Работа 4. Объемная штамповка в открытых штампах

Цель работы: ознакомить с процессом получения поковок в открытом штампе, исследовать зависимость усилий деформации от конфигурации поковки.

Оборудование

Для проведения работы необходимы: универсальная испытательная машина, штамп (рис. 22), конструкция которого позволяет получить поковки 1 с гладкими торцами (вставки 4 штампа не имеют выступов) и поковки с наметками под прошивку (вставки с выступами). Кольцо 5 служит для направлении верхней половины штампа 2 относительно нижней половины 3; микрометр; штангенциркуль; свинцовые цилиндрические образцы диаметром 50 мм.

Общие сведения

При объемной штамповке изготовление поковки требуемой формы и размеров производится с помощью специальных инструментов-штампов. Формообразование поковки происходит в полостях штампа, называемых ручьями. Заготовка закладывается в ручей разомкнутого штампа, затем под действием рабочих частей машины-орудия, на которой установлен штамп, последний смыкается. При этом обжимаемый в ручье металл заготовки, деформируясь, заполняет ручей и заготовка принимает требуемую форму. В качестве машины-орудия используются различных конструкций молоты, прессы, горизонтально ковочные машины, ротационно ковочные машины и др.

Штамповочные ручьи бывают открытыми и закрытыми. При штамповке в открытых ручьях (рис. 23, о) предусматривается избыточный объем заготовки, который образует заусенец (облой), вытекая в специально предусмотренную канавку. Заусенец после штамповки подлежит удалению обрезкой или другим способом. В закрытых штамповочных ручьях (рис. 23, б) образование заусенца обычно -не предусматривается. Открытые и закрытые штампы могут быть одно- и многоручьевыми. Одноручьевые — применяют для получения поковок простой формы; многоручьевые— поковок сложной формы. Сначала заготовка обрабатывается в заготовительных ручьях, а затем в окончательном (чистовом) ручье. Заготовительные ручьи штампов (протяжной, подкатной, пережимной, гибочный), площадка для осадки, отрубной нож используются для постепенного перехода от простой формы заготовки к более сложной.

Рис. 22. Схема штампа

Протяжной ручей служит для увеличения длины отдельных участков заготовки за счет уменьшения площади поперечного сечения, при этом заготовка может обрабатываться в закрытых или открытых ручьях. Деформация металла в открытом протяжном ручье имеет много общего с операцией протяжки при свободной ковке с поворотом на 90° вокруг оси, когда это необходимо. Протяжка в закрытом ручье обеспечивает более интенсивную вытяжку.

Рис. 23. Штампы: 1 — заусенечная канавка; 2 — ручей; 3 — поковка

Подкаткой ручей используется для распределения объема металла вдоль оси заготовки в соответствии с распределением его в поковке при увеличении одних поперечных сечений за счет уменьшения других. В подкатной ручей заготовка поступает в исходном состоянии или после обработки в протяжном. При подкатке длина заготовки изменяется мало. Подкатка, как правило, выполняется при штамповке на молотах в открытом или закрытом ручьях за три и более ударов молота с поворотом заготовки на 90° после каждого удара.

Пережимной ручей используется в тех случаях, когда требуется уширение заготовки поперек оси, если при этом нет необходимости в больших изменениях величины поперечных сечений заготовки с перемещением металла вдоль оси, а также для придания заготовке некоторой формы в продольном направлении, облегчающей заполнение полости последующего ручья. Из пережимного ручья заготовку передают в окончательный, сохраняя ее положение, занимаемое в пережимном ручье, т. е. без поворота вокруг оси.

Формовочный ручей используют для придания заготовке формы, соответствующей форме готовой поковки в плоскости разъема окончательного ручья. При передаче заготовки в окончательный ручей ее поворачивают на 90° вокруг оси.

Гибочный ручей необходим при штамповке поковок, имеющих изогнутую ось в плоскости разъема. В последующий ручей заготовку передают с поворотом на 90° относительно направления гибки.

Отрубной нож применяют, когда возникает необходимость отделения поковки oт прутка, при удалении клещевины, т. е. участка, за который удерживается поковка при штамповке, а также при разрубке на две или более частей, если из одной заготовки одновременно штампуется несколько изделий.

При многоручьевой штамповке с целью уменьшения износа окончательного ручья применяют предварительный ручей. Это выполняется в случае штамповки сложных поковок, а также при штамповке поковок средней сложности, ню крупных серий. Форму полости этого ручья за отдельными исключениями делают такой, как и в окончательном ручье, но штамповочные уклоны и радиусы закруглений на переходах увеличивают. Канавки для заусенца в предварительном ручье не делают.

В зависимости от конфигурации, размеров и требований в отношении направления волокна в поковке используют те или иные виды ручьев. На рис. 24 показано расположение ручьев в многоручьевом штампе и последовательность изменения заготовки в готовую поковку шатуна.

Следует иметь в виду, что заготовительные ручьи открытых и закрытых штампов не имеют различий. Различие наблюдается лишь в окончательных (чистовых) ручьях, как это показано на рис. 23.

