- •Обработка металлов давлением
- •1.Виды процессов обработки давление
- •2.Основные операции кузнечного производства.
- •Нагрев металла перед обработкой давлением. Температурный интервал обработки давлением.
- •Способы нагрева заготовок под ковку и штамповку. Нагревательные устройства.
- •Окалинообразование и обезуглероживание при нагреве в пламенных печах.
- •Режим нагрева заготовок в пламенных печах.
- •Охлаждение и термообработка поковок.
- •Прокатка. Сущность процесса прокатки.
- •Продукция прокатного производства.
- •Способы прокатки.
- •Инструмент и оборудование для прокатки.
- •Общая технологическая схема прокатного производства.
- •Технология прокатки полупродукта, сортовой и листовой стали.
- •Прокатка бесшовных и сварных труб.
- •Волочение.
- •Прессование.
- •Ковка на молотах и прессах (свободная ковка).
- •Инструмент для свободной ковки.
- •Основные операции свободной ковки.
- •Разработка технологического процесса ковки на молоте.
- •Составление технологического чертежа поковки.
- •Определение веса и размеров заготовки.
- •Дефекты ковки.
- •Горячая объемная штамповка.
- •Штамповка на молотах. Штамповочные молоты.
- •Устройство штамповочного паровоздушного молота двойного действия.
- •Паровоздушные штамповочные бесшаботные молоты
- •Фрикционные молоты с доской.
- •Молотовые штампы, их классификация.
- •Классификация штамповых ручьев.
- •После кантовки на 90 заготовку укладывают в штамповочный ручей.
- •Технологические требования к конструкции горячештампованных поковок. Конструирование горячештампованных поковок. Технологические требования к конструкции.
- •Конструирование горячештампованных поковок. Назначение допусков и припусков.
- •3. Конструирование наметки под прошивку.
- •Отделочные операции горячей объемной штамповки.
- •Холодная объемная штамповка.
- •Листовая штамповка.
- •Определение исполнительных размеров пуансонов и матриц вырубных и пробивных штампов.
- •Чистовая вырубка и пробивка. Зачистка.
- •Раскрой листового проката.
- •Расчет норм расхода материала при вырубке круглых деталей.
- •При раскрое листа на полосы в однорядной вырубке из полосы.
- •При параллельном расположении деталей на полосе
- •При шахматном расположении деталей на полосе
- •Расчет норм расхода металла при вырубке деталей произвольной конфигурации. При однорядном раскрое:
- •При многорядном раскрое:
- •Формоизменяющие операции листовой штамповки. Гибка.
- •Определение размеров заготовки для гибки.
- •Изменение формы размеров поперечного сечения заготовки в зоне изгиба.
- •О пределение изгибающего момента и усилия гибки.
- •Зависимость коэффициента х от Rb/s [10, стр.64]
- •Деформирующее усилие при одноугловой гибке.
- •Деформирующее усилие при двухугловой гибке.
- •Минимально допустимый радиус изгиба.
- •Минимальные радиусы гибки rmin (в долях от толщины s) для угла гибки 90 [12, стр. 138]
- •Конструктивные элементы гибочных штампов. Радиусы закругления рабочих кромок матрицы и пуансона при гибке.
- •Зазоры между матрицей и пуансоном.
- •Исполнительные (рабочие) размеры пуансонов и матриц.
- •Вытяжка с прижимом заготовки
- •Определение формы и размеров заготовок для вытяжки деталей коробчатой формы и деталей сложной конфигурации.
- •Определение деформирующего усилия и усилия прижима при вытяжке цилиндрических деталей.
- •Определение числа переходов и размеров полуфабрикатов при вытяжке цилиндрических деталей.
- •Вытяжка цилиндрических деталей с утонением стенки.
- •Смазка при вытяжке.
- •Отжиг, травление и обезжиривание при вытяжке.
- •Правка, рельефная формовка.
- •Отбортовка.
- •Формовка, обжим, раздача.
- •Специальные виды штамповки. Штамповка взрывом.
- •Вытяжка гидравлическим пуансоном.
- •Гидромеханическая вытяжка.
- •Магнитно-импульсная штамповка.
