Процессы штамповки на оборудовании для горячей объемной штамповки Дисциплина: Технологии заготовительного производства
Оборудование для горячей объемной штамповки молоты штамповочные, горячештамповочные кривошипные прессы, горизонтально-ковочные машины. Процессы штамповки на этих машинах имеют свои особенности, обусловленные устройством и принципом их действия.
Горячая объемная штамповка на молотах Основным типом молотов являются паровоздушные штамповочные молоты. Их конструкция несколько отличается от ковочных молотов. Стойка станины устанавливается непосредственно на шаботе. Молоты имеют усиленные регулируемые направляющие для движения бабы. Масса шабота превышает массу падающих частей в 30…30 раз. Все это обеспечивает необходимую точность соударения штампов. Масса падающих частей составляет 630…25000 кг. Особенностями ГОШ на молотах являются ударный характер деформирующего воздействия и возможность регулирования хода подвижных частей и величины удара при одновременном кантовании заготовки, что позволяет более эффективно производить перераспределение металла.
Штамповка в открытых штампах При штамповке в открытых штампах облойная канавка имеет вид, представленный на рисунке Виды облойной канавки при штамповке на молотах Размеры облойной канавки (а) назначаются в зависимости от сложности поковки и ее размеров в плане. Клиновая облойная канавка (б) позволяет снизить потери на облой в результате повышения сопротивления течению металла.
Штамповка в закрытых штампах При закрытой штамповке на молотах применяются штампы с одним и двумя замками. Конструкции штампов Штампы с одним замком используются чаще, так как они проще в изготовлении. Но они требуют точной наладки и хорошего состояния оборудования. Второй замок (больший конус) предохраняет первый замок и упрощает наладку штампа, но при этом увеличиваются его размеры и масса. Конструкции закрытых молотовых штампов а – с одним замком; б – с двумя замками
Геометрическая точность поковок, полученных на молотах На молотах поковки изготавливаются с самыми низкими классами точности: Т4, Т5. Это обусловлено возможностью смещения частей штампа, отсутствием направляющих в конструкции штампа, ударным характером деформирования. Допускаемые отклонения от номинальных размеров поковки соответствуют припускам, которыепоэтому также являются увеличенными. Кузнечные напуски имеют максимальные значения. Ввиду ударного характера работы молота в конструкции штампа нельзя использовать выталкиватели, поэтому для извлечения поковки из ручья штампа на вертикальных поверхностях поковок оформляются значительные штамповочные уклоны: наружные – до 7 0, внутренние – до Радиусы закругления назначаются для облегчения течения металла, повышения стойкости штампа, обеспечения расположения волокон. 1 - деталь; 2 - размер детали; 3 - номинальный размер поковки; 4 - наименьший предельный размер поковки; 5 - наибольший предельный размер поковки; 6 - величина припуска; 7 - допуск (поле допуска); 8 - положительная величина допускаемого отклонения; 9 - отрицательная величина допускаемого отклонения
Горячая объемная штамповка на прессах Наиболее часто используются кривошипные горячештамповочные прессы. Выбор пресса осуществляется по номинальному усилию, которое составляет 6,7…100 МН. К особенностям конструкции пресса следует отнести жесткий привод, не позволяющий изменять ход ползуна, отсутствие ударных нагрузок.
Открытая штамповка При открытой штамповке на прессах части штампа не должны смыкаться на величину, равную толщине облоя. Полость штампа выполняется открытой и облойная канавка имеет вид, показанный на рисунке Вид облойной канавки при штамповке на прессах
Закрытая штамповка Для закрытой штамповки используются штампы двух видов: с цельной матрицей, для изготовления поковок типа тел вращения, усилие распора в них воспринимается матрицей и не передается ползуну пресса; с разъемной матрицей, для легкого извлечения из полости штампа поковок, что позволяет значительно уменьшить штамповочные уклоны. Схема изготовления поковок в закрытых штампах с разъемной матрицей: а - с вертикальной плоскостью разъема; б - с двумя плоскостями разъема: 1 - пуансон; 2 - матрица; 3 - поковка.
