Технология обработки металлов давлением

Лекция № 10 Технология обработки металлов давлением

Физико-механические основы обработки металлов давлением

Классификация способов обработки металлов давлением

119824553657500В современном производстве применяют следующие виды обработки металлов давлением (рис. 13.1,а-е): прокатку, прессование, волочение, ковку и штамповку.

Рис. 13.1. Схемы основных способов обработки металлов

давлением: а — прокатка; б — прессование; в — волочение; г — ковка; д— листовая штамповка; е — объемная штамповка

Прокатка (рис. 13.1, а) используется для обжатия заготовки 1 между вращающимися валками 2 прокатного стана в целях уменьшения поперечных размеров заготовки и придания ей заданной формы. Силы трения Ртр затягивают заготовку в валки, а силы F деформируют ее.

Прессование (рис. 13.1,6) представляет собой процесс вытеснения металла заготовки 1 через отверстие матрицы 2; при этом сечение выходного конца заготовки соответствует контуру отверстия в матрице. Заготовка помещается в контейнер 3, в котором на нее воздействует с силой F давящий инструмент 4.

При волочении (рис. 13.1, в) с силой F протягивают заготовку 1 через отверстие волочильного очка (волоку) 2. Площадь выходного сечения волоки меньше площади сечения исходной заготовки.

Ковка (рис. 13.1, г) применяется для изменения формы и размеров заготовки 1 за счет последовательного воздействия с силой F инструмента 2.

Штамповка вводится с целью изменения формы и размеров заготовки в специально изготовленном для каждой детали штампе. Штампом называется деформирующий инструмент, под воздействием которого материал или заготовка приобретает форму и размеры, соответствующие поверхности или контуру этого инструмента. Штамповку разделяют на листовую (рис. 13.1, д) - заготовка 1 деформируется пуансоном 2 и матрицей 3 и объемную (рис. 13.1, е) —заготовка 1 деформируется в штампе из двух половин 2

Пластичность металлов и сопротивление деформированию

Способность твердых тел проявлять пластическую деформацию называется пластичностью; Показатели пластичности: при растяжении — относительные удлинение и сужение, при динамическом изгибе — ударная вязкость, при скручивании — число кручений до излома, при статическом изгибе — нарушение сплошности поверхности, при осадке и прокатке — относительное обжатие.

При обработке давлением на заготовку действуют внешние активные силы. Внешние силы уравновешиваются внутренними усилиями, интенсивность этих усилий называют напряжениями. При характеристике операции обработки давлением используют следующие понятия: рабочее напряжение или давление. В местах контакта деформируемого тела и инструмента возникают реактивные силы трения, они препятствуют движению тела.

Основными факторами, определяющими пластичность металла при обработке давлением, являются его химический состав и структура, температура и скорость обработки, а также схема напряженного состояния.

Каждый метод обработки давлением сопровождается действием растягивающих и сжимающих напряжений. Пластическое деформирование сопровождается упрочнением, повышающим сопротивление металлов пластической деформации. Характеристикой сопротивления деформированию является предел текучести.

Сопротивление деформированию в значительной степени определяется теми же факторами, что и пластичность металлов.

Температура металла определяет характер пластического деформирования металла. Если она ниже температуры рекристаллизации, то обработка давлением считается холодной, а выше - горячей.

При холодной обработке зерна металлов вытягиваются в направлении деформации растяжения, что приводит к уменьшению их размеров в направлении деформации сжатия. Металл приобретает волокнистую структуру, становится анизотропным. Так, с помощью обработки давлением возможно управлять расположением волокон в изделии в соответствии с его условиями эксплуатации.

Металлы и сплавы при холодном деформировании помимо упрочнения изменяют электропроводность, коррозионную стойкость и другие свойства.

И при горячей обработке давлением макроструктура материала может иметь волокнистое строение за счет нерастворимых включений, которые вытягиваются в направлении деформации растяжения. Свойства металлов при горячей обработке изменяются: разрушается литая структура, а рекристаллизация дает равноосные зерна малых размеров; металл уплотняется вследствие заварки пустот; прочностные и пластические свойства повышаются.

5124454508500

325564522034500

Рис. 13.3. Сравнение методов (а) получения исходной заготовки (б)

Нагрев металла при обработке давлением

Нагрев заготовок позволяет проводить обработку давлением с меньшими усилиями и большими степенями деформации.

При нагреве углеродистых сталей выше 300 °С уменьшается сопротивление деформированию (в десятки раз), увеличивается пластичность (на десятки процентов) и почти полностью исчезают упругие свойства. Также снимаются возникающие при обработке остаточные напряжения.

При нагреве для каждого материала выбирается строго определенный температурный интервал в зависимости от его химического состава и свойств.

Основой выбора температурного интервала для углеродистых сталей служит диаграмма состояния системы железо—углерод. На рис. 13.4 представлен «стальной угол» диаграммы.

Прежде всего выбирается верхняя температура нагрева. Для углеродистых сталей нагрев до температур, близких к линии солидус, может привести к неисправимому дефекту — пережогу. Чуть меньшая температура может привести к перегреву сталей и резкому росту размеров зерен.

600\

Нагрев заготовок до больших температур сопровождается и вредными явлениями. При взаимодействии металла с атмосферой происходит окисление, в результате чего образуется окалина, состоящая из оксидов железа. Окалина имеет большую твердость, чем разогретый металл, поэтому износ деформирующего инструмента возрастает в два раза.

Рис. 13.4. Интервалы температур нагрева при обработке давлением

Окалинообразование ухудшает качество поверхности заготовки. Окисляется и углерод, что приводит к обезуглероживанию поверхности заготовки.

Нижняя температура (не ниже температуры рекристаллизации) также оказывает большое влияние на металл. При обработке вследствие контакта с холодным инструментом и отбором теплоты окружающей средой заготовка может переохладиться сверх нормы. Это приведет к упрочнению и растрескиванию металла. Если же заканчивать обработку при температурах выше нижнего предела, то можно получить при остывании деформированной заготовки крупнозернистую структуру, что снижает ударопрочность деталей машин.

Помимо температурного диапазона устанавливаются скорость нагрева, время выдержки заготовки в нагревательном устройстве и другие параметры.

Применяются различные типы нагревательных устройств, подразделяющиеся на нагревательные печи и электронагревательные устройства.

Печи по источнику энергии делятся на пламенные и электрические. Пламенные печи, работающие на жидком или газообразном топливе, подразделяются на камерные и методические. В камерных печах температура одинакова по всему рабочему пространству, в методических — повышается в направлении от загрузочного к разгрузочному местам печи.

Камерные печи применяются в мелкосерийном производстве для нагрева заготовок с большой массой,

Методические печи применяются в прокатном и крупносерийном штамповочном производствах.

В стенках электрических печей устанавливают металлические или карборундовые электронагреватели. Используют электропечи для нагрева заготовок из стали и цветных сплавов.

Электронагревательные устройства бывают индукционные и контактные. При пропускании по индуктору (рис. 13.5, а) тока в находящихся в переменном электромагнитном поле заготовках возникают вихревые токи, приводящие к нагреву заготовок. Во избежание окалинообразования нагрев проводится в атмосфере нейтральных газов. Этот тип нагревательных устройств применяется в условиях крупносерийного производства, так как силовая электроустановка сравнительно дорога и для каждого типа деталей необходимо изготавливать сложные индукторы.

В устройствах электроконтактного нагрева (рис. 135 б) может осуществляться непрерывный нагрев (например, прутка между двумя парами вращающихся роликов) При прохождении тока большой силы через заготовку, обладающую электросопротивлением, выделяется теплота.

157924574358500При загрузке и выгрузке крупных заготовок в пламенные печи применяются различные устройства и приспособления, а для открывания и закрывания дверей — вспомогательные механизмы. Так, используют печи с выдвижным подом, карусельные с вращающимся подом, конвейерные с шагающим подом, непрерывные с роликовым подом.

Рис.13.5 Схемы электронагревательных устройств:

а – индукционного; б - контактного

В производстве используются механизированные индукционные нагреватели методического действия. Двух- и трехручьевые нагреватели этого типа обеспечивают высокую производительность труда. Установка индукторов с переменным шагом витков сокращает время нагрева заготовок в три раза, что обеспечивает изготовление изделий на быстроходном оборудовании.

ПРОКАТКА, ПРЕССОВАНИЕ И ВОЛОЧЕНИЕ

Сущность процесса прокатки

Прокатка является самым распространенным видом обработки давлением. Схемы прокатки показаны на рис. 14.1, а., г.

Объем металла, заключенный между дугами захвата АВ, боковыми гранями полосы и плоскостями АА и ВВ, называется очагом деформации (длиной l), а угол а, соответствующий дуге АВ, — углом захвата (рис. 14.1, а).

Степень деформации при прокатке характеризует основные показатели процесса.

Относительное обжатие определяют по формуле

где ΔH — абсолютное обжатие; H0 — исходная толщина; Hк — конечная толщина заготовки.