- •Электрогидроимпульсная штамповка.
- •Штамповка резиной или полиуританом.
- •Штамповка неметаллических материалов. Вырезка неметаллических материалов.
- •Гибка неметаллических материалов.
- •Вытяжка и формовка неметаллических материалов.
3. Конструирование наметки под прошивку.
При штамповке в штампах с одной поверхностью разъема нельзя получить сквозные отверстия в поковке, поэтому делают только наметку отверстия с перемычкой, удаляемой в последствии на обрезном штампе.
Толщина плоской перемычки может быть определена по формуле:
S = 0,45√(dоп – 0,25h⁄2 – 5) + 0,6√(h/2) ,
где: dоп – диаметр отверстия поковки;
h – высота (толщина) поковки
Если глубина прошивки h/2 меньше диаметра прошиваемого отверстия в 2,5 раза и более, то проштамповать плоскую наметку трудно. В таких случаях для облегчения раздачи детали в стороны рекомендуются вместо плоских перемычек с раскосом, у которых Smin = 0,65S, а Smax = 1,35S; d1 = 0,12 dоп + 3 мм; r1 = r + 0,1 h/2 + 2 мм, где r – внутренний радиус закруглений длинной поковки.
Для получения тонких перемычек в их центре проектируется магазин. При этом радиус закругления r2 должен быть вдвое меньше радиуса в предварительном ручье r1, а размеры b и h3 определяются как для нормального заусенца для данной поковки.
4 . Расчет заусенечной канавки штампа.
Наиболее часто применяются канавки следующего типа:
Для кривошипных прессов
Заусенечная канавка имеет пережимной мостик, предназначенный для облегчения обрезки облоя.
Толщина пережимного мостика определяется по формуле:
h3 = 0,015 dнп ,
где: dнп - наружный диаметр поковки.
Размеры канавки перемычки нормализованы и выбираются по таблице:
№ |
h3 |
h1 |
b |
b1 |
Площадь сечения заусенечной канавки, см2 |
1 |
0,6 |
3 |
6 |
18 |
0,52 |
2 |
0,8 |
3 |
6 |
20 |
0,69 |
3 |
1,0 |
3 |
7 |
22 |
0,80 |
4 |
1,6 |
3,5 |
8 |
22 |
1,02 |
5 |
2 |
4 |
9 |
25 |
1,36 |
6 |
3 |
5 |
10 |
28 |
2,01 |
7 |
4 |
6 |
11 |
30 |
2,68 |
8 |
5 |
7 |
12 |
32 |
3,43 |
5. Определение размеров исходной заготовки.
Объем заготовки определяется по формуле:
Vзаг = (Vп + Vз + Vпер)*(100+δ)/100 ,
где Vп – объем поковки, см3;
Vз – объем заусенца, см3;
Vпер – объем перемычки, см3;
δ – угар, %.
δ = 0,3 % … 1,0 % при нагреве в электропечах;
δ = 2 % … 3 % при нагреве в пламенных печах.
Объем заусенца:
Vз = КSз Рп ,
где: Sз – площадь сечения канавки для заусенца;
Рп – периметр поковки по разъему штампа;
К – коэффициент заполнения канавки (К = 0,5).
Объем перемычки для круглого отверстия:
Vпер = (π d2оп )/4 * S.
Зная объем заготовки, определяют ее размеры, пользуясь тремя уравнениями для случаев, встречающихся на практике:
1. Если известен диаметр заготовки ( в результате разработки переходов тех. процесса), например, когда заготовка перед штамповкой протягивается и диаметр исходной заготовки Дзаг берут по площади максимального сечения поковки плюс площадь облоя (ближайший больший по сортаменту), то
Lзаг = 1,273 Vзаг/ Д2заг (1)
2. Если известна длина, как, например, у поковок удлиненной формы, не имеющих резких переходов и штампуемых , то:
Дзаг = 1,13 √(Vзаг/ Lзаг ) (2)
3. Если поковки штампуются на торец, то:
Дзаг = 1,08 3√ (Vзаг/m), (3)
где m = Lзаг / Дзаг = 1,5 ÷ 2,5
6. Особенности расчета заготовки для безоблойной штамповки.