Достоинства процесса штамповки на прессах Поковки, полученные на прессах, характеризуются высокой точностью, которая достигается за счет снижения припусков на механическую обработку (в среднем на 20…30 % по сравнению с поковками, полученными на молотах) и допускаемых отклонений на номинальные размеры, снижения штамповочных уклонов в два – три раза. Наличие постоянного хода приводит к большей точности поковок по высоте, а жесткость конструкции пресса делает возможным применение направляющих колонок в штампах, что исключает сдвиг. Производительность труда повышается в среднем в 1,4 раза за счет однократности и повышения мощности деформирующих воздействий. В результате себестоимость поковок снижается на 10…30 %. Как показывают исследования, штамповка на прессах может быть экономически выгодной даже при загрузке оборудования на 35…45 %.
Недостатки процесса штамповки на прессах Процессу штамповки на прессах присущи недостатки: окалина вдавливается в тело поковки, для предотвращения этого необходимо проводить малоокислительный или безокислительный нагрев или полную очистку заготовки от окалины; из-за невысокой скорости деформирования время контакта металла с инструментом больше, чем на молотах, поэтому имеет место переохлаждение поверхности заготовки, что приводит к худшему заполнению полости штампа.
Штамповка на горизонтально- ковочных машинах Горизонтально–ковочная машина (ГКМ), предназначена для горячего безоблойного штампования заготовок из прутка в разъёмных матрицах. По характеру воздействия на заготовку ГКМ относится к прессам. На ГКМ производят высадку, а также прошивку, отрезку, гибку, выдавливание. По сравнению с др. кузнечно-прессовыми машинами ГКМ более производительны, обеспечивают высокую точность изделий. Рабочее усилие в ГКМ создаёт кривошипный механизм, движение рабочих органов происходит в горизонтальной плоскости. Вспомогательные операции (подачу заготовки, зажим её и т. п.) осуществляет рычажно-кулачковый механизм. Горизонтально-ковочные машины выбираются по номинальному усилию, которое составляет 1…31,5 МН.
Схема горячей объемной штамповки на горизонтально-ковочной машине Штамп состоит из трех частей: неподвижной матрицы 3, подвижной матрицы 5 и пуансона 1, размыкающихся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Пруток 4 с нагретым участком на его конце закладывают в неподвижную матрицу. Положение конца прутка определяется упором 2. При включении машины подвижная матрица 5 прижимает пруток к неподвижной матрице, упор автоматически отходит в сторону, и только после этого пуансон 1 соприкасается с выступающей частью прутка и деформирует ее. Металл при этом заполняет формующую полость, расположенную впереди зажимной части. Формующая полость может находиться только в матрице, только в пуансоне, а также в матрице и пуансоне. После окончания деформирования пуансон движется в обратном направлении, выходя из полости матрицы. Матрицы разжимаются, деформированную заготовку вынимают или она выпадает из них.
Поковки, штампуемые на ГКМ В качестве исходной заготовки используют пруток круглого или квадратного сечения, трубный прокат. Штампуют поковки: стержни с утолщениями и глухими отверстиями, кольца, трубчатые детали со сквозными и глухими отверстиями. Так как штамп состоит из трех частей, то напуски на поковки и штамповочные уклоны малы или отсутствуют. К недостаткам горизонтально-ковочных машин следует отнести их малую универсальность и высокую стоимость.
Ротационные способы изготовления поковок В основе этих способов лежит процесс ротационного обжатия при вращении инструмента или заготовки. При обкатывании инструментом заготовки очаг деформации имеет локальный характер и постоянно перемещается по заготовке, вследствие чего усилие, действующее на инструмент, меньше чем при штамповке. Это позволяет изготовлять поковки большой массы (заготовка вагонных осей) с большой точностью, так как упругие деформации при меньших усилиях меньше
Ковочные вальцы Штамповка на ковочных вальцах напоминает продольную прокатку, на двух валках закрепляют секторные штампы, имеющие соответствующие ручьи Нагретую заготовку 1 подают до упора 2, когда секторные штампы 3 расходятся. При повороте валков происходит захват заготовки и обжатие ее по форме полости; одновременно с обжатием заготовка выталкивается в сторону подачи. На вальцах изготовляют поковки типа звеньев цепей, рычагов, гаечных ключей и т.п., а также осуществляют фасонирование заготовок. Исходное сечение заготовки принимают равным максимальному сечению поковки, так как при вальцовке происходит главным образом протяжка.
