Фирменный Автосервис

 

 

Технологические методы кузнечно-штамповочного производства

Горячая объемная штамповка
Продукциейкузнечно-штамповочного производства могут быть заготовки — кованые и штампованные поковки, изготовленные методами горячей объемной обработки давлением, и готовые детали, полученные холодной штамповкой. Заготовками для изготовления поковок являются блюмсы, сортовой прокат и слитки УНРС.схема резки прутков
Разделение материалов на штучные заготовки обычно производится на кривошипных сортовых ножницах. Блюмсы и крупный сорт разделяют газокислородной или плазменной резкой. Резка с помощью дисковых пил применяется редко из-за низкой производительности. Разрезанные заготовки нагреваются, затем куются или штампуются. Поковки подвергаются термической обработке — нормализации для углеродистых сталей или отжигу для легированных, сравнительно редко производится термическое улучшение — закалка с последующим высоким отпуском, позволяющее обеспечить наилучший комплекс физико-механических свойств материала. После термообработки производят очистку от окалины и выходной контроль формы, размеров и физико-механических свойств материала поковок, так же как для отливок.
Кривошипные и гидравлические ножницы выполняют резку ножами заготовок сдвигом одной ее части относительно другой. Они делятся на сортовые — для резки сортового и фасонного проката, листовые — для резки листового проката и комбинированные — для резки сортового листового и фасонного проката малых сечений. На сортовых ножницах можно резать пруток диаметром до 320 мм (рис. 6.2). При верхнем положении ножа 4 и прижима 3 пруток 2 подается по рольгангу до упора 6, после чего прижим опускается и прижимает пруток к неподвижному ножу 1, затем подвижной нож отрезает заготовку 5.
Длина заготовки меняется регулированием упора. Резка на кривошипных ножницах высокопроизводительна (до 12-40 заготовок в минуту) иосновные операции ковки происходит без отходов, кроме концевых. Недостатком является искажение формы заготовки: косина г — неперпендикулярность торцов образующей заготовки, смятие с и утяжины у, точность резки невысока. Для уменьшения искажений формы заготовки выпускаются ножницы для резки с дифференциальным зажимом, при которой пруток и заготовка зажимаются силой Q, пропорциональной усилию резки Р. Чтобы избежать косины торцов, применяют резку с наклоном прутка на угол фх (рис. 6.2).
Резка с предварительным подогревом применяется для не-отожженных высокоуглеродистых и легированных сталей во избежание образования торцовых трещин.
Нагрев металла перед горячей обработкой давлением производится для уменьшения сопротивления деформации (в 10-15 раз) и соответственно мощности деформирующего оборудования, а также для увеличения его пластичности. Нагревательные устройства делятся на пламенные печи, работающие на природном газе или мазуте, электрические печи и установки — сопротивления, индукционные и комбинированные. По организации нагрева эти устройства делят на камерные и методические (проходные). В камерных печах загрузка холодных заготовок и выгрузка нагретых производится через одно окно, они применяются при индивидуальном, мелко- и среднесерийном производстве. Температура рабочего пространства примерно одинакова по всему объему. Проходные печи работают непрерывно и применяются при крупносерийном и массовом производстве. Заготовки передвигаются от места загрузки к нижний штамп и переходы штамповкиместу выгрузки конвейерами, толкателями или вращением пода печи. Температура рабочего пространства этих печей нарастает в том же направлении. Для уменьшения окисления металла при нагреве применяются печи с защитной атмосферой, установки для скоростного и комбинированного нагрева, печи-ванны с расплавленными щелочами и солями и др.
Ковка применяется при единичном производстве мелких и средних поковок и при любой серийности — крупных поковок самого разного назначения, например, валов, осей, рычагов, шатунов, втулок, фланцев, зубчатых колес. Это наиболее универсальный способ обработки металлов давлением. Особенностью ковки является применение универсального основного инструмента — бойков плоских, реже вырезных и вспомогательного — прошивней, пережимок, оправок, топоров и др. (рис. 6.3). При использовании подкладных штампов — колец для осадки и высадки, протяжек; специальных подкладных штампов, например, для ковки рым-болтов, грузоподъемных крюков, головок болтов и т. п., ковка применяется при мелкосерийном производстве мелких и средних поковок.