Порядок расчета:
1) Предварительно на размеры поковки назначают такие допуски, чтобы отклонение объема поковки, вызванные отклонением горизонтальных и вертикальных размеров, были одинаковыми;
2) Определяют расчетный объем поковки по максимально изношенному штампу (т.е. с max размерами);
3) По максимальному размеру поковки с учетом угара определяют наименьший размер заготовки;
4) По наименьшим размерам заготовки устанавливают линейные положительные допуски на резку и положительные отклонения объема (веса) заготовки;
5) для учета отклонений объема заготовки устанавливают дополнительные допуски на вертикальные размеры поковки, которые прибавляют к вертикальным допускам на поковку, установленным ранее в зависимости от износа штампа.
Если в безоблойной штамповке предусмотрены полости для поглощения излишков металла, вызванных неточностью размеров заготовки, то п.5 отпадает;
6) По наименьшему объему заготовки по формулам 1, 2 или 3 определяют наименьшие размеры заготовки, учитывая, что заготовка должна свободно укладываться в ручей штампа в нагретом состоянии и при этом должно быть обеспечено ее надежное центрирование.
Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах.
Особенности штамповки на кривошипных прессах.
Основные особенности штамповки на КГШП по сравнению со штамповкой на молотах – это жесткость станины пресса при постоянной длине хода, безударный характер нагрузки и наличие выталкивающих устройств.
Поэтому штамповка на КГШП имеет следующие преимущества:
1) Наличие выталкивателей позволяет уменьшить штамповочные уклоны до 10 ÷ 30, а в некоторых случаях вовсе отказаться от них.
2)Жесткая конструкция пресса, надежное направление ползуна, постоянство хода пресса, направляющие колонки и втулки штампа позволяют повысить точность поковок. Припуски и допуски при штамповке на КГШП уменьшаются на 20 ÷ 35 % по сравнению со штамповкой на молоте.
3) Высокая производительность КГШП по сравнению с молотом объясняется уменьшением числа ходов, требующихся для штамповки, которое всегда равно количеству ручьев штампа.
4) КГШП дают возможность осуществлять штамповку выдавливанием, которая позволяет изготовлять поковки с высокими механическими свойствами и очень близкими размерами к чистовой детали.
5) Постоянство хода КГШП обеспечивает одинаковую степень обжатия, а постоянство скоростей хода ползуна для соответствующих углов поворота коленчатого вала – одинаковую скорость деформации при тех же углах поворота. Это обеспечивает стабильность размеров и механических свойств.
6) Высокая стойкость штампов кривошипных прессов объясняется малым временем пребывания горячего металла в ручье штампа; безударным характером деформации; применением выталкивателей, исключающих застревание поковок в штампах; составной конструкцией прессовых штампов, позволяющих каждому ручью работать до полного износа.
7) При штамповке на молоте штамповщик должен регулировать количество и силу ударов, что требует высокой квалификации. При штамповке на КГШП точность обеспечивается настройкой штампа и пресса, поэтому требуется менее квалифицированный штамповщик.
8) Экономический (приведенный к энергии топлива) коэффициент полезного действия штамповочного молота около 3 %, а КГШП – в два раза выше (6÷8 %).
Недостатки штамповки на КГШП:
Стоимость КГШП в 3-4 раза выше стоимости молота;
Возможность заклинивания и поломки прессов при крайнем нижнем положении ползуна;
Меньшая универсальность пресса – из-за жесткого хода ползуна не применяют протяжку и подкатку заготовок;
Необходимость очистки заготовок перед штамповкой от окалины;
Необходимость применения большего числа ручьев из-за худшего заполнения глубоких полостей;
Более сложная конструкция штампов.
Особенности течения металла при штамповке на КГШП.
Законы течения металла при штамповке на молоте и КГШП неодинаковы. При штамповке на молоте заполнение полости ручья штампа происходит за несколько ударов с большими скоростями, при штамповке на КГШП за одно нажатие.
При штамповке на молоте вследствие больших скоростей более интенсивному деформированию подвергаются верхние слои металла, поэтому заполнение верхнего ручья штампа происходит быстрее, чем нижнего.
