенка ручья, 3 заусенец в заусенечной канавке, 4 - поковка, 5 - нижний штамп. Отштампованная заготовка называется штампованной поковкой или просто поковкой. Поковка является точной копией ручья штампа. В качестве деформирующего оборудования используют штамповочные молоты и прессы различных конструкций. Преимущества объёмной штамповки 1. Высокая производительность (10-100 поковок в час), в несколько раз больше ковки. 2. Возможность получения поковок максимально приближенных по форме к готовой детали, которые без напусков нельзя изготовить ковкой. 3. Значительно меньше припуски и допуски. 4. Существенная экономия металла по сравнению с ковкой за счёт уменьшения припусков, напусков и допусков. 5. Поковки изготовленные штамповкой обладают более высоким уровнем механических свойств. Недостатки объёмной штамповки 1. Ограничение по массе (габаритам) поковок: 0,5 ÷ 30кг, поковки массой 100 кг для объёмной штамповки считаются уже крупными. В основном из-за отсутствия оборудования требуемой мощности. 2. Гораздо большие усилия деформирования по сравнению с ковкой. т.к. одновременно деформируется вся поковка. Кроме того течение металла затрудняется стенками полости штампа, что обусловливает большие потребные усилия. 3. Необходимость специального инструмента - штампа, пригодного только для одинаковых конкретных поковок. Штамп сложнее и дороже, чем универсальный инструмент ковки. 31 Расходы на штамп включаются в стоимость поковки, поэтому чем больше поковок изготавливают в штампе, тем они дешевле. При массовом и крупносерийном пр-ве штамповка более рентабельна, чем ковка. В мелкосерийном и единичном производстве объёмная штамповка нерентабельна. Основные виды объёмной штамповки . В зависимости от температуры: горячая (заготовка нагревается до температуры деформации) и холодная. В зависимости от применяемого оборудования объёмную штамповку делят на: 1. Объёмная штамповка на молотах. 2. Штамповки на ГКМ (горизонтально-ковочная машина). 3. Штамповки на КГШП (кривошипный горячештамповочный пресс). 4. Штамповка на фрикционных прессах. 5. Штамповка на гидравлических прессах (ГП). 6. Штамповки на специальных машинах: o ковочные вальцы, o горизонтально- гибочные машины, o вертикально ковочные машины, o машины для электровысадки В зависимости от типа штампа: 1. Штамповка в открытых штампах. 2. Штамповка в закрытых штампах. 3. Штамповка в штампах для выдавливания. Слайд 44 Штамповка в открытых штампах. Зазор ∆ между подвижной и неподвижной частями штампа является переменным (рис. 2.2). В него вытекает металл, образуя заусенец, высота которого в процессе деформирования меняется. Заусенец закрывает выход из полости штампа и заставляет металл заполнять ручей. В конце штамповки в заусенец вытекает излишек металла. Это позволяет нарезать заготовки неточно, но заведомо с избытком. Избыток компенсирует колебания объёма заготовки из-за неточности нарезания. Штамповка в открытых штампах наиболее распространена. Рисунок 2.2 - Этапы штамповки в открытом штампе. а - относительно свободное течение металла, б - начало течения металла в заусенец, в - заполнение ручья, г доштамповка поковки по высоте, 32 Штамповка в закрытых штампах. Зазор ∆ постоянен (рис. 2.3), очень маленький и служит лишь для создания подвижности одной части штампа относительно другой. Наиболее распространена на ГКМ. Но требует точного соответствия между объёмом поковки и заготовки. Рисунок 2.3 - Штамповка в закрытом штампе. 1 - верхний штамп (пуансон), 2 - нижний штамп (матрица), 3 - поковка, 4 выталкиватель. Штамповка в штампах для выдавливания. Штампы имеют глубокие полости (рис. 2.4), которые заполняются выдавливанием. Такие штампы применяются преимущественно на КГШП, ГП и ГКМ. Рисунок 2.4 - Штамповка в штампе для выдавливания. а - штамповка прямым выдавливанием, б - штамповка обратным выдавливанием. 1 - пуансон, 2 - матрица, 3 - поковка, 4 - выталкиватель. В зависимости от количества ручьёв различают штамповку в одно- и многоручьевых штампах. При многоручьевой штамповке в штампе делается несколько ручьёв, в которых заготовка последовательно приобретает форму поковки. В зависимости от типа заготовки различают: o Штамповка от штучной заготовки: из заготовки получают 1 крупную поковку. o Штамповка от кратной заготовок: из заготовки последовательно получают определённое число поковок (2-4 шт. средних поковок) o Штамповка от прутка: конец прутка нагревают, штампуют 5-7 шт. поковок с отделением готовой, после чего конец прутка вновь нагревается и штамповка продолжается. Применяется для мелких поковок и позволяет сэкономить на операции разделки прутка на мерные заготовки. В зависимости от взаимного расположения оси заготовки и направления деформирующего усилия различают: o Штамповку плашмя: ось заготовки перпендикулярна направлению усилия . o Штамповку осадкой в торец: ось заготовки параллельна оси усилия. 33 В зависимости от числа одновременно штампуемых поковок: o Одноштучная штамповка: в штампе есть один окончательный ручей. Следует отличать от одноручьевой: там получают в единственном ручье, расположенном в штампе. o Многоштучная: в штампе несколько окончательных ручьёв. Применяют при изготовлении коротких и мелких поковок. Расчленённая штамповка: процесс штамповки производится в нескольких штампах, установленных на разном деформирующем оборудовании. Стадии заполнения ручья при открытой штамповке. По ходу заполнения ручья можно выделить 4 стадии. На первой стадии заготовка принимает более сложную форму, увеличивается контактная поверхность, возрастает усилие деформации (рис. 2.2, а). Первая стадия заканчивается когда металл заготовки достигает вертикальных стенок ручье (рис. 2.2, б). На второй стадии металл в основном течёт в глубину ручья, в открытых штампах часть металлов вытекает в разъём (рис. 2.2, в), т.е. образуется заусенец, который подлежит удалению обрезкой. Боковое давление, создаваемое наружными стенками и заусенец, увеличивает усилие деформации. Вторая стадия заканчивается, когда металл достигает донных поверхностей ручья и упирается в них. На третьей стадии происходит заполнения всего ручья (рис. 2.2, г). Четвёртая стадия заключается в доштамповке поковки по высоте. При этом в открытом ручье избыточный объём металла вытекает в заусенец, а в закрытом - в предусмотренное для этого отверстие, образуя отросток или компенсатор, если этого элемента нет в детали. Роль заусенца при открытой штамповке: при смыкании штампов часть деформируемого метала вытекает в заусенечную канавку раньше, чем весь ручей заполнится металлом. По мере смыкания штампов заусенец становится тоньше, сопротивление истечению металлов в заусенечную канавку растёт, металл начинает течь в ещё незаполненные части ручья. При дальнейшей деформации заготовки подпор, создаваемый заусенцем, становится достаточным для полного заполнения ручья. Добавить при поковки не кругл. в плане. 