Рис. 14.1. Схемы прокатки: а и б — продольная; в — поперечная; г — поперечно-винтовая

Коэффициент вытяжки равен:

где lк — конечная длина заготовки; l0 — исходная длина; S0 — исходная и SК — конечная площадь поперечного сечения заготовки. Площадь поперечного сечения заготовки при прокатке всегда уменьшается, поэтому коэффициент вытяжки ц за проход равен 1,1. ..1,6.

96964564135000О возможности проведения прокатки судят по условию захвата металла валками. Оно определяется проектированием силы N — нормальной реакции валков на начальную силу р, с которой заготовка подается в валки, и силы трения Т на горизонтальную ось (рис. 14.1,6), в

Рис. 14.2. Компоновочная схема главной линии прокатного стана

результате получается неравенство

N sin а < Т соs а,

так как Т= fN, имеем sin а < f соs а или f > tg а. Отсюда следует условие захвата: прокатка возможна, когда коэффициент трения между валками и заготовкой больше тангенса угла захвата. Максимальный угол захвата при прокатке крупных заготовок составляет 24...30°, горячей прокатке листов и полос— 15...20°, холодной прокатке листов и лент со смазкой — 2...10°.

Основными разновидностями прокатки являются продольная, при которой заготовка перемещается перпендикулярно осям валков (рис. 14.1,а и б), поперечная и поперечно-винтовая (рис. 14.1, а и г). Поперечная прокатка характеризуется вращением валков 1 в одну сторону. Заготовка 2, вращаясь и перемещаясь вдоль оси валков, деформируется. При поперечно-винтовой прокатке валки 1 располагаются под углом друг к другу, в процессе деформирования заготовка получает вращательное и поступательное движение.

Устройство прокатных станов

Прокатным станом называется комплекс машин и агрегатов, предназначенных для осуществления пластической деформации металла в валках (собственно прокатки), дальнейшей его отделки (правки, резки и пр.) и транспортирования. В связи с этим оборудование прокатного стана делится на три группы: 1) основное оборудование, входящее в главные линии или, что то же, линии рабочих клетей; 2) вспомогательное оборудование; 3) транспортное оборудование.

В оборудование главной линии (рис. 14.2) входят рабочая клеть 4, передаточные механизмы 7...10 и электродвигатель 11. Основным агрегатом стана является рабочая клеть, состоящая из двух массивных вертикальных станин 2, установленных на плитовины 1, которые прикрепляются к фундаменту анкерными болтами. В верхней части станины соединены траверсой 3. В станинах смонтированы подушки с подшипниками и валками, в частности опорными 5 и рабочими 6. Валки, являясь основным рабочим инструментом стана, выполняют главную операцию прокатки— деформируют (обжимают) металл и придают ему заданную форму поперечного сечения.

Валки могут иметь гладкую цилиндрическую поверхность в рабочей части; в этом случае они используются для прокатки листов. Для производства профилей (квадрат, уголок и др.) применяют калиброванные или сортовые валки, у которых на рабочей части (бочке) протачиваются углубления — ручьи в соответствии с формой прокатываемых изделий. Валки изготовляют из различных материалов: углеродистых сталей и чугунов, литейных и деформируемых высокопрочных сталей, чугунов повышенной прочности, легированных чугунов, легированных сталей, металлокерамических (твердых) сплавов.

Прокатные станы классифицируются по числу и расположению валков в рабочих клетях, числу и расположению рабочих клетей и назначению станов.

В зависимости от числа и расположения валков в рабочих клетях (рис. 14.3) прокатные станы делятся на пять групп: двухвалковые — дуо (а), трехвалковые — трио (б), четырехвалковые — кварто (в), многовалковые (г) и универсальные (д) соответственно.

По назначению они разделяются на станы для производства полупродукта, станы готовой продукции и станы специального назначения.

Первая группа включает обжимные станы (блюминги и слябинги) для получения полупродуктов крупного сечения и последующей их прокатки на сортовой или листовой металл. В эту группу входят и заготовочные станы для получения полупродуктов более мелкого сечения из блюмов или небольших слитков.

По виду выпускаемой продукции станы второй группы делятся на сортовые, листовые и трубные.

127444562547500Размер блюмингов, слябингов, заготовочных и сортовых станов обусловливается диаметром бочки валков; листовых станов — длиной бочки; трубных станов — наружным диаметром прокатываемых труб.

К третьей группе относятся прокатные станы специального назначения: колесопрокатные, кольцепрокатные, шаропрокатные, для прокатки профилей переменного и периодического сечений и т. п.

Схема автоматизации непрерывного листового стана холодной прокатки показана на рис. 14.4, а. На схеме определены места установки датчиков: /—усилия прокатки; 5 — центрирования рулона; 7 — температуры валков; 9 — положения нажимных валков; 2, 3, 4, 6, 8, 10, ц —скорости, толщины, формы, центрирования, натяжения, толщины и длины полосы соответственно. Также указаны локальные автоматические системы: / — подачи рулонов; // — регулирования температуры валков; /// — установки параллельности валков; IV—регулирования натяжений; V — центрирования полосы; VI —-регулирования формы полосы; VII — регулирования натяжения полосы между клетью и моталкой; VIII — уборки и обвязки рулонов; IX — регулирования заправки полосы; X — перестройки стана; XI — регулирования скоростного режима; XII — учета времени работы и простоев стана; XIII — оптимизации управления станом с применением управляющей вычислительной машины; XIV—регулирования толщины полосы; XV — установки моталки.

Для устранения недостатков порулонного (периодического) метода производства листов на непрерывных станах в последние годы созданы станы бесконечной холодной прокатки (рис. 14.4,6). В головной части стана установлены разматыватели рулонов 1, ножницы 2 и машина для стыковой сварки 3; здесь же смонтировано петлевое устройство 5 с тележкой 4, которое обеспечивает непрерывную работу стана в период остановки полосы для сварки. После формирования рулонов на моталках 5 лист, прошедший рабочие клети стана 6, обрезается барабанными ножницами 7. Стан оснащен ЭВМ, что дает возможность реализовать систему автоматического управления его работой (АСУТП).

Рис. 14.4. Схемы прокатных листовых станов:

165544525590500а — холодной прокатки; б — непрерывной прокатки

Технологический процесс прокатки

Технологический процесс прокатки включает: подготовку исходного материала к прокатке; нагрев металла перед прокаткой; собственно прокатку; отделку и контроль.

Изготовление сортовых профилей характеризуется такой технологической последовательностью. Стальные слитки квадратного или прямоугольного сечения массой до 15 т прокатываются на обжимных станах — блюмингах. Получаемые блюмы имеют сечения от 450X450 до 150x150 мм. Автоматическая схема управления блюмингом включает в себя электронное устройство для счета рабочих ходов металла через валки, следящую систему с датчиком положения верхнего валка и устройство для программирования обжатия заготовки. Слиток проходит при его деформировании через ряд калибров, которые образуются за счет совмещения ручьев двух валков при их установке в рабочей клети прокатного стана. Калибры бывают обжимными, черновыми и чистовыми. Оптимальные варианты калибровки находят с помощью ЭВМ.

Блюмы проходят дальнейшую обработку на заготовочных станах, где могут прокатываться и слитки небольшой массы. Эти станы выдают квадратные заготовки сечениями от 125X125 до 140X140 мм или от 60X60 до 100x100 мм, а также круглые заготовки диаметрами от 75 до 300 мм. Заготовочные станы снабжают заготовками сортовые, проволочные и трубные станы.

Сортовой прокат (рельсы, крупные тавровые балки, швеллеры, уголки, круглую заготовку) производят из блюмов или заготовок на сортовых станах. Блюмы и заготовки все в больших количествах получают на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

При производстве листового проката полуфабрикатами являются слябы, имеющие в сечении толщину до 350 мм и ширину до 2300 мм. Слябы получают либо на блюмингах из слитков массой до 50 т, либо на слябингах — обжимных станах с универсальной гладковалковой рабочей клетью, либо на МНЛЗ.

Листовую сталь разделяют на две основные группы: толстые листы — толщиной 4...160 мм при ширине от 600 до 5000мм; тонкие листы — толщиной 0,2...3,9 мм при ширине от 600 до 2300 мм. Горячую прокатку тонколистовой стали осуществляют на непрерывных станах.

Горячекатаные тонкие листы в рулонах поступают на дальнейшую холодную прокатку или разрезку. Листы толщиной меньше 1,2...1,5 мм в горячем состоянии прокатывать сложно вследствие их быстрого охлаждения, поэтому рулонная прокатка их проводится в холодном состоянии, что дает возможность получить высокое качество поверхности и большую точность по толщине листа. Холодную прокатку листов проводят на непрерывных станах или станах бесконечной холодной прокатки, после чего они проходят отделочные операции: отжиг в защитных газах, обрезку кромок, разрезку на листы заданной величины, полирование и т. п.