При штамповке на прессе деформация охватывает сразу весь объем металла. Объемы металла, прилегающие к поверхности штампа, быстро охлаждаются, в результате чего происходит интенсивное течение металла от центра к периферии. Поэтому ручей может оказаться незаполненным из-за чрезмерного вытекания металла в облой. Наиболее рациональным средством предотвращения вытекания металла в облой и более интенсивного заполнения ручья прессового штампа является увеличение количества ручьев с целью постепенного приближения формы заготовки к форме поковки. Другим способом является уменьшение канавки и увеличение его ширины.
Конструкция прессовых штампов.
Безударный характер нагрузки на КГШП позволяет применять штампы со следующими конструктивными особенностями по сравнению с молотовыми штампами:
1) Штампы изготовляются сборными. Ручьи выполняются во вставках из инструментальных сталей. В каждой вставке, как правило, по одному ручью. Вставки устанавливаются в пакеты, изготовленные из конструкционной стали. Это позволяет:
а) экономить дорогостоящую инструментальную сталь;
б) производить замену изношенных вставок поотдельности;
в) снизить себестоимость изготовления штампа.
2) Пакеты выполняются с направляющими колонками, что позволяет надежно центрировать верхние и нижнее части ручьев.
3) Пакеты можно крепить не за счет “ласточкиного хвоста”, а при помощи болтов. Это упрощает конструкцию крепления и облегчает настройку штампа.
4) Прессовые штампы имеют выталкиватели для удаления поковки. Это позволяет уменьшить величину уклонов и дает возможность автоматизации производственного процесса.
В штампах КГШП предусматривают заготовительные и штамповочные ручьи. К Заготовительным штампов КГШП относят пережимной, формовочный, гибочный ручьи и площадку для осадки. К штамповочным ручьям относят предварительный, окончательный и заготовительно-предварительный ручей. Ручьи конструируют с учетом основных особенностей горячей штамповки на прессах:
- поверхности разъема вставок не должны соприкасаться при штамповке. Между верхней и нижней вставками необходим зазор не меньше толщины заусенца;
- на вставке, как правило, располагают только один ручей;
- размеры ручьев надо взаимно увязывать так, чтобы в окончательном ручье деформация шла, по возможности, осадкой, а не выдавливанием.
Штамповка на КГШП выдавливанием.
К ривошипные прессы дают возможность осуществлять прогрессивный технологический процесс штамповки выдавливанием, который позволяет изготовлять поковки с высокими механическими свойствами и близкими по форме и размерам к готовой детали. Существует прямой, обратный и комбинированный способы выдавливания.
При прямо выдавливании
металл пуансоном перемещается
из полости матрицы сквозь имею-
щиеся в ней отверстие. При этом
весь объем заготовки перемещается
к рабочему отверстию и трение ме-
тала о стенки полости приводит к значи-
т ельной неоднородности деформации.
При обратном выдавливании металл
вытесняется через отверстие в пуансоне. При этом
в каждый данный момент процесса деформи-
руется лишь часть заготовки, находящаяся
в непосредственной близости к рабочему
отверстию.
При обратном выдавливании происходит одновременное течение металла в обоих направлениях.
Р азновидностью выдавливания является закрытая прошивка. При закрытой прошивке обрабатываемый металл
вытекает в концевой зазор между пуансоном и
матрицей.
Параметры выдавливания:
- коэффициент вытяжки
λ = F/f
- коэффициент обжатия
q = f/F = 1/λ
- степень деформации или относительное обжатие δ = (F-f)/F = 1 – f/F = 1 – 1/λ
- скорость истечения металла из очка матрицы ω = FV/f
где: F – площадь поперечного сечения контейнера,
f – площадь поперечного сечения очка матрицы (или хвостовика, получаемого выдавливанием),
V – скорость движения пуансона, м/сек.
При выдавливании литых заготовок из цветных металлов степень деформации δ должна ровняться 80 ÷ 85 %, для остальных поковок 15 ÷ 95 %.
Штамповку за один переход без образования торцевого облоя можно осуществлять при λ ≤ 7,5 ÷ 8,5. При большем λ штамповку следует производить за 2 перехода.