2. Объёмная штамповка на молотах. Особенности течения металла при штамповке на молотах. При штамповке на молоте деформация происходит за несколько ударов. В начале удара скорость инструмента превышает 6 м\сек. При деформации металла лучше заполняет верхнюю полость штампа, чем нижнюю. Причина этого в том, что металл более длительное время соприкасается с нижним штампом, и нижняя поверхность заготовки охлаждается сильнее. Кроме того, при ударе силы инерции, приложенные к заготовке, направлены вверх и способствуют лучшему заполнению ручьёв верхнего штампа, одного вклад сил инерции в это гораздо менее значителен, чем подстывания нижней части заготовки. Существенное значение для хорошего течения металла при штамповке на молоте имеет крайне малое время удара, в течение которого и 34 наблюдается интенсивное охлаждение заготовки. Время удара обычно не превышает 0,01 сек. Результатом процесса штамповки является поковка размерами и формой максимально приближенная к чистовой детали. Слайд 45 В целом СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ РАЗРАБОТКИ процесса объёмной штамповки состоит в следующем: 1. Предварительный выбор типа штампа и вида оборудования: 2. Конструирование поковки и разработка чертежа поковки. 3. Определение размеров и профиля исходной заготовки. 4. Определение переходов при штамповке. 5.Температурный режим и т\о. 6. Определение мощности оборудования. 7. Конструирование штампов. 2.1. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОКОВКИ И РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ. Отправной пункт для конструирования поковки - чертёж детали. От правильной разработки чертежа поковки зависит сложность и возможность её рационального изготовления. Этот пункт технологической разработки процесса штамповки включает следующие этапы: 1. Выбор поверхности разъёма штампа. 2. Назначение припусков, допусков и напусков. 3. Определение штамповочных уклонов и построение линии разъёма. 4. Определение радиусов закруглений. 5. Конструирование наметок под прошивку (для поковок с отверстиями). 6. Определение расположение волокон в поковке, приёмов штамповки, расположения баз последующей механической обработки и мест клеймения. Слайд 46 Выбор поверхности разъёма штампа Поверхность разъёма (ПР) - поверхность, по которой верхний и нижний штампы соприкасаются между собой. Как правило, её выбирают в виде плоскости, либо сочетания плоскостей и избегают криволинейных поверхностей из-за сложности изготовления. Линия разъёма (ЛР) - замкнутая линия, лежащая в поверхности разъёма на стыке двух полостей окончательного ручья: верхней и нижней. Линия разъёма проходит по наружному контуру поковки. При выборе ПР и ЛР следует учитывать следующее: 1. Необходимость свободной выемки поковки из верхнего и нижнего штампов. Рисунок 2.5 - Неудачный (а) и удачный (б) выбор поверхности разъёма. 35 2. Желательно, чтобы два наибольших габаритных размера детали лежали в ПР, тогда третий наименьший размер будет высотой поковки. При этом полости штампа будут иметь наименьшую возможную глубину и наибольшую ширину и длину, что обеспечит прочность штампа, лёгкость его изготовления (минимальную глубину фрезерования) и хороший выем поковки из неглубокой полости. Рисунок 2.6 - Удачный (а) и неудачный (б) выбор поверхности разъёма. h - глубина ручья, b - ширина ручья. 3. Если поковка не симметричная, то глубокие полости при штамповке на молоте должны располагаться в верхнем штампе, т. к. металл лучше течёт вверх (рис. 2.7). а б Рисунок 2.7 - Ориентирование несимметричных поковок в молотовом штампе: а - неверное, б - верное. 4. Для возможности визуального контроля сдвига между верхним и нижним штампом ПР должна пересекать вертикальную поверхность поковки, тогда сдвиг обнаруживается при обрезке заусенца (рис. 2.8, а и б). 5. В случае если на детали одна бобышка, то поверхность верхнего штампа можно выбрать гладкой, а ручей расположить в нижнем штампе (рис. 2.8, в). Рисунок 2.8 - Выбор поверхности разъёма штампов. а - правильный, б - неправильный, в - вариант с односторонней бобышкой. Слайд 47 Назначение припусков, допусков и напусков. Допуски при объёмной штамповке указывают не только на точность размеров поковки, они учитывают:  недоштамповку поковки по высоте на молоте,  износ полости ручья и поверхности разъёма штампов. В случае если шероховатость и точность поковки после штамповки удовлетворяет требованиям предъявленным к готовой детали, то припуски под механическую обработку не назначаются. В противном случае назначают припуски, в величину которых входят: 36 дефектный поверхностный слой металла, вмятины от окалины, искривление поковки, обезуглероженный слой (для стальных поковок) и др. Припуски назначают только на отдельные поверхности поковки, в большей части – поверхности сопряжения с другими деталями. Припуски и допуски при объёмной штамповки из стали назначают по ГОСТ 7505-89. В ГОСТ предусматривается деление всей номенклатуры стальных поковок по нескольким признакам. По точности изготовления различают 5 классов (Табл.2.1) в зависимости от типа применяемого оборудования:Т1, Т2, Т3, Т4 и Т5.     Таблица 2.1. - Классы точности штампованных поковок по ГОСТ 7505-89 По группе стали (Табл.2.2): М1 - сталь с массовой долей С≤0,35% и суммарной долей легирующих элементов ≤2,0% М2 - С=0,35÷0,65% или суммарной долей легирующих элементов 2,0÷5,0% М3 - С>0,65% или суммарной долей легирующих элементов >5% Таблица 2.2. - Группы стали штампованных поковок по ГОСТ 7505-89 Слайд 48 По степени сложности различают 4 группы: С1 С=0,63÷1,0; С2 С=0,32÷0,63; С3 С=0,16÷0,32; С4 С=0÷0,16 где: С = Gпоковки Vпок .  G V - вес или объём описанной фигуры (Табл.2.3). Gфигуры Vфиг. фигуры, фиг. Степень сложности определяют путём вычисления отношения массы (объёма) GП поковки к массе (объёму) GФ наименьшей геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки. Геометрическая фигура может быть шаром, параллелепипедом, цилиндром с перпендикулярными к его оси торцами или прямой правильной призмой (рис. 2.9) 37 Таблица 2.3 - Степень сложности штампованных поковок по ГОСТ 7505-89 При определении размеров описывающей поковку геометрической фигуры допускается исходить из увеличения в 1,05 раза габаритных линейных размеров детали, определяющих положение её обработанных поверхностей. Это сделано с целью учёта размеров пока несуществующей поковки. Рисунок 2.9 - Примеры вписывания поковок (деталей) в наименьшие простейшие геометрические фигуры. По конфигурации ПР штампа: П - плоская; ИН - несимметрично изогнутая; ИС - симметрично изогнутая. Кроме учёта точности изготовления, группы стали, степени сложности и конфигурации ПР, ГОСТ предусматривает зависимость припусков и допусков ОТ МАССЫ и РАЗМЕРОВ ПОКОВКИ. Особое значение при штамповке на молотах имеет допуск на недоштамповку, т. е. положительное предельное отклонение. Оно почти в 2 раза больше, чем отрицательное. Большая недоштамповка обусловлена опасностью поломки штампов в случае их сильного соударения, поэтому процесс стараются вести с недоштамповкой, без соударения штампов, но в пределах положительного допуска по высоте. Слайд 49 После определения М, С и Т по номограмме из ГОСТ 7505-89 рассчитывают исходный индекс поковки ИИ. Это интегральная величина, отражающая технологичность поковки в целом. Величины припусков и допусков напрямую зависят от значения ИИ. Более подробно - на практическом занятии по конструированию штампованной поковки. 