В некоторых случаях используется несимметричная прокатка, когда рассогласовываются окружные скорости валков. Это приводит к изменению схемы напряженного состояния в очаге деформации и снижению усилия прокатки.

113728538608000Для улучшения штампуемости, повышения механических свойств и получения поверхности с

Рис. 14.5. Схема раскатки труб

малой шероховатостью отожженные листы и полосы подвергают дрессировке— холодной прокатке с небольшим обжатием (0,5...3,0 %). Несимметричная дрессировка приводит к улучшению шероховатости поверхности листа по сравнению с симметричной дрессировкой.

Трубы, получаемые прокаткой, можно разделить на две группы: бесшовные и сварные. Бесшовные трубы изготовляются в несколько операций. Сначала прошивают отверстие в слитке или круглой заготовке. Эта операция совершается на прошивном стане, использующем принцип поперечно-винтовой прокатки (рис. 14.1, г). В металле возникают радиальные растягивающие напряжения, которые являются причиной более легкой прошивки отверстия оправкой 2.

а — квадрат; б — круг; в —полоса;

г — шестигранник; д — неравнополоч-

ный угольник; е — тавр; ж — двутавр;

з — швеллер; и — рельс

Рис. 14.6. Профили сортовой стали:

1080135-40322500

Полученная гильза прокатывается в трубу на автоматических раскатных станах. Валки 1 и оправка (дорн) 2 (рис. 14.5) обеспечивают раскатку гильзы. После прокатки трубы правят, подвергают термической обработке и т. п.

Сварные трубы изготавливают в такой последовательности: формовка плоской заготовки в трубу, сварка трубы, отделка и правка. Для сварки труб применяют контактную сварку сопротивлением, электродуговую сварку под флюсом (трубы с прямыми и спиральными швами), аргонодуговую сварку (тонкостенные трубы).

Продукты прокатного производства

Конфигурация поперечного сечения прокатанного изделия называется его профилем. Совокупность различных профилей называется сортаментом. Сортамент профилей подразделяют на четыре основные группы: сортовой прокат, листовой прокат, трубы и специальные виды проката.

Профили сортового проката (рис. 14.6, а...и) делятся на две подгруппы: простой геометрической и сложной фасонной форм. Первая подгруппа объединяет сортовой горячекатаный и калиброванный стальной прокат.

Из горячекатаной стали в соответствии с ГОСТами поставляются следующие профили: квадрат (а) со стороной 5... ...200 мм и длиной от 1,5 до 10 м; круг (б) диаметрами 5...250 мм, длины прутков те же, что и у квадратных профилей; прямоугольник— полоса (в) шириной 10...200 мм и толщиной 4...60 мм, поставляется длиной от 2 до 10 м; шестигранник (г) с размерами «под ключ» 8.,.100 мм, выпускается длиной от 2 до 6 м. Точность сортового горячекатаного проката соответствует 13...17-му квалитетам.

Сортовая калиброванная сталь изготовляется холодной прокаткой из горячекатаного проката. Точность размеров по сечению более высокая (8...13-й квалитеты). Калиброванная сталь поставляется квадратной, круглой, полосовой и шестигранной. Круглая сталь может быть изготовлена с повышенной точностью (6...11-й квалитеты) и шероховатостью поверхности Ra=2,5...0,32 мкм. Эту сталь называют серебрянкой, диаметры круга 0,2... ...30 мм.

Вторая подгруппа состоит из фасонных горячекатаных профилей, поставляемых длиной до 13 м и более. К этой подгруппе относят угловую равнополочную и угловую неравнополочную сталь (рис. 14.6, д), тавровую сталь и балки двутавровые (е, ж); швеллеры стальные горячекатаные (з); рельсы для наземных и подвесных путей и рельсы крановые (и).

Листовой прокатный материал подразделяют на лист, рулон, полосу и ленту. Лист поставляется горяче- и холоднокатаным. Сортамент листовой и рулонной горячекатаной стали следующий: толщина листов от 0,5 до 160 мм; листов, свернутых в рулон, от 1,2 до 12 мм. Точность по толщине горячекатаных листов соответствует 13...17-му квалитетам. Сортамент листовой холоднокатаной стали: толщина листов от 0,5 до 5,0 мм, рулонной стали — 0,5...3,0 мм. Тонколистовую сталь шириной меньше 500 мм называют лентой, толщиной менее 0,2 мм — фольгой. Достижимая точность по толщине 10...12-й квалитеты; шероховатость поверхности Rа = 1,6...0,2 мкм, в некоторых случаях она может доходить до Rа = 0,04 мкм. Оснащение современных станов управляющими ЭВМ, системами автоматического регулирования толщины листа и другими приводит к значительному повышению точности размеров листа (до 8-го квалитета).

Основной продукт трубопрокатного производства — стальные круглые трубы большого числа наименований. К ним относят, например, бесшовные горячекатаные и холоднодеформированные трубы. Первые трубы имеют наружный диаметр 25...820 мм, толщину стенки 2,5...160 мм и длину 4,0...12,5 мм, вторые — 5... ...250мм, 0,3...24,0 мм и 1,5...12,5м соответственно. Электросварные прямошовные трубы поставляются с наружными диаметрами 8... 1620 мм, толщиной стенки 0,8... ...20,0мм и длиной 2,0...10,0м; со спиральным швом с внутренними диаметрами 159...1420 мм, толщиной стенки 3,5...14,0 мм и длиной 10,0...12,0 м.

Колеса, шары, периодические профили и другие составляют специальные виды проката.

Прокатное производство характеризуется непрерывностью и высокой автоматизацией процесса. Это высокоэффективная, трудо- и материалосберегающая, безотходная или малоотходная технология.

Сущность процесса прессования сплошных и полых профилей

Для производства прутков, профилей и труб также применяется одна из разновидностей обработки металлов давлением — прессование. Этот процесс является единственным для обработки специальных сталей, цветных металлов и сплавов с низкой пластичностью, а для целого ряда профилей оказывается более экономичным, чем прокатка. Помимо этого прессованием получают изделия очень сложной формы в поперечном сечении, что невозможно при использовании других способов обработки пластической деформации.

Различают прессование: прямое, обратное, совмещенное с прошивкой для труб, профилей переменного сечения, с противодавлением, вакуумное и др.

При прямом методе прессования (рис. 14.7, а) нагретая заготовка 4 закладывается в контейнер пресса 2. С правой стороны контейнера расположены матрицедержатель 6 и закрепленная в нем матрица 5, с левой — пуансон / с пресс-шайбой 3. При сжатии металл заготовки пластически деформируется и течет через выходное отверстие матрицы. В конце хода пуансона в контейнере остается часть металла, называемая пресс-остатком.

Рис. 14.7. Схемы прессования:

а — прямого; б — обратного; в — совмещенного с прошивкой (/ — начало прошивки;

// — конец прошивки; /// — прессование)

При обратном методе прессования (рис. 14.7,6) в контейнер 2 входит полый пуансон / с матрицей 3 на конце. При движении пуансона матрица, воздействуя на металл заготовки 4, приводит его в пластическое состояние. Металл вытекает через отверстие матрицы в обратном направлении. В прямом направлении путь металлу закрыт заглушкой 5 в матрице держателе 6. Прессование обратным методом характеризуется меньшими отходами и усилиями прессования.

Схемы прессования, совмещенного с прошивкой, показаны на рис. 14.7,6. Заготовка 5, помещенная в контейнер 3, сжимается пуансоном / и укрепленной на его конце пресс-шайбой 4 с усилием Р. На этапе / процесса конец иглы 2 частично внедряется в заготовку. Затем игла, проходя через отверстия в пуансоне и пресс-шайбе, прошивает заготовку. Через матрицу 6, закрепленную в матрице держателе 7, игла в конце этапа // выталкивает пробку (на схеме не показано). Этап /// характеризуется дальнейшим движением пуансона и выпрессовыванием металла в виде трубы.

Степень обжатия металла е при прессовании, определяется отношением разности площадей сечений контейнера и всех отверстий в матрице к площади контейнера. Обжатие может достигать 90 %, так как металл заготовки подвергается всестороннему неравномерному сжатию и имеет повышенную пластичность.

При прессовании используют различные смазочные материалы.

Прессованием обрабатывают углеродистые и легированные стали; медные, алюминиевые, магниевые, цинковые, никелевые и титановые сплавы. Исходными являются литые или прокатанные заготовки.

Прессование позволяет получать путем смены матриц большое разнообразие профилей. При этом значительно улучшаются свойства металлов готовых изделий за счет уплотнения.

Прессованные профили из алюминия, магния и их сплавов являются готовыми изделиями. Точность прессованных профилей более высокая, чем прокатанных.

Из тяжелых цветных металлов (в соответствии с ГОСТом) поставляются прессованные прутки круглые диаметрами, квадратные с размерами стороны и шестигранные с «размерами под ключ» от 10 до 160 мм.