Ковка мелких и средних поковок производится на паровоздушных ковочных молотах с массой падающих частей (баба, верхний боек, который к ней крепится, поршень и шток парового цилиндра) 0,63-8 т, тяжелых поковок— на гидравлических прессах усилием до 125 МН. Ковка мелких поковок, как правило, в инструментальном и ремонтном производствах производится на пневматических ковочных молотах с массой падающих частей до 1000 кг.штамповка по элементам детали
К достоинствам ковки относятся универсальность способа, минимальные затраты на подготовку производства и высокое качество поковок за счет благоприятной макроструктуры — направление волокон металла следует контуру поковки. К недостаткам ковки относятся большая трудоемкость, низкая производительность, большие припуски, напуски и объем последующей механической обработки.
Горячая объемная штамповка
Основной особенностью горячей объемной штамповки (ГОШ) является применение специального инструмента — штампа, пригодного для изготовления заготовок деталей только одного типоразмера, в отличие от универсального инструмента для ковки — гладких бойков. Штамп — это сложный в изготовлении и трудоемкий инструмент, поскольку обычно содержит несколько ручьев. Ручей — это совокупность вырезов в верхнем и нижнем штамп
разделительные операции листовой штамповкиодновременно деформирующих горячую заготовку. Если при ковке бойки деформируют плоские поверхности заготовки, контактирующие с ними, а боковые поверхности деформируются свободно без контакта с бойками, то при штамповке деформирование заготовки в каждом ручье заканчивается контактом металла со всеми поверхностями ручья, включая боковые. Это приводит к более интенсивному деформированию металла, повышению его пластичности, производительности процесса и возможности получения заготовок значительно более сложной конфигурации. Ручьи штампа служат для постепенного приближения заготовки для штамповки, нарезанной обычно из круглого сортового проката и имеющей чаще всего форму простейшего цилиндра, к сложной конфигурации штампованной поковки. Из-за высокой стоимости штампов ГОШ применяется при средне-, крупносерийном и массовом производстве. Горячая поковка сразу после штамповки является точным оттиском окончательного (чистового) ручья, который, как и остальные ручьи, изготовляется обработкой резанием с высокой точностью и малой шероховатостью поверхностей, поэтому величины припусков, допускаемых отклонений размеров и объем последующей механической обработки существенно меньше, чем для кованой поковки. ГОШ позволяет получить поковки более сложной конфигурации, соответствующей конфигурации (гравюре) окончательного ручья, поэтому трудоемкость штамповки значительно ниже, а производительность соответственно выше, чем при ковке.формоизменяющие листовой штамповки
ГОШ производится в закрепленных и незакрепленных штампах. Нормально штамповка осуществляется в закрепленных штампах. Обычно две части штампа надежно закрепляются: одна — в бабе молота, ползуне пресса или блоке пуансонов, вторая — в плите штамподержателя, столе пресса или матрицедержателях. Незакрепленные штампы применяются крайне редко — при мелкосерийном производстве или, когда высота штампового пространства оказывается недостаточной для извлечения поковки из штампа.
ГОШ производится в открытых и закрытых штампах. Обычно применяется штамповка в открытых штампах. Это наиболее простой, надежный и универсальный способ штамповки, позволяющий получать поковки самой сложной конфигурации. При штамповке в окончательном ручье избыточная часть металла выдавливается на поверхность разъема, образуя облой. По мере сближения частей штампа зазор между ними уменьшается, что приводит к увеличению сопротивления вытеканию металла в облой и обеспечивает надежное оформление самых трудно заполняемых частей поковки. Для нормального заполнения штампа и гарантированного оформления поковки в конструкции чистового ручья предусматривают устройство облойной канавки.
Штамповка в закрытых штампах применяется при изготовлении, как правило, поковок типа тел вращения. Дело в том, что для поковок сложной конфигурации трудно обеспечить одновременный выход штампуемого металла по периметру поковки к поверхности разъема штампа, это приводит к образованию торцового заусенца в отдельных частях поковки, заклиниванию штампа, невозможности доштамповки поковки и возможному разрушению штампа. В закрытых штампах осуществляется и штамповка выдавливанием.
ГОШ производится на паровоздушных штамповочных молотах ПШМ, кривошипных горячештамповочных прессах КГШП, горизонтально-ковочных машинах ГКМ, винтовых прессах ВП, гидравлических прессах ГП и т. д.