38 Слайд 50 ГОСТ 7505-89 регламентирует напуски. К напускам при объёмной штамповке относятся: 1. Штамповочные уклоны. 2. Внутренние радиусы закруглений 3. Наметки и перемычки (плёнки) под прошивку отверстий Штамповочные уклоны (ШУ). ШУ устанавливаются на всех поверхностях деталей, располагающихся параллельно движению инструмента. Служат для лёгкого и быстрого извлечения поковки из штампа. Различают наружные и внутренние ШУ (рис.2.10). Наружный ШУ: расположен на поверхности поковки, которая при остывании отходит от поверхности ручья штампа (рис.2.10,б). Внутренний ШУ: расположен на поверхности поковки, которая при остывании прижимается к поверхности штампа (рис.2.10,в), при этом металл поковки плотно охватывает выступ ручья и снять его с этого выступа трудно. В результате происходит дополнительный контакт нагретого металла с выступом, выступ нагревается и при дальнейшей штамповке подсаживается, что ещё больше затрудняет съём поковки. Рисунок 2.10 - Наружный и внутренний ШУ (а). Остывание поковки с наружным (б) и внутренним (в) ШУ. Для избежание этого ВНУТРЕННИЕ штамповочные уклоны обычно делаются на 2-3ْ БОЛЬШЕ НАРУЖНЫХ. Величина наружных ШУ как правило не превышает 5-7ْ, т.к. назначение чрезмерно больших уклонов ведёт к росту массы поковки и снижению КИМ. ГОСТ 7505-89 устанавливает связь между типом применяемого оборудования и ШУ. На величину допустимого ШУ может влиять материал поковки, величина сил трения на поверхности «поковка - штамп». Чем меньше коэффициент трения, тем меньше может быть ШУ. При назначении ШУ следует учитывать уже имеющиеся в поковке естественные уклоны и сориентировать её так, чтобы их максимально использовать. 39 Слайд 51 Радиусы закруглений Все перемещающиеся поверхности поковки сопрягаются по радиусам. Радиус закруглений делят на наружные и внутренние (рис. 2.11) Наружные радиусы закруглений: назначают на выступающие части поковки и углы полости штампа. Металл заполняет эти углы втеканием. Внутренние радиусы закруглений: - на впадины поковки и выступы в полости штампа. При штамповке эти полости обтекаются металлом. Рисунок 2.11 - Внутренние R и наружные r радиусы скругления на поковке (а) и влияние величины радиуса на заполнение ручья (б, в). Назначение радиусы закруглений 1. Острые, нескруглённые кромки как в штампе, так и в поковке, являются КОНЦЕНТРАТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЙ. И при термообработке могут вызвать разрушение. 2. Чем меньше радиус закруглений полости, тем ТРУДНЕЕ ЕЁ ЗАПОЛНИТЬ металлом. И для получения качественной поковки требуется очень высокое усилия штамповки. При малых радиусах закругления появляются РАЗГАРНЫЕ ТРЕЩИНЫ, разрушающие штамп. 3. При малом радиусе закругления выступа штампа происходит быстрый НАГРЕВ ОСТРОЙ КРОМКИ и потеря материалом штампа прочности. В этом месте наблюдается низкая стойкость штампа. 4. Малый радиус закругления способствует «перерезанию» волокна в поковке, что ведёт к ухудшению макроструктуры. 5. В некоторых случаях из-за недостаточной величины радиуса закругления может произойти зажим металла поковки (рис. 2.11, б, г) Наружные(внешние) радиусы закруглений назначают по ГОСТ 7505-89 в зависимости от массы поковки и глубины полости ручья штампа. Внутренние радиусы закруглений, как напуски, назначают по согласованию с заказчиком примерно в 3 раза больше соответствующие наружные. Слайд 52 Наметки и пленки под прошивку отверстий. При штамповке в молотовом штампе невозможно получить сквозное отверстие поковке. Для облегчения последующей прошивки в поковке делают наметку с перемычкой – пленкой небольшой толщины. В зависимости от формы и размеров отверстий и поковок применяют 5 типов наметок. 1. Плоская наметка (рис.2.12, а): применяют для 55  D < 80 мм, если в технологии штамповки имеется предварительный ручей, то до D < 80 мм. 40 Предварительный ручей готовит место для наметки и стойкость выступа штампа небольшого диаметра остаётся удовлетворительной. С точки зрения снижения усилия последующей прошивки и увеличения КИМ толщину перемычки S надо уменьшать, однако: o при малых S усилие штамповки (в зоне плёнки осадка с боковым подпором) велико и выступы в штампе начинает «подсаживаться»; o при малой S пленка быстро остывает, его увеличивает ее прочность и ведёт к снижению стойкости штампа. Оптимальным считается соотношение S=0.1·D, S≥4 мм. Рисунок 2.12 - Наметки под прошивку отверстий. Плоская (а) и с раскосом (б). 2. Наметка с раскосом (рис.2.12, б): для D>80 мм при отсутствии предварительного ручья и для наметок в предварительном ручье. Существенно облегчает течение металла от центра к периферии. S аналогично плоской, но SMAX=1,355·S, а SMIN=0,655·S. 3. Наметка с магазином (рис. 2.13, в): применяют при D>55 мм и наличии предварительного ручья, в котором делается наметка с раскосом. В наметке уменьшается толщина среза при прошивке перемычки и не возникает больших удельных усилий, т.к. метал отжимается в полость магазина. В результате стойкость окончательного штампа увеличивается. 4. Наметка с карманом (рис. 2.13, г): применяют в низких поковках с h/d<0,07 , в окончательном ручье при штампе предварительно осаженных плоских заготовок. Рисунок 2.13 - Наметки под прошивку отверстий. Наметка с магазином (в). Наметка с карманом (г). 5. Глухую наметку (рис.2.14) применяют с целью экономии металла, когда глубина наметки получается относительно большой с большими радиусами, в этом случае прошивка нецелесообразна и отверстие в дальнейшем получают сверлением. 41 Рисунок 2.14 - Глухая наметка под прошивку отверстий. Слайд 53 Получение тонких полотен, перемычек и рёбер в поковках. Получение этих элементов является одним из самых сложных и важных вопросов при горячей штамповке поковок из труднодеформируемых металлов и сплавов. Под ТОНКИМ ПОЛОТНОМ понимают тонкую часть сечения детали, перемычку в коробчатом и 2-тавровом сечении, дно стакана и др., расположенные перпендикулярно действию деформирующего усилия. Полотно при штамповке можно рассматривать как осаживаемую заготовку, удельное усилие осадки которой определяется известной формулой: p = σS · (1 + 0,17 · d/h), где d и h - соответственно диаметр (ширина) и толщина полотна. Чем меньше толщина полотна, тем труднее его получить, при этом с уменьшением толщины усилие и работа деформации увеличиваются, а стойкость штампа снижается. При d/h ≥ 40-50 полотно осадкой получить вообще невозможно. При штамповке удельные усилия больше, чем при осадке из-за сопротивления со стороны деформируемого облоя и подпора стенок ручья штампа. Важную роль играет также температура штамповки и скорость остывания поковки в штампе. Для легких сплавов (Al, Mg и др.) характерны низкие температуры штамповки, близкие к допустимой температуре нагрева штампов, поэтому такие поковки мало остывают в штампе, и прочность их увеличивается незначительно. Стали, никелевые и титановые сплавы отличаются высокой температурой штамповки и склонностью к окалинообразованию. Быстрое остывание их в сравнительно холодных штампах ведёт к необходимости большого числа подогревов, что увеличивает толщину дефектного окисленного слоя. Поэтому толщину полотен у поковок из сталей, никелевых и титановых сплавов делают на 1-3 мм больше, чем из Al, Mg (см. табл. 2.4) В сочетании с рёбрами полотна могут образовывать открытые (а) и закрытые (б) сечения (рис. 2.15). Открытые сечения штамповать гораздо легче, чем закрытые, т.