Устройство и принцип работы КГШП.
КГШП выпускаются с усилием от 630 до 10000 т. для штамповки поковок, требующих усилий более 10000 т, применяют гидравлические штамповочные прессы.
КГШП имеют следующие основные узлы: станина, главный и приводной валы, ползун и шатун, стол пресса, муфту выключения, тормоз, верхний и нижний выталкиватели, электродвигатель, систему смазки, систему управления.
Р абочие части пресса приводятся в движение от электродвигателя (1), установленного на станине пресса. При помощи клиноременной передачи от шкива (2) движение передается маховику (3), укрепленному на валу (5). Маховик оборудован фрикционным предохранительным устройством, не допускающим перегрузки вала. Для остановки маховика предусмотрен
вспомогательный
тормоз (4), автоматически включающийся после выключения электродвигателя. Вал (5) вращает шестерню (6), которая сцеплена с шестерней (7), приводящей в движение коленчатый вал (9), перемещающий при помощи шатуна (11) ползун (12). Включение кривошипно-шатунного механизма осуществляется пневматической муфтой (8), которая управляется ножной педалью. После выключения муфты кривошипно-шатунный механизм останавливается ленточным тормозом (10).
Кинематическая схема КГШП
Верхняя половина штампа крепится к ползуну, нижняя – к столу (13), снабженному двухклиновым устройством для регулирования высоты штампового пространства.
Штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ).
Особенности штамповки на ГКМ.
Горизонтально ковочные машины представляют собой горизонтальные КГШП усилием 100 – 3150 т. Кроме главного ползуна они снабжены зажимным ползуном, движущимся перпендикулярно главному и развивающим усилие, равное 0,4 ÷ 0,6 усилия главного ползуна. На ГКМ обычно штампуют поковки типа стержня с фланцем (болты, клапана), кольца, стаканы.
Штамп ГКМ состоит из 3 –х частей: неподвижной и подвижной матриц и подвижного пуансона.
Основные преимущества штамповки на ГКМ:
1. Высокая производительность;
2. Высокое качество поковок;
3. Экономичное расходование металла (безоблойная штамповка);
4. Возможность получения сложных по конфигурации поковок (наличие двух взаимно перпендикулярных плоскостей разъема);
5. Возможность штамповки непосредственно из прутка или трубы.
Н а ГКМ обычно используются многоручьевые штампы. Основными операциями являются: высадка (высадка с набором), прошивка, пробивка, отрезка.
Высадка в матрице
Высадка в пуансоне
1 – неподвижная матрица
2 – подвижная матрица
3 – поковка
4 – пуансон
5 - упор
Прошивка Пробивка (просечка)
Штамповка в ручье ГКМ представляет следующие этапы:
1. Конец нагретого прутка укладывают в неподвижную матрицу (1) до упора (4).
2 . Подвижная часть матрицы зажимает пруток, образуя рабочую полость. А упор отходит в нейтральное положение.
3. Пуансон деформирует конец прутка с образованием поковки.
4. Подвижная матрица и пуансон отходят в исходное положение, а пруток с поковкой переносят в следующий ручей.
Устройство и принцип действия ГКМ.
1 – электродвигатель
2 – клиноременная передача
3 – маховик
4 – ленточный пневматический тормоз
5 – приводной вал
6, 7 – шестерни
8 – коленчатый вал
9 – шатун
10, 12 – ролики
13 – боковой ползун
14 – передний подвижный упор
15 – высадочный ползун
16 – неподвижная матрица
17 – подвижная матрица
18 – пуансон
19, 20, 21 – рычаги
11 – эксцентрик
От электродвигателя движение передается клиноременной передачей маховику, установленному на приводном валу. В маховик встроена пневматическая фрикционная муфта, при включении которой приходит в движение приводной вал и через шестерни – коленчатый вал. Далее движение передается через шатун (9) высадочному ползуну. Параллельно кривошипной передаче идет кинематическая цепь зажимного механизма, состоящего из эксцентрика, бокового ползуна с роликами, рычагов и зажимного ползуна.
При штамповке в первом ручье заготовку устанавливают до упора (14).