ПШМ представляет собой машину ударного действия и имеет много общего с ковочным паровоздушным молотом. Отличия заключаются в устройстве опорной массивной части — шабота и в системе управления. Нижняя часть штампа устанавливается на под-штамповую плиту, верхняя часть — в массивную кованую подвижную часть — бабу с помощью клина и поперечной шпонки для обеспечения надежности их крепления. ПШМ является наиболее универсальным штамповочным агрегатом, позволяющим изготовлять самые разнообразные поковки любой сложности. В молотовых штампах применяются практически все виды ручьев. Динамичность нагрузки при штамповке (скорость бабы достигает 8 м/с) обеспечивает интенсивное заполнение ручьев штампа деформируемым металлом. На молотах штамповка производится как правило в открытых ручьях, т. е. с образованием облоя. Отверстие в поковке пробивается двумя бобышками (выступами) штампа не насквозь — между ними остается перемычка определенной толщины во избежание быстрого износа или разрушения штампа. Для обрезки облоя по контуру поковки на разъеме и пробивки перемычки в отверстии применяются специальные обрезные кривошипные прессы, на которые устанавливаются специальные штампы обычно для комбинированной обрезки и прошивки поковок. Поэтому для организации микроучастка ГОШ устанавливается печь для нагрева металла, ПШМ с определенным материалом и размерами поковки массой падающих частей (масса бабы с верхней частью штампа, парового поршня и соединяющего их штока) и обрезного пресса. Массу падающих частей ПШМ ориентировочно можно определить по формуле
M = 6S,
где М — масса падающих частей молота, кг; & — площадь поковки в плане (по поверхности разъема), см .
Штамповочные молоты строят с массой падающих частей от 1 до 25 т. Как правило, обрезные прессы устанавливают в соответствии с типоразмером молота. Так для ПШМ с массой падающих частей 1 т выбирается обрезной пресс усилием 1600 кН и т. д.
ПШМ применяют при серийном и крупносерийном производстве, а с универсальными штамповыми блоками и быстросменными вставками ручьев — и при мелкосерийном.
КГШП при штамповке обеспечивает гораздо меньшую динамичность нагрузки по сравнению с молотом (скорость ползуна не превышает 1 м/с). Это приводит к менее интенсивному заполнению ручьев и часто — к увеличению необходимого количества ручьев в штампе. Вместе с тем снижаются требования к креплению штампов, что позволяет применять резьбовые устройства вместо клиньев и шпонок. Поэтому штамп для КГШП представляет собой универсальный блок из нижней плиты, которая крепится прихватами к столу пресса, и верхней плиты, которая крепится к ползуну. Плиты между собой координируются с помощью направляющих колонок и втулок аналогично штампу для листовой штамповки. В плитах предусматриваются гнезда для крепления обычно до трех вставок ручьев. В конструкции пресса предусмотрены выталкиватели с механическим приводом для принудительного удаления поковки из нижней и верхней частей штампа. Это позволяет уменьшить максимальные штамповочные уклоны с 7 до 5° для наружных поверхностей и с 10 до 7° — для внутренних по сравнению с ПШМ. Ползун КГШП осуществляет возвратно-поступательные движения с помощью кривошипно-шатунного механизма, поэтому величина хода ползуна постоянна и весь процесс деформирования металла в каждом ручье производится за один ход. Это существенное отличие КГШП от ПШМ. Баба молота с верхней частью штампа может быть остановлена в любой момент перемещения, что позволяет получать поковки с большой разницей поперечных сечений. На КГШП ход ползуна постоянен. Это существенно снижает возможности КГШП и при необходимости получения таких поковок КГШП приходится агрегатировать с такими машинами, как ковочные вальцы или горизонтально-ковочные машины (ГКМ). Уменьшение скорости деформирования позволяет применять на КГШП штамповку в закрытых ручьях и выдавливанием, но во втором случае применяются прессы с увеличенным ходом для обеспечения пространства для выталкивания удлиненных поковок. Применение закрытых ручьев исключает операцию обрезки и, соответственно, необходимость обрезного пресса. Одновременно постоянство хода ползуна приводит к увеличению производительности. Известно, что КГШП имеют большую производительность по сравнению с ПШМ. Это объясняется тем, что при большой быстроходности на ПШМ в каждом ручье приходится наносить несколько ударов, а на прессе производится один ход.
Ориентировочно необходимое усилие пресса Р (основная характеристика) можно приближенно определить по массе падающих частей молота М (кг)
Р = 1000 М, кН.
Применение КГШП эффективно при крупносерийном и массовом производстве, поскольку эти прессы стоят в 4-5 раз дороже аналогичных по мощности молотов.