Заусенец, образующийся при штамповке в открытых ручьях, представляет собой наибольшую часть отхода металла при объемной штамповке. Однако он является неизбежным, так как при смыкании штампа часть деформируемого металла по закону наименьшего сопротивления вытекает в зазор между несомкнув-шимися частями, образуя заусенец раньше, чем полость ручья заполняется металлом.

Рас. 24. Молотовый штамп, и схема изменения заготовки в поковку шатуна:

1 — подкатной ручей; 2 — протяжной ручей; 3 — окончательный ручей; 4 — гибочный ручей; 5 — предварительный ручей

По мере смыкания штампа заусенец становится тоньше, сопротивление истечению металла в зазор увеличивается и металл течет в наиболее трудно заполняемые участки ручья. При дальнейшем деформировании заготовки подпор, создаваемый, заусенцем в замкнутом им объеме деформируемого металла, становится достаточным для полного заполнения ручья. Таким образом, заусенец создает возможность штамповки в открытом штампе.

Кроме того, объем штампуемых заготовок несколько колеблется в связи с допусками на размеры сечения прутка и допусками на длину заготовки при резке. Поэтому, чтобы не допустить брака из-за, нехватки металла, необходимо иметь в заготовке некоторый минимальный избыточный объем. При этом заусеничная канавка оказывается необходимой для его размещения.

Процесс формоизменения заготовки при объемной штамповке осадкой можно разделить на три характерных периода (рис. 25).

Первый период (рис. 25, а) заключается в осадке исходной заготовки. Течение металла от центра к периферии сопровождается частичным выдавливанием в те же полости, которые перекрываются при его растекании. Этот период заканчивается в тот момент, когда боковая поверхность заготовки соприкасается по периметру со стенками полости штампа. После этого часть металла вытекает в заусенец.

Второй период штамповки; играющий главную роль при формовании детали, характеризуется течением металла в различных направлениях. В результате этого постоянно заполняются углубления полости штампа при одновременном истечении некоторой части металла в заусенец.

Рис. 25. Схема формоизменения заготовки при объемной

штамповке:

1 — верхняя половина штампа; 2— нижняя половина штампа; 3 — заготовка

На рис. 25, б схематично показан момент второго периода штамповки, когда углы полости штампа целиком заполнены и металл вытекает одновременно в два углубления, расположенные одно против другого, и в заусенец. В конце второго периода штамповки вся полость штампа заполнена металлом, но общая высота детали несколько превышает заданную высоту изделия (h₂>h_к).

Третий период штамповки характеризуется вытеснением излишка металла в заусенец. Он заканчивается при достижении заданной высоты изделия h_к. Этому моменту отвечает максимальное усилие деформации (рис. 25, в).

Третий период не является обязательным, так как в конце второго периода штамповки формование детали может быть полностью закончено, если объем заготовки точно равен объему штампованной детали. На практике третий период необходим из-за неизбежных отклонений размеров заготовок, недостаточно точного расположения заготовки в штампе и т. п.

За перечисленными периодами деформации заготовки в ручье по изменению усилия деформации можно проследить на штампах с ручьями простой конфигурации (см. рис. 22, штамп без вставок 4). При наличии в поковке зон затруднительной деформации в виде наметок, пережимов и другого можно зафиксировать стадии (фазы) формирования поковки в ручье путем периодического раскрытия штампа, снятия размеров поковки и заусенца.

Усилие деформации, кГ

Объем вставки Vб мм³

Рис. 26. График зависимости усилия деформации от конфигурации поковки

Порядок проведения работы

1. Ознакомить студентов с фазами заполнения штампа при объемной штамповке, в штампе со вставками без выступов.

2. Рассчитать высоту образцов по формуле

где V₃ — объем заготовки, равный сумме объемов поковки и заусенца, мм;

D₃ — диаметр заготовки, мм (D₃ =50 мм).

Объем поковок и заусенцев для поковок, штампуемых в процессе выполнения работы, указывается руководителем лабораторной работы.

3. Установить образец в штамп и осадить его до касания боковой стенки. Зафиксировать усилия деформации, извлечь образец и замерить его диаметр и высоту.

4. Установить деформированный в первом периоде образец в штамп и осадить до заполнения гравюры штампа. Зафиксировать усилие деформации. Измерить диаметр и высоту поковки.

5. Установить деформированный во втором периоде образец в штамп и завершить штамповку. Замерить усилие деформации на этой стадии штамповки.

6. Установить новый образец в штамп и осадить сразу до окончательных размеров и записать диаграмму усилие — деформация.

7. Исследовать зависимость усилия деформации от конфигурации шжовии.

8. При проведении эксперимента заготовку установить по оси штампа и в процессе деформации постепенно заполнить объем гравюры.

9. Опыты повторить для трех конфигураций поковок. По результатам лабораторной работы построить график зависимости усилия деформации от конфигурации поковки. За показатель сложности конфигурации поковки принять объем сменных вставок V_б Характер зависимости приведен на рис. 26.

Содержание отчета

1. Схема конструкции штампа.

2. Диаграмма усилие — деформация, график зависимости усилия при деформации от конфигурации поковки, описание процесса открытой одноручьевой штамповки.

3. Результаты опытов свести в табл. 13.

4. Выводы.

Табл. 13. Результаты опытов

Номер опыта	Размеры поковки, мм		Усилие при деформации, Т	Степень заполнения штампа
	диаметр	высота