к. наличие ребра способствует сохранению тепла в полотне. Для облегчения течения металла в закрытых сечениях с большим расстоянием между ребрами полотна делают с уклоном (рис. 2.15, в). 42 Таблица 2.4. Толщина полотна в поковках из различных сплавов Рисунок 2.15 - Открытые (а), закрытые (б) сечения поковок и полотна с уклоном (в). Слайд 54 Рёбра в поковках образуются в результате выдавливания металла в соответствующие углубления ручья штампа (рис. 2.16). Для выдавливания металла в клиновидную полость в сечении ed поковки необходимо создать нормальное напряжение: Рисунок 2.16 - Схема образования ребра (а) и напряжение на входе в клиновидную полость (б). Видно, что с увеличением глубины полости h или с увеличением штамповочного уклона (b/b1) затрудняется заполнение полости штампа, поэтому 43 не следует увеличивать необходимого. штамповочный уклон больше минимального Далее см. методические указания к практическому занятию «Проектирование стальной штампованной поковки». Слайд 55 2.2. ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ. Для каждой детали выполняют ЧЕРТЁЖ ПОКОВКИ и ЧЕРТЁЖ ГОРЯЧЕЙ ПОКОВКИ. Чертёж поковки является ГЛАВНЫМ документом, содержащим ВСЮ информацию о поковке как ИЗДЕЛИИ и использующимся как при ИЗГОТОВЛЕНИИ, так и при СДАЧЕ поковки Заказчику. Конкретные примеры оформления чертежей:  Поковка колеса МТМ-162 КС11.02.002 из стали 65Г.  Поковка шатуна ВТЗ-ОГМЕТ из стали 45Х. Чертёж поковки рекомендуется выполнять в масштабе 1:1. Поковка изображается в таком же положении, как и штампуется. Поковки сложных форм размером менее 50 мм чертят в масштабе 2:1. Для крупных поковок размером более 750мм - 1:2 или 1:2,5 но сложные сечения М1:1. ГОТОВАЯ ДЕТАЛЬ наносится на фоне ПОКОВКИ штрихпунктирной или тонкой сплошной линией. Наносится лишь НЕОБХОДИМЫЙ КОНТУР детали, наглядно показывающий наличие припуска под механическую обработку. Особенности ЧЕРТЁЖА ПОКОВКИ:  размеры поковки указываются с допусками;  при простановке размеров следует учитывать  удобство проверки величины припуска  удобство проверки размеров поковки  простоту разметки заготовки при контроле геометрии. o o o o o o o На чертеже ДОЛЖНА БЫТЬ следующая информация о поковке: вес; o допустимые дефекты (по шатуну) КИМ; их глубина и способы удаления; степень сложности; o требования к микро и макро группа стали (материал); структуре; точность изготовления; o категория поковки по группам неуказанные штамповочные контроля; уклоны и радиусы; o требуемая твердость материала неуказанные допуски на поковки и, если надо, указания недоштамповку; по термообработке; o способ очистки поверхности. По ТРЕБОВАНИЮ ЗАКАЗЧИКА может включаться дополнительная информация: o указание места отпечатка при o места клеймения; замере твердости (шатун); o базы первой операции o места вырезки образцов для обработки резанием; механических испытаний; o другие особые условия. 44 Слайд 56 Чертёж ГОРЯЧЕЙ ПОКОВКИ отличается тем, что размеры поковки проставлены с учётом термического расширения, т.е. размеры поковки в первое мгновение после окончания процесса штамповки. Как правило, чертёж горячей поковки используется для изготовления штампа (пример колесо). На чертеже горячей поковки НЕ наносится КОНТУР готовой детали и НЕ проставляются ДОПУСКИ.      Особенности чертежа поковки колеса МТМ-162. на чертеже поковки отверстие ПРОШИТО, а на чертеже горячей поковки нет, т.к. последний используется для изготовления штампа; в примечаниях указан ОБЩИЙ ДОПУСК на вертикальные размеры +5/-2 мм (п. 2.в); RПОДОБР. - радиус подбирается исходя из ОФОРМЛЯЕМОСТИ поковки, но начинают с расчётного; п.9 примечаний - 50% от поставки с нижней выемкой не 50, а 30 мм – учёт возможного ПРОДАВЛИВАНИЯ ВЫСТУПА в нижнем штампе; заметный объём НЕОБРАБАТЫВАЕМЫХ поверхностей. Особенности чертежа поковки шатуна ВТЗ-ОГМЕТ.  90 - 95% поверхности поковки НЕ ОБРАБАТЫВАЕТСЯ, указать что обрабатывается;  указаны БАЗЫ первичной механической обработки;  указано МЕСТО испытания на твёрдость.  СЛОЖНОЕ СЕЧЕНИЕ поковки вынесено как отдельный вид.  оговорено применение ХОЛОДНОЙ КАЛИБРОВКИ головок по толщине;  п.19 - № комплекта вставки - штамповка на КГШП в сборных штампах со вставками. В случае внесения ИЗМЕНЕНИЙ в чертёж поковок и горячих поковок, связанных с изменением технологии, доработкой штампа и др. всё изменения обязательно ФИКСИРУЮТСЯ с указанием даты и исполнителя (на обеих поковках). 2.3. РУЧЬИ МОЛОТОВЫХ ШТАМПОВ. Слайд 57 2.3.1. Виды ручьёв. Как правило, штамповку производят с одного нагрева, последовательно передавая заготовку из одного ручья в другой (рис. 2.17). Условно все виды ручьёв можно разделить на 3 группы: 1. Штамповочные ручьи – окончательное формоизменение заготовки и получение поковки. Различают окончательный и предварительный штамповочные ручьи. 2. Заготовительные ручьи для предварительного грубого перераспределения металла по длине заготовки или по штамповочному ручью. 45 Рисунок 2.17 - Многоручьевой молотовой штамп и переходы изогнутой в плане поковки. 1 - поковка, 2 - протяжной ручей, 3 подкатной ручей, 4 - гибочный ручей, 5 - предварительный ручей, 6 клещевина, 7 - окончательный ручей. Переходы: 8 - исходная заготовка, 9 протяжка, 10 - подкатка, 11 - гибка, 12 предварительная штамповка, 13 окончательная штамповка. Заготовительные ручьи условно разделяют в зависимости от способа применяемой окончательной штамповки:  поперёк оси (штамповка плашмя) o формовочный; o подкаткой (открытый и закрытый); o протяжной (открытый и закрытый); o пережимной; o площадка для расплющивания; o площадка для протяжки; o гибочный. Слайд 58  вдоль оси заготовки (штамповка осадкой в торец) o площадка для осадки; o специальный формовочный ручей; o высадочный ручей. 3. Отрубные ручьи - для отделения отштампованной поковки от прутка или кратной заготовки. Различают передний и задний ножи. 2.3.2. Штамповочные ручьи. Окончательный ручей состоит из полости, заусенечной канавки и клещевины (рис. 2.18). Полость выполняют по чертежу горячей поковки, который получают из чертежа поковки учитывая термическое расширение (для стали оно составляет примерно 1,5%). Рисунок 2.19 Окончательный ручей и его элементы. 1 - полость, 2 - заусенечная канавка, 3 - клещевина, ··· - граница между мостиком и магазином заусенечной канавки. 