Деформируемые алюминиевые сплавы используются в виде фасонных профилей, сортовых прутков, проволоки и труб, в основном полученных прессованием. Профили (по ГОСТам) поставляются с площадью поперечного сечения до 200 см2 и диаметром описанной окружности до 350 мм. Прутки изготовляются круглыми диаметрами от 5 до 200 мм, квадратными с размерами сторон от 7 до 160 мм, шестигранными с размерами граней от 7 до 110 мм. Трубы выпускаются с наружными диаметрами от 18 до 300 мм и толщиной стенок 1,5...40 мм.

Из деформируемых магниевых сплавов изготовляются полосы горячепрессованные с площадью поперечного сечения до 130 см2 и профили горячепрессованные сплошные и полые с площадью поперечного сечения от 0,2 до 12 см2 и диаметром описанной окружности не более 150 мм. Точность прессованных изделий достигает 13...17-го квалитетов.

Этапы прессования следующие: подготовка заготовки, заключающаяся в удалении внешних дефектов; обточкой на металлорежущих станках и разрезке на мерные длины; нагрев до заданной температуры; подача нагретого металла в контейнер пресса; выдавливание металла из контейнера через матрицу; отделка полученного изделия, в которую входят отделение пресс-остатка; правка на правильных машинах; удаление дефектов; необходимая термическая обработка.

Недостатки прессования: значительные потери на отходы, неравномерность механических свойств по длине и сечению изделия. Инструмент для прессования изготавливается из высококачественных инструментальных сталей и жаропрочных сплавов: ЗХ2В8, 4ХВ2С, 4ХН4В, 5ХНМ, 7X3, 38ХМЮА и др.

Сущность процесса волочения сплошных и полых профилей

157924591440000Волочением можно получать точные изделия с заданным качеством поверхности. При волочении заготовку протягивают через постепенно сужающееся отверстие в инструменте — волоку. Для этого к заостренному концу прутка 2 (рис. 14.8, а), пропущенного через отверстие волоки /, прикладывается усилие волочения Р. Пруток подвергается деформации — обжатию и вытяжке,

Рис. 14.8. Схемы волочения: а — прутка; б — трубы

вследствие чего он принимает форму и размеры отверстия волоки; при этом конечное сечение прутка SК меньше исходного.

Обжатие ε определяется так же, как и относительное обжатие при прокатке, с той лишь разницей, что вместо толщин учитываются площади поперечных сечений заготовки. При однократном волочении обжатие составляет 30...35 %. Для получения заданных профилей волочение может проводиться за несколько переходов.

Волочение проводится при комнатной температуре с применением смазки. При деформации может выделяться теплота, поэтому предусматривается охлаждение протягиваемого прутка. Однако металл в процессе волочения упрочняется, что снимается отжигом.

В производстве труб используется два способа волочения: без оправки и на оправке (рис. 14.8, б).

Волочением обрабатывают углеродистые и легированные стали, цветные металлы и их сплавы. Заготовками служат прокатанная проволока, а также профили и трубы. Выпускаются прутки диаметрами от 3,0 до 150 мм, в том числе сортовая калиброванная сталь: круглая, а также квадратная и шестигранная с размерами сторон от 3,0 до 100 мм. Точность сортовой калиброванной стали после волочения достигает 8..,13-го квалитетов. Изготовляются трубы диаметрами от капиллярных до 200 мм с толщиной стенок от 1,5 до 12 мм. Волочением получают проволоку (круглую, плоскую, квадратную, прямоугольную, трехгранную, овальную, сегментную и т. д.). Сортамент проволоки включает диаметры от 0,006 до 16,0 мм, точность по диаметру соответствует 5...12-му квалитетам.

Волочение проводится на волочильных станах: с прямолинейным движением заготовки — цепные и реечные и с наматыванием металла на барабаны — барабанные. Первые применяются для волочения и калибровки прутков, труб, вторые — для волочения проволоки, специальных профилей и труб небольших диаметров.

Цепной волочильный стан (рис. 14.9, а) состоит из станины /, двух цепных барабанов 8 (приводной) и 10. На барабаны надета шарнирно-пластинчатая цепь 9, передвигающая тележку 6 при помощи крюка 7. На тележке закреплены клещи 4, зажимающие пруток 2, протягиваемый через волоку 3. По окончании протягивания крюк выталкивается из цепи, противовес 5 удерживает крюк в приподнятом состоянии, тележка возвращается в исходное положение. Одновременно могут протягиваться до десятка прутков, скорость волочения 0,5... ..10 м/с, длина— 25...50 м.

165544564643000Наиболее распространены в производстве барабанные волочильные станы (рис. 14.9, б). Бунт проволоки 1 надет на холостой барабан 2. Проволока протягивается через волоки 3,5,7,9 с постепенно уменьшающимися отверстиями. На тяговые барабаны 4, 6, 8 наматывается два-три

Рис. 14.9. Схемы волочильных станов: а — цепной; б — барабанный

витка проволоки для создания тягового усилия, барабан 10 — приемный. Барабаны вращаются от электродвигателя 11 через редуктор и конические зубчатые передачи 12. В барабанных станах однократного волочения скорость около 1,0 м/с, диаметры исходной проволоки от 0,4 до 20 мм; многократного волочения — скорость от 0,3 до 50 м/с, диаметры от 0,6 до 2,0 мм,

Волочильные станы автоматизированы. Материалами для волок служат металлокерамические сплавы (ВК2, В1<6, ВКЮ и др.), инструментальные стали (У8, У12 и др.), легированные стали (ШХ15, Х12М и др.) и технические алмазы.

При разработке технологического процесса волочения прежде всего назначают степень обжатия (за несколько переходов может доходить до 85 %), скорость волочения и смазки (минеральное масло, графит, мыло или эмульсии). Затем создается маршрутная технология волочения: отжиг, с целью получения мелкозернистой структуры и повышения пластичности металла; травление, для удаления окалины; промывка; заострение концов заготовок для пропуска их через волоку ;'волочение; отжиг для устранения наклепа; отделка.

КОВКА И ШТАМПОВКА

Сущность процесса ковки

Пластическое деформирование при ковке осуществляется на отдельных участках разогретой заготовки. Металл свободно течет в направлениях, не ограничиваемых поверхностями инструмента. Деформация металла при свободной ковке характеризуется коэффициентом уковки, определяемым отношением большей площади поперечного сечения к меньшей. Уковка заготовок должна быть для стальных слитков не менее 3...5, а для прокатанных заготовок — 1.1...1.5.

Ковку разделяют на ручную, применяемую для изготовления мелких поковок, и наиболее распространенную машинную — для поковок различных типоразмеров.

135064541719500

Поковки используются в качестве заготовок для дальнейшей механической обработки с целью

Рис. 15.1. Схемы основных операций свободной ковки

получения готовых деталей машин.

Существует большое число операций ковки: перекрытием инструментом (бойками 1, 2) всей заготовки 3. Осадка — основная операция при ковке.

Осадка (рис. 15.1, а) осуществляется с полным получении поковок дисков, зубчатых колес и т. п. Высадку (рис. 15.1,б) используют для получения поковки 4 с утолщением на конце или в середине. В последнем случае ограничивают деформацию заготовки на некоторой ее части подкладкой кольцевых плит 3, закрепляемых на бойках 1, 2. Таким образом создаются поковки болтов, деталей с буртами, фланцами и т. п. Прошивка (рис. 15.1,в) предназначена для оформления полостей в поковке 4, установленной на бойке 2, прошивнем 3, закрепленным на бойке . Прошивка часто используется для удаления некачественной сердцевины слитка. Гибка (рис. 15.1, г) заготовки 1 совершается на подкладных опорах 2. Гибкой изготовляются угольники, скобы, крюки. Протяжкой (рис. 15.1, д) добиваются увеличения длины заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения. Протяжка — наиболее распространенная операция свободной ковки; совершается она последовательными ударами или нажатиями на отдельные смежные участки заготовки. Ковку с круга на круг производят в вырезных бойках 1, 2 (рис. 15.1,е). Протяжка круглых заготовок в вырезных бойках способствует повышенной пластичности металла вследствие приближения к схеме напряженного состояния всестороннего сжатия. Протяжкой получают поковки-с удлиненной осью, из которых будут изготовлены валы, рычаги, шатуны, тяги и т. п. Разгонка (рис. 15.1, ж) направлена на увеличение ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины. При протяжке на оправке (рис. 15.1,з) прошитая заготовка увеличивается по длине и уменьшается в диаметре. Обжатие происходит между бойками 1, 2 и оправкой 3. Эта операция применяется при изготовлении пустотелых поковок котельных барабанов, роторов турбин и др. Увеличение наружного и внутреннего диаметров заготовки при уменьшении толщины ее стенок получают раскаткой на оправке (рис. 15.1, и). Заранее прошитая заготовка 3 подвергается протяжке между длинным бойком 1 и цилиндрической оправкой 2. Метод используется в производстве поковок колец, бандажей, барабанов и т. п. Рубка (рис. 15.1, к) —это операция отделения одной части заготовки от другой. Рубка заготовки 3 проводится топором 1, после чего заготовка на бойке 2 кантуется на 180° и разделяется окончательно. Для поворота части заготовки вокруг продольной оси существует операция скручивания (рис. 15.1, л). Одна часть заготовки 4 зажимается в бойках 1 и 2, другая — поворачивается при помощи ключей 3, воротков и других приспособлений. Скручивание применяют для разворота колен коленчатых валов, при изготовлении сверл и т. п. Операция передачи металла (рис. 15.1, ж) состоит в смещении одной части заготовки 1 относительно другой. Передача применяется для изготовления коленчатых валов и других изделий.