ГКМ — это машина во многом аналогичная КГШП. Ползун, к которому крепится блок пуансонов со сменными пуансонами, приводится в движение в горизонтальной плоскости таким же кривошипно-шатунным механизмом. Элемент же, служащий столом КГШП, в ГКМ разделен на две части и называется блоком матриц. Неподвижная матрица крепится к станине машины, а подвижная — к боковому ползуну, приводимому в движение ку-лачково-рычажным механизмом от главного вала машины. Плоскость разъема блока матриц чаще всего вертикальна, соосна блоку пуансонов и делит каждую матрицу по продольной оси пополам. Пуансон и разъемная матрица составляют ручей штампа. Штамп ГКМ может содержать несколько ручьев. В отличие от двух предыдущих горизонтально-ковочная машина имеет два разъема штампа. Один — между блоком пуансонов и блоком матриц, аналогичный разъему между верхней и нижней частями штампа на молоте и прессе. Второй разъем проходит по оси блока матриц между неподвижной и подвижной его частями. Наличие двух разъемов позволяет существенно расширить технологические возможности ГКМ по сравнению с остальным штамповочным оборудованием. Напуски, в том числе и за счет штамповочных уклонов сводятся к минимуму. Так, наружные уклоны поковки, как правило, отсутствуют (для ПШМ они составляют 7°, для КГШП — 5°). Кроме того, штампуются поковки со сквозным отверстием, а на других машинах отверстия изготовляются с перемычками, для удаления которых требуется дополнительная обработка на обрезном прессе. Уклон сквозных и глухих отверстий при штамповке на ГКМ не превышает 3°, на ПШМ и КГШП — соответственно 10 и 7°. На ГКМ штампуются в основном поковки типа тел вращения из калиброванной прутковой заготовки. Нагретый пруток подается вдоль ручья неподвижной матрицы (в первом ручье — до упора) и нажатием на педаль включается муфта сцепления. Главный и боковой ползуны одновременно начинают перемещаться. Но кинематика движения бокового ползуна построена так, что он полностью закрывает блок матриц и защемляет пруток в зажимной части данного ручья, и только после этого подходит главный ползун, а пуансон соответствующего ручья производит необходимое деформирование не зажатой части прутка. Затем главный пуансон начинает отходить в исходное положение, и только тогда боковой ползун, осуществлявший все это время «выстой» и одновременно зажим прутка, отходит и освобождает заготовку. Пруток перекладывается в следующий ручей и процесс повторяется. Понятно, что ГКМ стоит дороже пресса и ее рационально применять при крупносерийном и массовом производстве поковок.
В качестве примера приведена схема штамповки поковки типа шатуна с отверстиями в обеих головках на ПШМ (рис. 6.4). Изображена нижняя часть штампа с четырьмя ручьями и соответствующими переходами. Заготовка 0 из прутка, отрезанная на пресс-ножницах, длиной 1заг диаметром с1заг после нагрева подается клещами в крайний левый ручей /, в котором производится протяжка части заготовки за 3-5 ударов верхнего штампа и она принимает вид 1.
Затем заготовка перекладывается в крайний правый ручей II, в котором за 2-3 удара производится подкатка и заготовка принимает вид 2, где правая сохранившаяся часть исходного прутка является клещевиной, за нее при штамповке горячая заготовка удерживается клещами. Далее заготовка перекладывается в черновой (предварительный) ручей III, имеющий конфигурацию готовой поковки, но без облойной (заусенечной) канавки и после 2-3 ударов принимает вид 3 или зачастую более сложный, поскольку часть металла может выдавливаться на плоскость разъема и начинать образование облоя.
Наконец, заготовка 3-4 ударами обрабатывается в чистовом (окончательном) ручье IV и превращается в поковку 4 с об-лоем и перемычками в отверстиях. Форма и размеры этой горячей поковки должны соответствовать требуемым с учетом температуры окончания штамповки. Шатуны обычно изготовляются из стали 40 или 50, для них температура окончания штамповки составляет 780-820 °С. Затем поковка передается обычно по пластинчатому транспортеру на кривошипный обрезной пресс, на котором в специальном комбинированном штампе производится прошивка перемычек с образованием сквозных отверстий и обрезка облоя по наружному контуру, после чего поковка приобретает окончательный вид 5. Далее поковка подвергается термообработке, для указанных марок сталей, — нормализации при температурах 800-820 °С. Поковки данного типа очищать от окалины галтовкой нерационально, поскольку в галтовочном барабане они могут погнуться, поэтому их лучше подвергать дробеметной или дробеструйной обработке. Цикл заготовительного производства для поковок заканчивается контролем их формы, размеров, механических свойств, обычно твердости по Бринеллю. При соответствии результатов испытаний чертежу и техническим свойствам поковки в качестве заготовок поступают на механическую обработку для изготовления деталей.