46 Слайд 59 Заусенечная канавка (рис. 2.20), как правило, имеет по ширине 2 участка: низкий – МОСТИК, примыкающий непосредственно к ручью, и расположенный за ним более высокий МАГАЗИН. На участке мостика создаётся СОПРОТИВЛЕНИЕ ИСТЕЧЕНИЮ металла из ручья. Магазин служит для РАЗМЕЩЕНИЯ большей части избыточного металла. Наиболее часто применяют канавку типа I. Толщину мостика hЗ рассчитывают исходя из FП площади проекции поковки на плоскость разъёма: hЗ  0,015 FП Рисунок 2.20 - Типовые сечения заусенечных канавок. hЗ и bЗ - толщина и ширина мостика, b1 - ширина магазина. Для разного типа поковок канавка I должна иметь РАЗНЫЕ РАЗМЕРЫ, в частности bЗ, что позволяет РЕГУЛИРОВАТЬ СОПРОТИВЛЕНИЕ истечению металла на участке мостика и управлять ЗАПОЛНЕНИЕМ ручья (Таблица 2.5). Таблица 2.5 Размеры заусенечных канавок I типа. Sз, мм2 1 1 1 1 1,5 1,5 2 2 b1, мм 3 3 3 3,5 4 5 6 7 bз, мм 0,6 0,8 1,0 1,6 2 3 4 5 Sз, мм2 1 2 3 4 5 6 7 8 b1, мм мм сложных форм с труднозаполняемыми глубокими полостями bз, мм R, мм №3 - при штамповке Sз, мм2 h1, мм выдавливанием в случае несложной формы поковки b1, мм hз, осаживанием или при наличии элементов выдавливания bз, мм Номер высоты №1 - при штамповке Номер ширины №2 - при штамповке 6 6 7 8 9 10 11 12 18 20 22 22 25 28 30 32 52 69 80 102 136 201 268 343 6 7 8 9 10 12 14 15 20 22 25 25 28 32 38 40 61 77 91 113 153 233 344 434 8 9 10 11 12 14 16 18 22 25 28 30 32 38 42 46 74 88 104 155 177 278 385 506 47 9 10 11 6 8 10 8 10 12 2,5 3 3 13 14 15 35 38 40 435 601 768 16 18 20 42 46 50 530 745 988 20 22 25 50 55 60 642 903 1208 Канавки сечением типа II применяют когда перед обрезкой необходимо КАНТОВАТЬ поковку на 180°, а массивная и сложная часть поковки расположена в ВЕРХНЕМ штампе. Сечение типа III применяют на ОТДЕЛЬНЫХ участках поковки, где ожидается ПОВЫШЕННЫЙ РАСХОД металла в заусенец в случае невозможности получения рационального распределения металла в заготовительных ручьях. Канавки типа IV применяют для РЕЗКОГО УВЕЛИЧЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ истечению металла в заусенец по мере заполнения канавки. Это обеспечивает БЫСТРОЕ и чёткое ЗАПОЛНЕНИЕ РУЧЬЯ при малом объёме заусенца. Однако ВЕЛИКА ТРУДНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ клиновой канавки вокруг ручьёв, имеющих сложную форму, а также такие канавки неудобны при неравномерном образовании заусенца по периметру поковки. В основном применяются при штамповке некоторых КРУГЛЫХ в плане поковок. Слайд 60 Выемка для клещевины (рис. 2.21) служит для размещения части ПРУТКА или КЛЕЩЕЙ, которыми УДЕРЖИВАЕТСЯ заготовка и облегчения УДАЛЕНИЯ поковки из ручья. Заусенец, вытекающий в канавку, образует над клещевиной «козырёк», за который удобно взяться клещами. Кроме того, клещевину используют для КОНТРОЛЯ правильности формы ручья путём ЗАЛИВКИ полости через клещевину свинцом, полиэтиленом, парафином и др. легкоплавкими материалами, имеющими малую усадку. Рисунок 2.21 - Выемка под клещевину. Предварительный или черновой ручей – повторяет В ОСНОВНОМ полость окончательного, однако НЕТ ЗАУСЕНЕЧНОЙ КАНАВКИ. Применяют при штамповке сложных поковок с глубокими полостями в ручьях (рис. 2.22). Служит для ПРИБЛИЖЕНИЯ ФОРМЫ ЗАГОТОВКИ к форме полости окончательного ручья в целях ОБЛЕГЧЕНИЯ ЗАПОЛНЕНИЯ и повышения СТОЙКОСТИ окончательного ручья. Форма полости предварительного ручья несколько ПРОЩЕ, чем окончательного. После предварительного ручья окончательный заполняется в основном по СХЕМЕ ОСАЖИВАНИЯ с незначительным течением металла в глубину полости ручья. В предварительном ручье предусматривают несколько БОЛЬШИЕ штамповочные уклоны и радиусы закруглений по сравнению с окончательным. 48 Может происходить небольшое ТЕЧЕНИЕ МЕТАЛЛА НА ПЛОСКОСТЬ разъёма. Сформировавшийся облой при необходимости обрезают. Рисунок 2.22 - Сечения предварительного (а) и окончательного (б) ручьёв. Слайд 61 2.3.3. Заготовительные ручьи, применяемые при штамповке «плашмя». Протяжной ручей (рис. 2.23) служит для УВЕЛИЧЕНИЯ ДЛИНЫ исходной заготовки за счёт уменьшения площади её поперечных сечений. Может быть открытым и закрытым. Действие аналогично кузнечной операции протяжке, однако РАЗМЕРЫ ручья привязаны к КОНКРЕТНОЙ заготовке и поковке. Рисунок 2.23 - Протяжной ручей открытый и закрытый. Подкатной ручей (рис. 2.24) служит для увеличения площади поперечного сечения (НАБОРА металла) в одних местах исходной заготовки и уменьшения площадей поперечного сечения в других (ПЕРЕЖИМА металла). При обработке в подкатном ручье заготовку ПОВОРАЧИВАЮТ вокруг оси на угол 15 - 90° после каждого удара. Подкатной ручей может быть ОТКРЫТЫМ (рис. 2.24, а, б) и ЗАКРЫТЫМ (рис. 2.24, в, г). Действие закрытого подкатного ручья подобно вырезным бойкам. Профиль ручья строят в соответствии с РАСЧЁТНОЙ ЗАГОТОВКОЙ, причём площади её поперечных сечений соответствуют площадям поковки с заусенцем. 49 д) Рисунок 2.24 - Сечения открытого (а, б), закрытого (в, г) подкатных ручьёв и заготовка после подкатки (д). Слайд 62 Формовочный ручей (рис. 2.25) предназначен для придания заготовке формы, хорошо УКЛАДЫВАЮЩЕЙСЯ В ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ручей. Это способствует уменьшению объёма металла вытекающего в заусенец. В ручье по заготовке наносится 1 - 2 удара, а затем она укладывается в окончательный ручей С КАНТОВКОЙ на 90°. В формовочный ручей заготовка поступает ПОСЛЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ обработки в подкатом или протяжном ручьях, где металл распределяется по длине исходной заготовки. Профиль формовочного ручья СТРОЯТ ВПИСЫВАНИЕМ его в контур окончательного ручья в плане. Рисунок 2.25 - Сечения формовочного ручья. Заготовка до формовки (1) и после формовки (2). Пережимной ручей (рис. 2.26) служит для увеличения ширины заготовки в некоторых сечениях. Применяют для поковок с относительно большой шириной в плане. В пережимной ручей заготовка поступает чаще всего после протяжного ручья, а затем без кантовки в штамповочный. Рисунок 2.26 - Схема пережимного ручья: а - формоизменение поковки; б штамп с пережимным ручьем; в - профиль пережимного ручья; 1 - контур заготовки после пережимного ручья; 2 - пережимной ручей; 3 - исходная заготовка; 4 - увеличение сечения по сравнению с исходной заготовкой; 5 уменьшение сечения по сравнению с исходной заготовкой; 6 - фасонное сечение пережимного ручья; 7 - минимальное сечение пережатой заготовки. 50 Слайд 63 Площадка для расплющивания (рис. 2.27) специальное ПЛОСКОЕ УГЛУБЛЕНИЕ на поверхности разъёма штампов, куда ПЛАШМЯ укладывают заготовку и наносят по ней 1 - 2 удара. Заданная ТОЛЩИНА заготовки обеспечивается при СМЫКАНИИ штампов. Заготовка приобретает форму и размеры, предотвращающие опасность получения зажимов в основаниях высоких рёбер на поковке и др. дефектов. Рисунок 2.27 Площадка для расплющивания. Гибочный ручей (рис. 2.28) осуществляет изгиб и частичную формовку заготовки в соответствии с формой окончательного ручья в плане. Из гибочного ручья заготовка поступает в окончательный с кантовкой на 90°. Важно правильно выбрать взаимную ориентацию окончательного и гибочного ручьёв. Колено следующего за гибочным штамповочного ручья должно быть направлено в сторону гибочного ручья, как показано на рис. 2.17. Рисунок 2.28 - Сечения гибочного ручья. 