Оборудование для ковки

Машинная ковка проводится на ковочных молотах и ковочных гидравлических прессах.

На молотах пластическая деформация металла заготовки совершается за тысячные доли секунды, так как молоты — .машины динамического действия. Металл деформируется за счет энергии, накопленной падающими частями молота. Молоты подразделяются на пневматические и паровоздушные.

На пневматических ковочных молотах (рис. 15.2) производят мелкие поковки (до 20кг). Пресс имеет два цилиндра: рабочий 8 и компрессорный 10. Привод поршня 11 компрессорного цилиндра осуществляется от электродвигателя с помощью кривошипно-шатунного механизма 12. Поршень сжимает воздух з верхней и нижних полостях цилиндра до 0,2...0,3 МПа. Сжатый воздух через золотники 6 или 9, переключение которых происходит от рукоятки или ножной педали 2, направляется в рабочий цилиндр, где он перемещает поршень 7 вверх-вниз. Поршень рабочего цилиндра и массивный шток являются падающими частями молота. Верхний боек 5 и нижний 4 крепятся к штоку рабочего цилиндра и подушке 3. Стальная подушка установлена на массивном шаботе 1. Молот может наносить единичные удары по заготовке, уложенной на нижний боек, или работать в автоматическом режиме. Пневматические молоты имеют массу падающих частей от 50 до 1000кг.

Паровоздушные ковочные молоты, предназначенные для изготовления поковок средней массы (от 20 до 350 кг) из прокатанных заготовок, в качестве энергоносителя используют сжатый пар или сжатый воздух давлением 0,7...0,9МПа. Молоты по конструкции станины подразделяются на мостовые, одностоечные -12 и арочные. Паровоздушные молоты имеют массу падающих частей от 1000 до 8000 кг.

На ковочных гидравлических прессах — машинах статического действия, где деформирование заготовки может продолжаться десятки

Рис. 15.2. Кинематическая схема пневматического ковочного молота

секунд, — перерабатывают крупные заготовки, в основном слитки. Прессы развивают усилия от 5 до 100 МН.

Для ковки могут применяться также молоты механические, газовые и высокоскоростные.

Механизация и автоматизация малопроизводительного процесса свободной ковки имеет большое значение. При ковке широко применяются механизмы и устройства, снижающие трудоемкость вспомогательных операций: мостовые краны, ковочные поворотные краны, лебедки, подвесные клещи, электротележки с поворотными столами, электрические кантователи, посадочные машины, манипуляторы и др.

Посадочные машины относят к специальным манипуляторам, управляемым оператором. Применяют их в комплексах «нагревательная печь — ковочная машина» для загрузки и разгрузки заготовок, а также для транспортирования и установки их в рабочую зону оборудования.

На рис. 15.3 показано взаимное расположение оборудования при обслуживании напольной посадочной машиной 4 (а) и подвесными посадочными машинами 10, и (б). Напольная посадочная машина загружает заготовки с промежуточного склада 13 в нагревательные печи 12, после нагрева передает их на поворотные столы 2, 6 и 10. В ковочные прессы 3, 7 и 9 заготовки подаются манипуляторами 1, 5, 8. Машина передвигается по рельсам 11.

Две подвесные посадочные машины обслуживают технологическую линию из методической нагревательной печи 1, ковочного молота 2, гибочного пресса 3, камерной нагревательной печи 4, штамповочных молотов 5 и 7, обрезных прессов 6, 8 и печи для термической обработки поковок 9.

Рис. 15.3. Схемы расположения оборудования, обслуживаемого посадочными машинами: а — напольными; б — подвесными

Несмотря на нестабильность процессов ковки, в производстве используются и промышленные роботы. Более того, в производстве создаются роботизированные технологические комплексы (РТК) для ковки. РТК называется совокупность единицы технологического оборудования, ПР и средств оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая многократные циклы. В РТК промышленный робот может быть использован в качестве технологического оборудования. При ковке в состав РТК может входить быстроходный гидравлический пресс (усилием до 50 МН) и ПР (типа МКП-25), оснащенный автоматизированной системой числового программного управления (ЧПУ), которая обеспечивает чередование во времени автоматического режима управления с ручным. Система ЧПУ — четырехкоординатная, она управляет подъемом руки, перемещением руки параллельно рельсам, ротацией клещей и движением бойка пресса.

С целью повышения точности поковок разработана эффективная система контроля качества продукции. Применяют также устройства (датчики с радиоактивными изотопами, фотоэлементы и др.), которые в соответствии с размерами поковки фиксируют положение инструмента в конечной стадии ковки.

Технологический процесс ковки включает разработку чертежа поковки, проводимую по чертежу готовой детали с учетом припусков, допусков и напусков, назначаемых по ГОСТу. Припуск — поверхностный слой металла поковки, который удаляется последующей механической обработкой для получения заданных размеров .и качества поверхности готовой детали. Технологический напуск — объем металла, который добавляется к поковке сверх припуска ввиду невозможности или нерентабельности изготовления поковки по контуру детали. Напуск, как и припуск, снимается механической обработкой. Значения припусков и допусков определяются по специальным ГОСТам в зависимости от размеров и конфигурации поковок, типа стальной заготовки, вида операции свободной ковки, выбираемого оборудования для обработки давлением.

Последовательность операций ковки рассматривается для каждой поковки индивидуально.

Выбор теплового режима нагрева заготовок и охлаждения поковок, а также операций термической обработки во многом определяет качество продукции ковки.

Выбор кузнечного оборудования необходимой мощности и габаритов, а также средств автоматизации и механизации проводят, исходя из режима ковки металла или сплава, массы поковки и ее конфигурации.

Осуществляется нормирование технологического процесса.

Исходными заготовками для крупных поковок являются слитки различной формы массой до 320 т. Поковки средней и малой массы производят в основном из горячекатаного квадратного прутка со стороной квадрата от 40 до 250 мм и квадратной обжатой болванки (блюмы) — со стороной от 140 до 450 мм.

Изделия, получаемые в результате свободной ковки, регламентируются ГОСТами. Сталь кованая круглая и квадратная поставляется с размерами (диаметр круга или сторона квадрата) от 40 до 200 мм и длиной прутков от 0,75 до 1,5 м. Сталь кованая полосовая имеет размеры сечений 5X12...80X300 мм и длины от 1,5 до 6,0м.

Сущность процесса горячей объемной штамповки

При горячей объемной штамповке формообразование осуществляется принудительным перераспределением металла нагретой заготовки в штампе. Свободное течение металла ограничивается поверхностями полостей штампов. Этот процесс широко распространен в производстве, так как по сравнению со свободной ковкой он дает возможность получать штампованные поковки с более высокими механическими свойствами и в 3...4 раза меньшими допусками.

Точность размеров и качество поверхности штампованных поковок регламентируются ГОСТами. Так, точность поковок может соответствовать 8... 11-му квалитетам. Иногда их лишь шлифуют в местах сопряжения с другими деталями.

Заготовками для горячей штамповки служат изделия прокатного производства — профили квадратные, круглые и прямоугольные, с периодически повторяющимся профилем сечения. Для получения фасонных заготовок применяют специальные заготовительные операции (свободная ковка, предварительная штамповка).

Для горячей объемной штамповки создают дорогостоящие штампы, используемые для изготовления конкретных поковок. Штампы работают в чрезвычайно тяжелых условиях: подвергаются ударам, воздействию высоких температур и усиленному износу. Для их изготовления применяют специальные стали: 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, ЗХ2В8Ф, 6ХВГ, 7X3 и др.

Различают два основных способа горячей штамповки: в открытых и закрытых штампах.

Рис. 15.4. Схемы штамповки: а — в открытых штампах; б — в закрытых штампах

Штамповкой в открытых штампах (рис. 15.4, а) получают поковки с облоем заусенцем по

3484245159385001503045-889000месту разъема штампа. В зазор А3, который закрывает выход основному металлу, вытекает часть металла, что обеспечивает полное заполнение полости штампа. Метод имеет недостатки: потери металла в заусенец, введение операций по обрезке заусенца, дополнительные энергетические затраты.

Штамповка в закрытых штампах (рис. 15.4,6) называется еще безоблойной штамповкой. Этот способ получения поковок используется при равенстве объемов заготовки и полости штампа. Зазор между частями штампа небольшой и постоянный, отчего металл не образует заусенца. Формование в закрытых штампах обеспечивает экономию металла и переработку малопластичных материалов за счет всестороннего неравномерного сжатия.