Холодная штамповка
Продукцией холодной штамповки являются не заготовки, как при литье, ковке, ГОШ и сварке, а как правило, готовые детали. При этом холодная штамповка является серьезным конкурентом обработке резанием. Холодная штамповка может уступать последней по отдельным показателям качества — точности и шероховатости поверхностей. Штампованные детали отличаются сравнительно высокой точностью, малой шероховатостью и, что особенно важно, стабильностью качества. По производительности холодная штамповка превосходит обработку резанием на 1-2 порядка. Однако, инструмент здесь сложен и дорог, поэтому штамповка производится на специальных (предназначенных для получения одной детали) штампах. Она эффективна при крупносерийном и массовом производстве.
Высокая производительность листовой штамповки делает применение ее очень заманчивым, но высокая стоимость инструмента — штампа не позволяла использовать ее в единичном и мелкосерийном производстве.
В настоящее время применяется ряд методов, позволяющих преодолеть это затруднение, сделав штампы более универсальными, или упростив их. Одним из этих методов является поэлементная штамповка, которая применяется для получения от нескольких штук до нескольких сотен штук деталей. Сущность его состоит в расчленении контура детали на простейшие элементы (прямые участки, закругления, пазы, отверстия), которые штампуются последовательно при помощи набора универсальных штампов.
Рассмотрим как производится штамповка по элементам детали а (рис. 6.5). Сначала на штампе для отрезки по прямой получают прямоугольную карточку б. Затем на штампе для обрезки по радиусу угла 90° по одному скругляют углы в. Далее на пробивном штампе пробивают (по одному) два отверстия г наконец, на штампе для пробивки П-образных пазов пробивается паз д. Штамповке на каждом штампе предшествует настройка упоров универсальных штампов на необходимый размер и установка пуансонов и матриц необходимых размеров.
Применение данного метода для достижения большего эффекта требует предварительной тщательной нормализации и стандартизации элементов конструкции изготовляемых деталей (диаметров пробиваемых отверстий, радиусов гибки и др.), имеется также ряд других методов: применение упрощенных и универсально-сборных штампов (УСШ), револьверных пробивных прессов и др.
Холодная штамповка подразделяется на объемную, осуществляемую обычно из сортового проката, и листовую.
К процессам холодной объемной штамповки относятся правка листового материала, плоскостная и объемная калибровка поковок (первая в качестве замены механической обработки), чеканка (например, монет, медалей, значков и др.), производство метизов — гвоздей, заклепок, винтов, болтов, шурупов, саморезов, гаек. Резьба в гайках нарезается метчиками, а на стержневых изделиях накатывается.
Кроме того, применяются процессы выдавливания, например при изготовлении: тюбиков, банок для аэрозолей, пива и др. из алюминиевых сплавов. Холодная объемная штамповка производится на специализированных гидравлических, кривошипно-ко-ленных чеканочных прессах, холодновысадочных и многопозиционных автоматах.
Листовая штамповка, осуществляемая из листового, реже из полосового проката, представленараздели/пельнылш и формоизменяющими операциями (рис. 6.6).
Формоизменяющие операции показаны на рис. 6.7. Разделительные и часть формоизменяющих операций, не требующих для своего осуществления большого хода ползуна (гибка, отбортовка, рельефная формовка), выполняются, как правило, на кривошипных листоштамповочных прессах простого действия (с одним ползуном), обеспечивающих высокую точность деталей и большую производительность процессов штамповки.
Для гибки при значительной серийности производства применяются специализированные гибочные кривошипные, гидравлические прессы и горизонтально-гибочные бульдозеры. Для гибки изделий типа обечаек сосудов, конусов и т. п. применяются валковые гибочные машины. Остальные формоизменяющие операции выполняются
на кривошипных прессах, а при больших габаритах деталей — на гидравлических прессах двойного действия (с двумя соосно и отдельно перемещающимися ползунами). Все операции листовой штамповки при малой серийности производства могут выполняться на гидравлических прессах простого действия.


Значение развития стандартизации и сертификации в машиностроении  Стратегия экономической безопасности Шпоночные соединения Методы оценки уровня качества и конкурентоспособности технических изделий Задачи совершенствования методов оценки качества сложной технической продукции Управление геометрической точностью деталей Радиационно-химические процессы Сетевое планирование и управление разработками Шлицевые соединения Условные обозначения подшипников 

 

Образовательный сайт Бармашовой Л.В.

Рассылки Subscribe.Ru
Современное образование
Подписаться письмом