2.3.4. Заготовительные ручьи, применяемые при штамповке осадкой в торец. Слайд 64 Площадка для осадки (рис. 2.29, а) применяется при штамповке круглых и квадратных в плане поковок. Цели применения площадки для осадки:  РЕЗКА КОРОТКИХ заготовок Н<1,25D на пресс-ножницах или пилах неудобна и некачественна, поэтому заготовки режут относительно длинные c Н/D>1,5;  при осадке с заготовок, штампуемых при температурах 900 - 1200°С (стали, никелевые и титановые сплавы) СБИВАЕТСЯ ОКАЛИНА что обеспечивает рост стойкости окончательного ручья и повышение качества поковок;  осаженную заготовку легко ЦЕНТРИРОВАТЬ в окончательном ручье; 51  с окончательного ручья снимается ЧАСТЬ РАБОТЫ ДЕФОРМИРОВАНИЯ и он меньше разогревается и изнашивается;  повышается НАКОПЛЕННАЯ СТЕПЕНЬ деформации и обеспечивается более глубокая проработка структуры заготовки. Площадка для осадки располагается НЕПОСРЕДСТВЕННО НА ПЛОСКОСТИ разъёма (зеркале) штампа на ПЕРЕДНЕМ углу, БЛИЖАЙШЕМ к нагревательной печи. Для размещения площади допускается делать штамп ШИРЕ в соответствующую сторону, не изменяя положение хвостовика. РАЗМЕРЫ площадки для осадки определяются диаметром DОС и высотой HОС ОСАЖЕННОЙ ЗАГОТОВКИ (рис. 2.29, б). При сомкнутых штампах по всей площадке остаётся ЗАЗОР (рис. 2.29, в), равный высоте осаженной заготовки HОС. Это обеспечивает гарантированное получение ТРЕБУЕМОЙ ВЫСОТЫ, а через объём и ДИАМЕТРА осаженной заготовки без промежуточного КОНТРОЛЯ размеров. Рисунок 2.29 - Молотовой штамп с площадкой для осадки (а), осаживаемая заготовка (б) и вид на площадку для осадки с угла штампа (в). Слайд 65 Специальный формовочный ручей (рис. 2.30) для формовки заготовок с ОТРОСТКАМИ (крестовина). После осадки заготовка КАНТУЕТСЯ на 90°, передаётся в специальный формовочный ручей и формуется, затем с КАНТОВКОЙ на 90° поступает в окончательный ручей. Рисунок 2.30 - Штамп со специальным формовочным ручьём для штамповки крестовины. а - исходная заготовка, б - осаженная заготовка, в - заготовка после формовки, г - поковка с заусенцем; 1 площадка для осадки, 2 - специальный формовочный ручей, 3 окончательный ручей. 52 Некоторые ручьи могут применяться как при штамповке ПЛАШМЯ, так и ОСАДКОЙ в торец. Примером является ВЫСАДОЧНЫЙ РУЧЕЙ (рис. 2.31) Он служит для увеличения одного из поперечных сечений заготовки за счёт уменьшения её длины (высадка). Ручей состоит из 2-х полостей в верхнем и нижнем штампах. После заполнения конической полости ручья металл ВЫТЕКАЕТ В ПОЛОСТЬ между штампами, образуя нужное увеличение сечения заготовки. Сечение может быть УВЕЛИЧЕНО в 2-3 раза и более. Преимущество перед подкатным и протяжным ручьями заключается в более ИНТЕНСИВНОМ формоизменении (сечение можно увеличить в 2 - 3 раза против 1,3 - 1,6 в подкатом) и большой производительности. Рисунок 2.31 - Высадочный ручей (а) и штампуемая плашмя поковка (б). Слайд 66 2.3.5. Отрубные ручьи. Отрубные ручьи служат для ОТДЕЛЕНИЯ отштампованной поковки ОТ ПРУТКА, когда из исходной заготовки получают несколько поковок. Поковку укладывают перемычкой на лезвие ножа и одним ударом отсекают от заготовки. Отрубной ручей располагают В ОДНОМ ИЗ УГЛОВ ШТАМПА на переднем или заднем углу. В зависимости от этого различают ПЕРЕДНИЙ отрубной ручей (передний нож) и ЗАДНИЙ отрубной ручей (задний нож). Передний нож (рис. 2.32, а) располагают на ближнем углу штампа в плане под углом α к боковой грани штампа. Рисунок 2.32 - Отрубные ручьи: передний нож (а) и задний нож (б). 53 В полости ручья должна находиться ПОКОВКА с ЗАУСЕНЦЕМ, причём плоскость разъема поковки устанавливают ВЕРТИКАЛЬНО для уменьшения размера В1, отрубного ручья в плане. Таким образом, глубина полости Н1 должна соответствовать ширине поковки, включая заусенцы. Передний нож является более ПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫМ, работать с ним УДОБНЕЕ, так как он расположен близко к штамповщику. Но передний нож ЗАНИМАЕТ МЕСТО на передней грани штампа, которое может понадобиться для второго заготовительного ручья. Кроме того, полость переднего ножа может оказаться очень ГЛУБОКОЙ, так как ширина поковки с заусенцем может быть очень велика (> 150 мм). В этих случаях применяют задний нож. Задний нож (рис. 2.32, б) располагают так же как и передний под углом α к боковой грани штампа. Поковку с заусенцами помещают СЗАДИ штампа, а в полости ручья кладут пруток, ДИАМЕТР которого МЕНЬШЕ ширины поковки с заусенцами в плане. Поэтому полость заднего ручья мельче, а сам ручей ПРОЧНЕЕ, чем передний. Но работать на нем МЕНЕЕ УДОБНО и менее производительно. Слайд 67 2.3.6. Уравновешивание сдвигающих усилий при штамповке. При штамповке поковок с ИЗОГНУТОЙ осью или сечением, вызывающим НЕРАВНОМЕРНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ давлений, возникают горизонтальные силы, СМЕЩАЮЩИЕ половинки штампа в горизонтальной плоскости. Такое смещение чревато ОБНУЛЕНИЕМ припуска под механическую обработку на отдельных участках поковки и является недопустимым. Для устранения смещения применяют три основных способа:  соответствующий ПОВОРОТ плоскости разъёма штампа;  штамповку СДВОЕННОЙ поковки;  устройство в штампе специальных НАПРАВЛЯЮЩИХ и замков. Поворот поковки (плоскости разъёма) позволяет взаимно СКОМПЕНСИРОВАТЬ сдвигающие усилия, формирующиеся на ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ уклонах поковки. Для этого производят поворот поковки на угол δ, которому соответствует расположение крайних точек фигуры А и Б в одной ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ (рис. 2.33). Следует учитывать изменение штамповочного уклона, поэтому поворот поковки не следует применять, когда δ больше 7°. Рисунок 2.33 - Компенсация сдвигающих усилий поворотом поковки. а - до поворота, б - после поворота, Р - равнодействующая усилия штамповки. 54 Штамповка сдвоенной поковки: принцип компенсации аналогичен предыдущему, но противоположные уклоны формируются встречным РАСПОЛОЖЕНИЕМ 2-х поковок в одном штампе (рис. 2.34). Способ применим для мелких поковок, чтобы не требовался молот слишком БОЛЬШОЙ мощности. Рисунок 2.34 - Компенсация сдвигающих усилий штамповкой сдвоенной поковки. Устройство в штампе специальных направляющих и замков применяется в случае НЕВОЗМОЖНОСТИ использовать предыдущие способы. Упорный зуб (рис. 2.35) исключает сдвиг в ОДНОМ направлении. Кроме этого зуб воспринимает и исправляет смещение половинок штампа, возникающее в начале штамповки, когда зуб ещё не действует. Зазор Δ и β выбирают исходя из учёта максимальной величины возможного смещения половинок. Рисунок 2.35 - Упорный зуб. Слайд 68 Кольцевые или круглые замки (рис. 2.36) применяются для исключения сдвига во ВСЕХ НАПРАВЛЕНИЯХ кроме поворота вокруг вертикальной оси, в случае если к поковке предъявляют повышенные требования по смещению. Площадка для осадки в этом случае может ЗАНИМАТЬ часть круглого замка. Эффективность его от этого практически не уменьшается. Рисунок 2.36 - Круглый замок. а - общий вид штампа, б сечение по направляющим Долевые направляющие (рис. 2.37, а) применяют к ДЛИННЫМ поковкам с вероятностью сдвига половинок ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО оси заготовки или поворота половинок штампа. Крестовые направляющие (рис. 2.37, б) предохраняют от сдвига во ВСЕХ направлениях, но СЛОЖНЫ в изготовлении. 55 Боковые направляющие (рис. 2.37, в) также предохраняют от сдвига во всех направлениях, но оставляют СВОБОДНЫМИ ПЕРЕДНИЕ УГЛЫ ШТАМПА для размещения ЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ ручьёв. При НЕБОЛЬШИХ сдвигающих усилиях применяют шлицевые (рис. 2.37, г) или угловые (рис. 2.37, д) направляющие. Рисунок 2.37 - Различные виды направляющих. Направляющие колонки (рис. 2.38) предохраняют от сдвига во ВСЕХ направлениях, в т.ч. и от поворота, однако по сравнению с предыдущими замками ПРОЩЕ В ИЗГОТОВЛЕНИИ, т.к. не требуют большого съёма металла. Следует иметь в виду, что использование направляющих колонок НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ТИПИЧНЫМ ДЛЯ МОЛОТОВЫХ штампов, испытывающих большие ударные нагрузки. Применение направляющих колонок наиболее оптимально для ПРЕССОВЫХ штампов. Рисунок 2.38 - Направляющие колонки и их расположение в штампе. 1 - верхний штамп, 2 - зазор на диаметр колонки 0,6 - 1 мм, 3 - горячая посадка, 4 - нижний штамп. Слайд 69 2.3.7. Расположение ручьёв в молотовом штампе. Ручьи располагают относительно ЦЕНТРА ШТАМПА - пересечения оси ХВОСТОВИКА и оси ШПОНКИ (рис. 1.20). Через центр штампа проходит ось молота, вдоль которой действует УСИЛИЕ, создаваемое тормозящейся массой падающих частей в момент удара. Равнодействующая УСИЛИЯ ШТАМПОВКИ очень редко совпадает с осью молота - только при штамповке круглых поковок в окончательном ручье. Поэтому при штамповке в многоручьевых штампах всегда возникает задача рационального РАСПОЛОЖЕНИЯ РУЧЬЁВ относительно центра штампа с целью МИНИМИЗАЦИИ ПЕРЕКОСА при ударе. В ШТАМПОВОЧНЫХ ручьях возникают НАИБОЛЬШИЕ усилия штамповки, поэтому их располагают БЛИЗИ центра штампа. В заготовительных усилие деформации МЕНЬШЕ, поэтому их размещают по БОКАМ штампа (рис. 2.17). Центр ручья – точка приложения РАВНОДЕЙСТВУЮЩЕЙ УСИЛИЯ ШТАМПОВКИ в данном ручье. Для симметричных и несложных несимметричных поковок – центр ручья СОВПАДАЕТ с центром тяжести ручья с заусенцем (рис. 2.39). Для сложных поковок центр ручья СМЕЩАЕТСЯ в сторону наиболее сложных участков. 56 Рисунок 2.39 - Определение центра ручья у симметричной (а) и несимметричной (б) в плане поковки 1 - центр ручья, 2 - центр ручья и центр тяжести площади фигуры. Способы расположения предварительных и окончательных ручьёв. 1. Исходя из РАВЕНСТВА ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ, создаваемых ручьями в процессе штамповки. Принимают, что усилие штамповки в окончательном ручье примерно в 2 раза больше, чем в предварительном. Следовательно, расстояние от центра штампа до центра окончательного ручья (плечо) должно быть в 2 раза меньше, чем до центра предварительно ручья (рис. 2.40). Рисунок 2.40 - Расположение штамповочных ручьёв по первому способу. а - вид ручьёв в плане, б - схема действия сил при штамповке. 1 - предварительный ручей, 2 - окончательный ручей, 3 - центр штампа. 2. Исходя из НУЛЕВОГО ЗНАЧЕНИЯ ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА при штамповке в окончательном ручье, его центр совмещают с центром штампа. Смещение в поковках при предварительной штамповке КОМПЕНСИРУЮТ смещением половинок предварительного ручья в верхнем и нижнем штампе (рис. 2.41). Рисунок 2.41 - Расположение штамповочных ручьёв по второму способу. а - вид ручьёв в плане, б - схема действия сил при штамповке. 57 1 - предварительный ручей, 2 - окончательный ручей, 3 - центр штампа, 4 - ось молота. В обоих способах при расположении ручьёв с целью уменьшения изгибающих моментов стремятся УМЕНЬШИТЬ РАССТОЯНИЕ между центрами ручьёв, чтобы ручьи располагались ближе к центру штампа. При этом возможно даже, чтобы выступы в плане одного ручья ВХОДИЛИ в выемки другого. Слайд 70 Расположение заготовительных ручьёв. Для ЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ ручьёв место остаётся лишь на КРАЯХ штампа, при этом, несмотря на большой эксцентриситет, изгибающий момент будет НЕВЕЛИК благодаря относительно небольшим усилиям деформации в них. Обязателен учёт РАСПОЛОЖЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ на рабочем месте: 1-й заготовительной ручей размещают со стороны НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ печи. Остальные ручьи располагают в соответствии с КРАТЧАЙШИМ ПЕРЕНОСОМ заготовки (рис. 2.42). Рисунок 2.42 - Расположение заготовительных ручьёв в штампе. 1 - задний нож, 2 - окончательный ручей, 3 - предварительный ручей, 4 подкатной ручей, 5 - сопло для обдувки сжатым воздухом, 6 - нагревательная печь, 7 - протяжной ручей. 2.3.8. Определение толщины стенок молотового штампа и выбор заготовки для штампа. Стенки между полостями ручьёв и боковыми гранями штампа, а также между ручьями штампа должны обладать достаточной ПРОЧНОСТЬЮ (рис. 2.43).  глубже полость ручья h  Чем  меньше штамповочный уклон   тем толще должна быть стенка.  меньше радиус закругления r  Величина расстояния между ручьями может определяться на основании вспомогательной величины Т: T 11h cos  h  0.4r , где величины h, r и  должны соответствовать смежному ручью меньшей глубины. Толщина стенки в мм между ручьём и гранью штампа: S1 = Т - 7 58 Толщина стенки между 2-мя ручьями: S2 = (Т - 7) · cos 2 где: 2 уклон более глубокой полости. Рисунок 2.43 - Схема к расчёту толщины стенок в штампе. В любом случае принимают S ≥ 10 мм. Допустима корректировка толщины стенки S в сторону УВЕЛИЧЕНИЯ при большой протяжённости стенки. Слайд 71 Заготовками для штампов служат ШТАМПОВЫЕ КУБИКИ. Размеры штамповых кубиков определяются количеством и размерами РУЧЬЁВ, РАСПОЛОЖЕНИЕМ ручьёв, ТОЛЩИНАМИ стенок между ручьями. Размещение ручьёв начинают (рис. 2.44) с ЦЕНТРА ШТАМПА (оси молота) - точки пересечения оси хвостовика и оси шпонки. Вблизи центра штампа с учётом S размещают ШТАМПОВОЧНЫЕ ручьи, а затем по периферии – ЗАГОТОВИТЕЛЬНЫЕ. Затем с учётом S определяют необходимую длину lНЕОБХ.. и ширину bНЕОБХ. штампового кубика. Как правило, геометрический центр полученного штампового кубика НЕ СОВПАДАЕТ с осью молота (центром штампа), поэтому определяют СМЕЩЕНИЕ геометрического центра кубика относительно оси молота ∆l и ∆b. Если выполняется условие: ∆l ≤ 0,1 lНЕОБХ. и ∆b ≤0,1 bНЕОБХ., то считают, что масса падающих частей достаточно УРАВНОВЕШЕНА относительно центра молота. В противном случае размеры lНЕОБХ. и bНЕОБХ. УВЕЛИЧИВАЮТ в направлении от оси молота к центру кубика до выполнения указанного выше условия. Рисунок 2.44 - Определение размеров штампа в плане. 1 - ось молота (центр штампа), 2 центр штампового кубика. 59 Затем проверяют штамп на ДОСТАТОЧНОСТЬ ПЛОЩАДИ СОУДАРЕНИЯ. Под площадью соударения подразумевают площадь поверхности РАЗЪЁМА штампа за ВЫЧЁТОМ площади всех выемок. При НЕДОСТАТОЧНОЙ площади соударения может произойти РАЗРУШЕНИЕ штампа, при чрезмерно БОЛЬШОЙ – лишний РАСХОД штампового материала. Площадь соударения измеряется в см2 на 1 тонну массы падающих частей молота и зависит от массы штампа. МЕЛКИЕ штампы могут быть подвергнуты закалке до БОЛЬШЕЙ ТВЁРДОСТИ и прочности, поэтому они могут выдержать большие удельные усилия по площади соударения. Средние и крупные наоборот. НОРМАТИВ площади соударения: FМЕЛК. ≥ 150см2/т; FСРЕДН. ≥ 300 см2/т; FКРУП. ≥ 450 см2/т. Выбор высоты кубика должен происходить с учётом ПРОЧНОСТИ штампа и необходимости ВОЗОБНОВЛЕНИЙ штампа (ремонт ручья путём срезания его поверхности на некоторую глубину), при которых высота уменьшается. В первом приближении высоту кубика можно определить по НАИБОЛЕЕ ГЛУБОКОЙ ПОЛОСТИ, имеющейся в штампе (рис. 2.45, а). а б Рисунок 2.45 - Определение минимальной высоты штампа (а) и габаритные размеры штампового кубика (б). Для небольших глубин hmaх = 10 ÷ 25 мм: Нmin = (6 ÷ 10) hmaх Для hmaх = 50 ÷ 100 мм: Нmin = (3 ÷ 4) hmaх, причём МЕНЬШИЕ значения коэффициентов соответствуют БОЛЬШЕЙ hmaх. После определения размеров штампового кубика выбирают СТАНДАРТНЫЙ ближайший по ГОСТ 7831-55. Для гравирования ручьёв может быть использована любая грань кубика ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ В×С, т.