Оборудование для горячей объемной штамповки

Основным видом штамповочных молотов считаются паровоздушные молоты, подобные аналогичным ковочным. У штамповочных молотов более жесткая станина, ее направляющие усилены, шабот имеет большую массу. На молотах предусмотрено автоматическое возвращение падающих частей в исходное положение при отпущенной педали управления. Паровоздушные штамповочные молоты имеют массу падающих частей 0,63... ...25 т.

Рис. 15.5. Кинематическая схема кривошипного горячештамповочного пресса

1579245176911000Для изготовления более точных поковок паровоздушные штамповочные молоты заменяются кривошипными горячештамповочными прессами (КГШП). Схема пресса изображена на рис. 15.5. От электродвигателя / вращение через шкив 2 клиноременной передачей передается маховику 3. Деформируют заготовки, используя энергию, накопленную массивным маховиком. На промежуточном валу 4 закреплена также шестерня 5, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом 6, которое свободно вращается на коленчатом валу 8. Зубчатое колесо 6 передает вращение коленчатому валу при срабатывании пневматической многодисковой фрикционной муфты 7. При помощи шатуна 11 вращение вала 8 преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна 10. Тормоз 12 останавливает коленчатый вал после отключения муфты.

Рис. 15.6. Кинематическая схема горизонтально-ковочной машины

Для изменения штампового пространства стол пресса 9 может перемещаться с помощью клинового устройства. Поковки из верхней и нижней части штампа удаляются выталкивателями, срабатывающими при обратном ходе ползуна. Пресс осуществляет ходы одиночные, толчковые, используемые при наладке штампов, и непрерывные автоматические. Прессы развивают усилия от 6,3 до 100 МН.

Горячая объемная штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) является высокопроизводительным и экономичным методом обработки давлением (рис. 15.6). Электромотор 1 через клиноременную передачу 2 вращает маховик 3. Благодаря включению муфты 4 вращение сообщается передаточному валу 5. На валу справа располагается тормоз. Передаточный вал посредством зубчатой передачи 8 передает вращение коленчатому валу 7. На этом же валу закреплены эксцентрики 6. Кривошип коленчатого вала соединен шатуном 9 с главным ползуном 11, а через него с пуансоном 12, Через эксцентрики 6 коленчатый вал соединяется и с боковым зажимным ползуном 17, а через него и через систему рычагов 16 — с подвижной полуматрицей 15. Штамп пресса имеет две поверхности разъема, и состоит из неподвижной полуматрицы 14, подвижной полуматрицы 15 и пуансона 12. При работе ГКМ нагретый пруток закладывают в полуматрицу 14 и продвигают его до упора 13, упор связан со следящим роликом 10. При перемещении главного ползуна ролик сдвигает упор, а полуматрица 15 смыкается с неподвижной, образуя полость для формования.

Подошедший пуансон деформирует заготовку с усилием до 31,5 МН, гидравлические штамповочные прессы аналогичны ковочным; развиваемые ими усилия доходят до750МН.

Технологический процесс горячей объемной штамповки в открытых и закрытых штампах

Проектирование технологического процесса горячей штамповки начинается с учета программы выпуска и характеристик обрабатываемого материала. Учитываются также и возросшие в последние годы требования по производству поковок с минимальными припусками, заданными структурами и твердостью, которые способствуют лучшей обрабатываемости резанием в условиях автоматизированного производства и повышают надежность деталей машин. На основании этого выбирают способ штамповки.

По чертежу готовой детали разрабатывают чертеж поковки или штампуемой детали. Самым важным моментом при этом является выбор поверхности разъема штампа, по которой соприкасаются верхняя и нижняя части штампа. Штампы имеют один или два разъема для ввода заготовки и съема поковки. Поверхности разъема, как правило, устанавливают в плоскостях двух наибольших габаритных размеров детали, чтобы полости штампа имели наименьшую глубину. В открытом штампе при работе возможен относительный сдвиг его частей. Для облегчения контроля взаимного расположения половин штампа поверхность разъема должна пересекать вертикальную поверхность поковки. Плоскость разъема поковки при штамповке в закрытом штампе, как правило, выбирают по торцовой наибольшей поверхности детали.

Затем на обрабатываемые на металлорежущих станках поверхности назначают припуски и напуски, а также устанавливают допуски. В закрытых штампах с двумя поверхностями разъема напуски могут и не назначаться.

Для облегчения извлечения поковок из штампа на них предусматривают штамповочные уклоны (2...7°). На пересекающихся поверхностях поковки делают закругления.

С целью получения наиболее точной и качественной поковки определяют переходы штамповки.

Добавив к найденным размерам поковки 1...2 температурную усадку, создают чертеж так называемой «горячей поковки», по которой выбирают форму и размеры заготовки под штамповку.

Затем проводят следующие этапы проектирования технологического процесса: подбор кузнечно-штамповочного оборудования; проектирование штампов; выбор способа нагрева заготовок; разработка отделочных операций.

Обобщенная технологическая схема процесса горячей объемной штамповки изображена на рис. 15.7, а...з.

Разрезку прутков на заготовки осуществляют на ножницах и прессах. Пруток 2 (рис. 15.7, а) по рольгангу / подается до регулируемого упора 5 и зажимается гидроприжимом 5. Срез производится верхним 4 и нижним 6 ножами. Уменьшение отходов при разрезке достигается разрезкой на кривошипных прессах с дополнительным поджатием прутка силами Рос ,(рис. 15.7,6). В настоящее время в основу разрезки закладывается точное дозирование металла по объему. С помощью ЭВМ в соответствии с диаметром прутка, замеряемым автоматически, корректируется положение упора 5.

Рис. 15,7, Обобщенная технологическая схема горячей объемной

штамповки: а, б —разрезка прутков; в, г — нагрев прутков; д — получение поковки в открытом штампе; е — обрезка заусенца; ж — пробивка перемычки; з — калибровка (чеканю) поковки

Простые поковки из прутка штампуются в одноручьевом штампе. Сложные поковки (с изменениями сечений по длине, изогнутой осью и т. п.) нуждаются в сложных штампах. Так, поковка шатуна формуется в многоручьевом штампе за несколько переходов (рис. 15.8). Заготовка после нагрева в спиральном устройстве (рис. 15.7, б или г) сначала обрабатывается в заготовительных ручьях: протяжном / (вытяжка), подкатном 2 (перераспределение металла) и гибочном 4 (гибка); затем — в черновом 5 и чистовом 3 штамповочных ручьях. Заусеничная канавка делается только вокруг чистового штамповочного ручья.

Рис. 15.8. Штамповка шатуна в многоручьевом штампе

В крупносерийном и массовом производствах в качестве заготовок используется периодический прокат, получаемый на станах поперечной прокатки или вальцовкой. На штамповочных молотах формуют поковки разнообразной конфигурации в одноручьевых, чаще в многоручьевых штампах. Закрытые штампы на молотах применяют для круглых поковок.

На кривошипных горячештамповочных прессах (рис. 15.7, д) поковки производят преимущественно в открытых штампах. Жесткость прессов выше, поэтому на них можно применять штампы с направляющими колонками: нет смещения штампов достигается повышенная прочность поковки и полная автоматизация процесса штамповки.

18078454445000

Рис. 15.9. Прогрессивные способы горячей объемной штамповки:

а — на радиально-ковочных машинах; б — жидкая штамповка; в — изотермическая штамповка

На гидравлических штамповочных прессах штамповка происходит при пониженных скоростях деформации, что способствует разупрочнению материала поковки. Нагрев заготовок до 900 °С встроенными в установку индукторами значительно повышает пластичность и снижает усилие деформирования.

Новыми технологическими процессами горячей объемной штамповки являются штамповка на высокоскоростных молотах, радиально-ковочных машинах, горячештамповочных автоматах, а также жидкая и объемная изотермическая штамповки.

Высокоскоростные молоты предназначены для производства поковок в однопереходных открытых и закрытых штампах, а также методами прямого и обратного выдавливания. При этом можно получать поковки, имеющие тонкие ребра и стенки (до 2 мм) и малые штамповочные уклоны (до 2°), диаметры до 300 мм, массу до 30 кг.

На горячештамповочных автоматах получают в больших количествах кольца подшипников, крепежные и другие изделия. Для этого проектируют комбинированные штампы последовательного действия. Например, на автомате АМР-30, производя поковки подшипниковых колец или гаек, осуществляют четыре операции: отрезку, осадку, выдавливание заготовки, пробивку отверстия в отформованной поковке.