Штамповка на ротационно- ковочных машинах Типовая конструкция ротационно-ковочной машины с вращающимся шпинделем. На задней стороне ее станины 1 установлен электродвигатель. Клиноременной передачей 7 движение от него передается на маховик, закрепленный на шпинделе 5, который вращается в подшипниках 6. В пазах шпинделя размещены ползуны 3. Ролики 4 с сепаратором установлены в неподвижной обойме 2, закрепленной в станине. Штамповка на ротационно-ковочных машинах подобна операции протяжки и заключается в местном обжатии заготовки по периметру. Заготовку 1 в виде прутка или трубы помещают в отверстие между бойками 5 машины, находящимися в шпинделе 4. Бойки могут свободно скользить в радиально расположенных пазах шпинделя. При вращении шпинделя ролики 3, помещенные в обойме 2, толкают бойки 5, которые наносят удары по заготовке. В исходное положение бойки возвращаются под действием центробежных сил. В машинах этого типа получают поковки, имеющие форму тел вращения. Существуют машины, у которых вместо шпинделя с бойками вращается обойма с роликами; в этом случае для возвратного движения ползунов служат пружины. В таких машинах получают поковки квадратного, прямоугольного и других сечений.
Поперечно-клиновая прокатка Процесс заключается в локальном воздействии на заготовку специального клинового инструмента (валков), обеспечивающего последовательное перемещение очага деформации вдоль вращающейся заготовки от места врезания к торцам детали (рис. 1). Валки имеют рабочие и холостые участки. За один оборот валков получают одну или две детали, в зависимости от количества рабочих участков на валке. Рабочие участки на валке могут быть расположены параллельно или последовательно. Заголовка подается в рабочую зону между валками в период относительного перемещения холостых участков. Деформирование может осуществляться инструментом в виде двух валков, валка и сегмента или двух плоских плит. Плоско-клиновой инструмент наиболее прост и обеспечивает получение валов сложной конфигурации с высокой точностью.
Раскатка кольцевых заготовок на раскатных станах Раскатка кольцевых заготовок на раскатных станах получила особенно большое распространение при производстве колец подшипников. При дальнейшем сближении валков 2 и 3 увеличивается наружный диаметр заготовки за счет уменьшения толщины и происходит ее контакт с направляющим роликом 4, обеспечивающим получение правильной кольцевой формы поковки. После касания поковкой контрольного ролика 5 раскатка прекращается. Заготовка 1 представляет собой кольцо с меньшим диаметром и большей толщиной стенки, чем у поковки. Заготовки получают штамповкой на молотах или горизонтально- ковочных машинах. При подведении к заготовке 1, надетой на валок 2, быстро вращающегося валка 3 заготовка и валок 2 начинают вращаться. Раскаткой получают поковки колец с поперечными сечениями различной формы наружным диаметром 70…700 мм и шириной 20…180 мм.
Штамповка жидкого металла Штамповка жидкого металла является одним из прогрессивных технологических процессов, позволяющих получать плотные заготовки с уменьшенными пропусками на механическую обработку, с высокими физико- механическими и эксплуатационными свойствами. Технологический процесс штамповки жидкого металла объединяет в себе процессы литья и горячей объемной штамповки. Процесс заключается в том, что расплав, залитый в матрицу пресс-формы, уплотняют пуансоном, закрепленным на ползуне гидравлического пресса, до окончания затвердевания. Производство отливок методом жидкой штамповки осуществляется на гидравлических прессах, позволяющих выдерживать расплав, под давлением до окончания его затвердевания, в специальных штампах, имеющих самые различные конструкции. Этим способом можно получить сложные заготовки с различными фасонными приливами на наружной поверхности, значительно выходящими за пределы основных габаритных размеров детали. В заготовках могут быть получены отверстия, расположенные не только вдоль движения пуансона, но и в перпендикулярном направлении.