к. через неё проходит ОСЬ исходного слитка, использовавшегося для ковки кубика (рис. 2.45, б). При расположении ручьёв следует учитывать НАПРАВЛЕНИЕ волокон и размещать ручьи по ДЛИНЕ в направлении волокна. Только в случае глубоких полостей ради прочности штампа ручьи можно размещать поперёк волокон. Оптимальная масса верхнего штампа должна быть НЕ БОЛЕЕ 0,25 ÷ 0,35 от массы падающих частей молота. 60 2.4. ВЫБОР РУЧЬЁВ МОЛОТОВЫХ ШТАМПОВ. Таблица 2.6 Классификация молотовых поковок (Семёнов КиОШ, с.208) Рисунок 2.46 - Эпюра сечений поковки и расчётная заготовка. Рисунок 2.47 - Номограмма Ребельского А.В. к выбору заготовительных ручьёв. Рисунок 2.48 - Варианты последовательного применения ручьёв при штамповке на молотах (Брюханов КиОШ, с.165) 2.5. РАСЧЁТ МАССЫ И РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВКИ. Масса исходной заготовки складывается из массы поковки и массы отходов. QЗАГ = QП + QЗ + QУГ + QКЛЕЩ В свою очередь масса поковки подсчитывается как: QП = VП ·ρ, где ρ - плотность материала поковки. Объём поковки VП определяют по номинальным размерам поковки, прибавляя половину положительного допуска на вертикальные размеры. Это позволяет учесть среднюю недоштамповку поковки по высоте. Объём заусенца рассчитывают как: QЗ = (0,75 0,8) · SЗК · РП · ρ, где: 0,75  0,8 - коэффициент заполнения заусенечной канавки; SЗК - площадь поперечного сечения заусенечной канавки; РП - периметр поковки в плоскости разъёма штампов или длина линии разъёма. Массу угара QУГ выбирают в зависимости от способа нагрева заготовок: Мазутная печь 2  3 % Газовая печь 1,5  2% Электрическая печь 0,5  1%   от массы заготовки.  Массу клещевины QКЛЕЩ определяют в зависимости от диаметра заготовки и конструктивных особенностей клещевины. Размеры заготовки рассчитывают в зависимости от применяемых ручьёв. Для ручьёв, применяемых при штамповке «плашмя»:  В наличии ТОЛЬКО ШТАМПОВОЧНЫЕ ручьи: l ЗАГ  lП 1,02  1,05 VЗАГ S  заг lЗАГ , , где: lЗАГ и lП - длина заготовки и поковки соответственно; SЗАГ и VЗАГ - площадь поперечного сечения и объём заготовки соответственно. Для относительно коротких поковок коэффициент в знаменателе принимают 1,05, длинных 1,02. 61  В наличии ПЕРЕЖИМНОЙ или ФОРМОВОЧНЫЙ ручей: l ЗАГ  lП 1,05 1,3 . 1,05 - для формовочного ручья, 1,3 - для пережима коротких поковок.  В наличии ПОДКАТНОЙ ручей: l ЗАГ  lП 1,05  1,2 . 1,05 - для поковок с 2-мя крайними бобышками в целях ОБЛЕГЧЕНИЯ течения металла вдоль оси заготовки (рис.2.49, а); 1,2 – для поковок с ОДНОЙ бобышкой и ВЫТЯНУТЫМ концом (рис.2.49, б). Рисунок 2.49 Определение длины заготовки при штамповке с подкатным ручьём.  В наличии только ПРОТЯЖНОЙ ручей: Площадь поперечного сечения заготовки устанавливают равной площади поперечного сечения поковки с УЧЁТОМ заусенечной канавки: VЗАГ l  SЗАГ = SП.МАКС + SЗК, ЗАГ S ЗАГ  В наличии ГИБОЧНЫЙ ручей: l ЗАГ  l П .РАЗВ . 1,05  1,1 , где: lП.РАЗВ. - длина РАЗВЁРТКИ поковки. Размеры заготовки для ручьёв, применяемых при штамповке «осадкой в торец» определяют с учётом удобства РЕЗКИ заготовок на прессножницах (К = Н/D >1,25) и исключения продольного ИЗГИБА заготовки при осадке (К >2,5). Т.о., оптимальным диапазоном значений К следует считать: 1,25 < K < 2,5 Обычно принимают К = 2. Тогда зная объём заготовки VЗАГ, диаметр КРУГЛОЙ заготовки DЗАГ и СТОРОНА сечения призматической заготовки АЗАГ определятся как: DЗАГ  3 4VЗАГ K и АЗАГ  3 Vзаг K 62 Выше приводилось разделение заготовок по типам в зависимости от КОЛИЧЕСТВА штампуемых из них поковок:  штучные,  парные,  кратные. Кроме того, заготовкой может служить ПРУТОК, от которого непосредственно производят штамповку. Выбор того или иного типа заготовки зависит от ВИДА штамповки, МАССЫ и РАЗМЕРОВ поковки. Так при штамповке осадкой в торец заготовка всегда штучная. При штамповке «плашмя» в основном руководствуются массой поковки:    до 1 кг – от прутка, до 5 кг - парная, > 5кг - штучная. 2.6. РАСЧЁТ МОЩНОСТИ ШТАМПОВОЧНОГО МОЛОТА. Штамповка на молотах производится ЗА НЕСКОЛЬКО ударов. Если энергии удара молота НЕДОСТАТОЧНО, то число ударов УВЕЛИЧИВАЮТ. Т.о., с точки зрения ОФОРМЛЕНИЯ поковки, правильность выбора необходимого по энергии удара молота, в определённых переделах, НЕ ИМЕЕТ существенного значения. Однако с точки зрения ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ, точности штамповки, стойкости штампов, расхода металла и энергии к выбору мощности молота предъявляются определённые ТРЕБОВАНИЯ. МОЩНОСТЬ молота характеризуется МАССОЙ ПАДАЮЩИХ ЧАСТЕЙ GПЧ (МПЧ). Наиболее часто применяются ЭМПИРИЧЕСКИЕ формулы расчёта МПЧ молотов ПРОСТОГО действия, получённые Г. Гофмейстером: GПР. ДЕЙСТ . [кг.]  10FП [см 2 ] где FП - площадь поковки в плане. Для молотов ДВОЙНОГО действия коэффициент перед FП равен 5÷6. В этой формуле не отражены ни ПРОЧНОСТЬ материала, ни ФОРМА поковки, ни параметры заусенечной КАНАВКИ, ни другие параметры, поэтому она применима лишь для ОРИЕНТИРОВОЧНЫХ расчётов. Для определения более ТОЧНОГО значения МПЧ можно воспользоваться следующим подходом: Полагается, что полезная РАБОТА, совершаемая в каждом ПОСЛЕДУЮЩЕМ ударе молота, МЕНЬШЕ, чем в ПРЕДЫДУЩЕМ. Т.е. КПД удара по мере штамповки УМЕНЬШАЕТСЯ, т.к. усилие штамповки растёт, а ход верхнего штампа снижается с каждым ударом. Тогда МПЧ необходимо выбрать такой, чтобы энергии удара заведомо ХВАТИЛО на формоизменение поковки за ПОСЛЕДНИЙ удар. Полезная работа, затрачиваемая в последнем ударе, определяется как: hЗ . НАЧ . AП   Р  dh З .ТЕК . hЗ . КОН . где: hЗ.НАЧ. – начальная высота заусенца; 63 hЗ.КОН.- конечная высота заусенца; hЗ.ТЕК.- текущая высота заусенца; Р - необходимое усилие деформирования в течение последнего удара молота. Тогда, учитывая зависимости Р  f ( , DП , lЗ , hЗ ) и AУД = 1,8 G0 где: AУД - энергия удара молота, G0 - номинальная МПЧ штамповочного молота двойного действия, получим ФИНАЛЬНЫЕ формулы для расчёта мощности (МПЧ) штамповочного молота для штамповки КРУГЛЫХ в плане поковок: и для НЕКРУГЛЫХ в плане поковок: Точные формулы для расчёта МПЧ актуальны для КРУПНОСЕРИЙНОГО и МАССОВОГО производства, когда особо важна производительность. В МЕЛКОСЕРИЙНОМ производстве возможно применение молотов с МЕНЬШЕЙ МПЧ при условии увеличения числа ударов. На практике необходимую МПЧ часто определяют по ОПЫТУ штамповки АНАЛОГИЧНЫХ поковок, ориентируясь на одинаковость МАТЕРИАЛА поковки и её габаритных РАЗМЕРОВ в плане. 64