Одновременное обжатие заготовки четырьмя бойками (рис. 15.9, а) на радиально-ковочных машинах (РКМ) создает в очаге деформации схему всестороннего неравномерного сжатия. Бойки 1, расположенные радиально и симметрично относительно заготовки 2, совершают кратковременные удары — обжатия (160...1800 ударов в мин). Процесс высокопроизводительный: одна РКМ усилием 10 МН заменяет, например, шесть 2,5-тонных молотов и один гидравлический пресс усилием 6,3 МН. Радиальное обжатие обеспечивает производство поковок диаметрами 18...600 мм и значительную экономию металла, увеличивает производительность оборудования и повышает износостойкость деталей машин.

Жидкую штамповку проводят в штампах (рис, 15.9, б), снабженных полостями для заливки жидкого металла и хранения его излишков. Штамп состоит из верхней плиты /, в которой крепится блок пуансонов 2, состоящий из прошивного 3 и подпрессовочного 4 пуансонов. Матрица 7, укрепленная на нижней плите 9 штампа обоймой матрицы 8, охлаждается водой, подаваемой по шлангу 5 в каналы 6. Поковка // массой от 3 до 30 кг удаляется из матрицы выталкивателем 10.

Объемная изотермическая штамповка совершается в закрытых или открытых штампах, в рабочей зоне которых поддерживается температура 800... ...1100°С. В штампе (рис. 15.9, б) выдавливается заготовка 1 в матрице 12 пуансоном 7. Готовая поковка выталкивателем 14 удаляется из штампа; для этого крепежная плита 4, пуансонодержатель 5 и пуансон, закрепленный кольцом 2 и втулкой 3 на опоре 6, поднимаются вверх. Нагревателями являются медные стержни 9, они соединены планками 13, от корпуса штампа // изолированы (позиции 15, 16 и 17). Ток подводится устройствами 8, температура фиксируется термопарой 10.

Существует несколько операций отделки поковок. Обрезку заусенца и пробивку перемычек (тонкого слоя металла между наметками при оформлении внутреннего отверстия поковки) проводят в горячем или холодном состояниях в штампах, устанавливаемых на обрезных кривошипных прессах. При воздействии пуансона 1 (рис. 15.7, е) поковка 3 перемещается вниз, при этом режущие кромки матрицы 4 срезают заусенец поковки. Заусенец либо удаляется с матрицы, либо снимается с пуансона съемником 2. Перемычка поковок удаляется пуансоном штампа (рис. 15.7, ж). Существуют штампы совмещенного действия, на которых за один переход удаляются заусенец и перемычка, одновременно могут сниматься и штамповочные уклоны. Правку штампованных поковок также осуществляют в штампах.

Поковки очищают от окалины различными способами: во вращающихся барабанах методами сухой и мокрой галтовки; обработкой стальной дробью; травлением в водных растворах кислот.

Калибровкой или чеканкой (рис. 15.7, з) повышают точность и улучшают качество поверхности штампованных поковок. При калибровке устанавливается малая (не более 5...10 %) степень деформации. Горячую калибровку применяют для крупногабаритных поковок. Наиболее распространена холодная калибровка, обеспечивающая точность размеров по 6...7-му квалитетам. Поковки контролируются на всех этапах технологического процесса. Проводится визуальный контроль, выборочный контроль геометрических параметров, определяется твердость поковок по Бринеллю. Внутренние дефекты выявляются ультразвуковым и рентгеновским методами контроля. Несколько поковок из партии подвергаются металлографическому анализу и механическим испытаниям.

Продукция штамповки исчисляется многими сотнями тысяч изделий, так как она дает возможность перерабатывать различные металлы и сплавы. Горячей штамповкой получают полуфабрикаты для производства подшипников и деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, станков, тепло- и электровозов, текстильных машин и др.

Классификация способов холодной штамповки, их характеристика

Холодная штамповка — это процесс формообразования поковок или готовых изделий в штампах при комнатной температуре.

Удаление окалины, загрязнений, дефектов, нанесение покрытий-смазок — это необходимые операции подготовки заготовок к холодной деформации. Назначению промежуточных отжигов для снятия упрочнения играет большую роль для восстановления пластических свойств материалов, как правило, при многопереходной холодной штамповке. Качество изделий, получаемых этим способом, значительно выше, чем у деталей после механической обработки. Более того, холодная штамповка за счет разных степеней деформации на отдельных участках «управляет» распределением механических свойств в поковке (детали). Появляется в связи с этим возможность замены легированных сталей на углеродистые.

Различают по характеру деформирования и конструкции штампов холодную объемную (сортового металла) и холодную листовую (листового металла) штамповку.

Штампованные при нормальной температуре детали характеризуются отсутствием пористости металла, ориентированными волокнами и вследствие этого высокой усталостной прочностью. Это может привести к уменьшению размеров деталей и снижению их металлоемкости.

Холодная листовая штамповка является прогрессивным высокопроизводительным процессом. Толщина листовой заготовки при этом виде обработки не более 6... ...10мм, большие толщины штампуются обычно в горячем состоянии. Листовой штамповкой изготавливают точные детали сложной формы с тонкими стенками.

Основными разновидностями холодной объемной штамповки являются холодное выдавливание, холодная высадка и холодная объемная формовка.

Между холодным выдавливанием и прессованием металлов много общего. Выдавливание представляет собой формообразование сплошного или полого изделия за счет пластического течения металла из полости штампа через отверстия. Прямое выдавливание (рис. 15.13, а) характеризуется течением металла из матрицы 2 под воздействием и в направлении движения пуансона 1.

Рис. 15.13. Схемы холодного выдавливания: а — прямое; б — обратное; в — боковое; г — комбинированное

Применяется для изготовления клапанов, трубок, полых стаканов с фланцем и т. п. При обратном выдавливании (рис. 15.13, о) металл течет навстречу пуансону, в кольцевой зазор между пуансоном и матрицей. Детали типа экранов радиоламп, тюбиков и другие имеют толщину стенок 0,08 мм (алюминиевые) и 1,5...5 мм (стальные). Металл течет в боковые отверстия матрицы при боковом выдавливании (рис. 15.13, в). Готовые детали извлекают в данном случае из составной матрицы. Этот метод используется в производстве крестовин, тройников и пр. Комбинированное выдавливание (рис. 15.13,г) объединяет рассмотренные способы в различных сочетаниях.

Холодной высадкой называют осадку в штампе части заготовки или образование в ней местных утолщений требуемой формы. Номенклатура изделий высадки чрезвычайно широка: крепежные изделия, кулачки и зубчатые колеса заодно с валом, электроконтакты и т. п. Проволока или прутки диаметрами от 0,5 до 50 мм являются заготовками. Точность готовых изделий соответствует 6...9-му квалитетам, шероховатость поверхности Rа=2,5...0,63 мкм.

Холодная объемная формовка проводится почти по аналогии с горячей объемной штамповкой; она также направлена на формообразование только уже готовых или с минимальной механической обработкой деталей за счет заполнения металлом полости штампа.

Операции листовой штамповки разделяются на разделительные и формообразующие.

Резка (рис. 15.14,а) — отделение части заготовки по незамкнутому контуру на специальных ножницах или в штампах, проводимая как заготовительная операция. Лист 3 подается до упора ножниц 1; установка упора на расстояние l гарантирует разрезку листа на полосы размерами В к δ. Обеспечение хорошего качества среза достигается точной установкой зазора z между верхним 2 и нижним 4 ножами. Вырубка и пробивка (рис. 15.14,6) являются операциями отделения части листа по замкнутому контуру в штампе. Обработка ведется в вырубном штампе последовательного действия. В листе 2, направление подачи которого показано стрелкой, вырубным пуансоном 4 вырубается наружный контур шайбы 1, а пробивным 5 — внутренний контур. В матрицу 3 после вырубки-пробивки проталкивается готовая деталь и отход 6.

Для повышения качества среза применяют чистовую вырубку-пробивку (рис. 15.14, в), при этом в штампе г

Рис. 15.14. Разделительные операции листовой штамповки: а —резка; б — вырубка и пробивка; в — чистовая вырубка-пробивка; г — раскрой поло;ы

устанавливается специальный прижим 1, который дополнительно поджимает заготовку к матрице усилием Fпр. Чистовой вырубкой получают детали типа реек, зубчатых колес и т. п. На рис. 15.14, г показан раскрой полосы. Эффективный раскрой проектируют на автоматизированном рабочем месте конструктора (АРМ), оснащенном ЭВМ, дисплеями и графопостроителем. Пластическая деформация на формообразующих операциях не приводит к разрушению металла, обеспечивая создание из заготовок заданных чертежом деталей машин.

Гибкой (рис. 15.15, а) задается криволинейная форма заготовке при помощи пуансона 1 и матрицы 2 гибочного штампа.

1131570-37211000

Рис. 15.15. Формообразующие операции листовой штамповки:

а — гибка; б — вытяжка; в — отбортопка; г — жим; д —-рельефная формовка

Вытяжка (рис. 15.15,б) одна из сложных формообразующих операций листовой штамповки. Пуансон 1, двигаясь вниз, воздействует на заготовку 3, размещенную на матрице 4. Заготовка смещается в отверстие матрицы и образует стенки вытянутой детали. Деформацию оценивают коэффициентом вытяжки, равным отношению:

Во избежание образования складок на фланце детали в штампе монтируется прижим 2. Чтобы не наступило разрушение металла при формовании, скругляют радиусом г пуансон и матрицу. Промежуточный отжиг увеличивает коэффициент вытяжки, высоту вытянутой детали.

Продукция вытяжки: детали радиоаппаратуры, корпуса, крышки, емкости, защитные ограждения и т. п. Отбортовкой (рис. 15.15, в) называют образование борта вокруг отверстия. Отбортовка необходима для кольцевых деталей с фланцами и уступами, а также для увеличения жесткости деталей. Обжимом (рис. 15.15, г) уменьшают горловину пустотелых изделий типа фляг. Рельефная формовка (рис. 15.15, д) дает выступы на заготовке, ребра жесткости, лабиринтные уплотнения и т. п.

Холодной штамповкой можно получать поковки (точнее — готовые детали), не требующие дальнейшей механической обработки. Достигаемая точность 6...10 квалитеты, шероховатость поверхности до Ка=0,16...0,04 мкм.

Если к деталям предъявляются более высокие требования по точности и шероховатости поверхности, то вводят в качестве окончательной механическую обработку. В этом случае не требуется обработка резцами, фрезами и др., а используют отделочные методы — шлифование, полирование и т. п.

Продукция холодной штамповки используется в различных областях народного хозяйства и в быту. Наиболее широко она используется в машиностроении, особенно в авто- и тракторостроении, сельскохозяйственном и текстильном машиностроении, приборостроении, электротехнической промышленности и др. Номенклатура изготавливаемых деталей очень велика, размеры их изменяются от долей миллиметра до нескольких метров.

Холодная штамповка является примером безотходной или малоотходной технологии: она доводит коэффициент использования металла до 0,95. Одновременно значительно снижается трудоемкость и себестоимость изготовления деталей.

Оборудование для листовой штамповки

В листовой штамповке применяются различные прессы: кривошипные (преимущественно), гидравлические и др.Кривошипные прессы простого действия для штамповки мелких и средних деталей имеют один движущийся ползун и. могут быть одно- и двухстоечными. Кинематическая схема прессов аналогична приведенной на рис. 15.5.1274445139192000На кривошипных прессах двойного действия проводят вытяжку глубоких и сложных деталей. Пресс имеет два ползуна (рис. 15.16, и) -внутренний 2 и наружный 1. Оба ползуна находятся в верхнем положении, заготовка 5 укладывается на матрице 6. Первым движение вниз начинает наружный ползун, зажимающий прижимом 4 заготовку. К этому времени к заготовке подходит внутренний ползун с

Рис. 15.16. Схема работы кривошипного пресса двойного

действия: а — исходное положение; б —начало вытяжки; в — окончание вытяжки

IV

закрепленным на нем пуансоном 3 (рис. 15.16, б—начало вытяжки). Наружный ползун остается на месте, а внутренний, продолжая движение, производит вытяжку (рис. 15.16,0—конец вытяжки). Первым движение вверх начинает внутренний ползун. Запаздывающее движение наружного ползуна способствует съему изделия с пуансона. Внутренний ползун приводится в движение от главного вала 8, а наружный — от кулачкового или коленно-рычажного механизмов 7, связанных с главным коленчатым валом. Прессы развивают усилия вытяжки до 10 МН, прижима — до 0,5 МН. Имеются кривошипные прессы тройного действия. Гидравлические прессы для листовой штамповки также выпускаются простого или двойного действия.

Листовая штамповка с целью получения качественных готовых деталей проводится в штампах, разделяющихся по технологическому признаку (гибочные, вытяжные и т. п.). Кроме того, штампы бывают одно- и многооперационные, последние подразделяются еще на штампы последовательного действия и совмещенные. Для изготовления рабочих частей штампов выбирают легированные стали (типа Х12, Х12М, ЭХВГ, ШХ15 и др.). В некоторых случаях для повышения стойкости штампов их рабочие части изготовляют из металлокерамических сплавов.

Полосы и ленты в штампы подаются валковыми и другими механизмами, листы - механическими руками грузоподъемностью до 16 кг.

Роботизированный технологический комплекс (РТК) в листоштамповочном производстве может быть организован на базе однокривошипного пресса простого действия (рис. 15.17). В состав РТК входят пресс 2, устройство поштучной выдачи заготовок 7, ПР 4, датчики внешней информации 5, система управления

1379220-41973500

Рис. 15.17. Пример РТК в листовой штамповке

ПР 6, тележки с тарой для отштампованных деталей 3, злектрошкаф пресса 1. ПР работает в цикле «загрузка-выгрузка», кроме того, он может захватывать и выносить из рабочей зоны пресса контурный отход.

Для обслуживания листоштамповочных прессов применяют ПР следующих типов: Ритм-05.01, КМ063Ц42.12 (грузоподъемностью 0,63...1,25 кг), ПРЗ-2, Циклон 3.01 |(3 кг) и др.

Последовательное расположение РТК в листоштамповочном производстве позволяет создавать поточные линии и участки с комплексной автоматизацией и гибкими связями между ними. Для деталей больших диаметров применяют высокоскоростную листовую штамповку — взрывом, электрогидравлическую или электромагнитную. Особенностью ее является разгон заготовки до скоростей порядка 150 м/с за счет больших усилий. Деформирование заготовки происходит в результате накопленной ею энергии во время разгона в специально изготовленных штампах.

Взрывную штамповку проводят в бетонном бассейне, заполненном водой. Над заготовкой на определенной высоте в воде подвешивают заряд с детонатором. При взрыве заряда образуется ударная волна высокого давления.

Электрогидравлическуюштампов у проводят в воде. Источником ударной волны служит кратковременный электрический разряд в жидкости. Иногда штамповку проводят несколькими импульсами.

При электромагнитной штамповке электрическая энергия преобразуется в механическую при импульсном разряде батареи конденсаторов через соленоид. За счет разряда вокруг соленоида создается мгновенное магнитное поле высокой мощности, наводящее вихревые токи в трубчатой металлической заготовке. Взаимодействие этих токов с магнитным полем создает механические силы.

Контроль качества продукции обработки давлением подразделяется на промежуточный и окончательный. Промежуточный контроль следует после каждой операции технологического процесса.

При этом проверяется правильность выполнения технологических операций. Наружным осмотром выборочно выявляются правильность формы и качество поверхности изделий. Окончательный контроль совершается в такой последовательности: все изделия подвергаются внешнему осмотру; выборочными промерами проверяются размеры изделий; производится контроль твердости выборочно или каждого изделия; в соответствии с техническими условиями могут определяться механические свойства, макро- и микроструктуры, а также внутренние дефекты металла изделий.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

Лекция-10.docx

Лекция-10.docx
Размер: 642.1 Кб

.

Пожаловаться на материал

Физико-механические основы обработки металлов давлением. Классификация способов обработки металлов давлением. Пластичность металлов и сопротивление деформированию. Технологический процесс прокатки. Продукты прокатного производства

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Положениео конкурсе социальной  экологической рекламы«Мы  - за чистый город!»

Приглашаем всех активных креативных молодых людей принять участие в конкурсе и внести свой вклад в создание и развитие социальной рекламы.

Маркетинг, ответы на ГОСы

Ответы на госы по маркетингу. Концепция маркетинга. Экономический закон в менеджменте. Общий управленческий контроль. Типовые этапы разработки стратегии. Виды бюджетов. Научно-инновационная политика России. Миссия организации, показатели прибыли и рентабельности, планирование себестоимости. Внешняя стратегия организации. Российские и зарубежные школы управления. Производительность труда. Содержание организационной культуры. рганизационная структура управления. Оборотные средства. Повышение квалификации управленческого персонала.

Врожденные и приобретенные нарушения функции половых желез. Биохимические нарушения, возникающие при гипер- гипоэстрогенемии, гипер- и гипоандрогенемии

Учебное пособие для самостоятельной работы студентов

Должностная инструкция водителя автобуса регулярных городских (пригородных) пассажирских маршрутов с нормативными документами

К работе водителя автобуса (далее водитель) допускаются лица, прошедшие подготовку или переподготовку в учебном заведении по единым программам, утвержденным в установленном порядке, и получившие водительское удостоверение с отметкой, дающей право на управление транспортным средством (ТС) категории «Д» (не моложе 20 лет) или категории «Е» (при наличии стажа управления транспортным средством категории «Д» не менее 12 месяцев), и признанные водительской медицинской комиссией годными к работе на автобусе.

Становлення владних структур. Економічні проблеми незалежної України. Початок формування багатопартійності в Україні

Становлення владних структур. Перегрупування партійно-політичних сил в умовах незалежної України Економічні проблеми незалежної України Стан справ у сільському господарстві Фінансова криза та здійснення грошової реформи Суспільні та соціальні проблеми незалежної України Зміни в складі населення України

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok