Глава 2. ПРОЦЕССЫ СОВРЕМЕННОГО КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

2.1. Область применения обработки металлов давлением

Малоотходное, высокопроизводительное, перспективное. Так можно охарактеризовать современное кузнечно-штамповочное производство, основанное на обработке материалов давлением (ОМД) и организуемое на металлообрабатывающих, машиностроительных, автомобильных и других предпр ят ях. ОМД - важнейшее звено разнообразных технологических процессов. Достаточно отметить, что примерно 90% выплавляемых сталей и

быть в естественном состоянии высокой, как, например, у свинца, серебра, золота или очень низкой – вольфрам без разрушения выдерживает

тело, для всего объема которогоДхарактерно постоянство направлений определенных кристаллографических плоскостей в пространстве. Его называют монокристаллом. В обычных условиях кристаллизация жидкого металла начинается одновременно в очень Ибольшом количестве центров, поэтому технический металл представляет собой не единый кристалл, а скопление зерен (кристаллитов) неправильной формы. Такое строение металла называется поликристаллическим. В каждом зерне наблюдается упорядоченное расположение атомов, предопределяющее различие свойств по разным направлениям–анизотропию. Но так как направление основных кристаллографических плоскостей в различных зернах может быть различно, то поликристалл может иметь одинаковые свойства по разным направлениям. Под действием внешних сил определенной величины в кристаллах возникают два вида пластической (необратимой) деформации:

скольжение (трансляция) и двойникование.

45

СибР с. 44. Схемы пластической деформации кристалла: а – скольжение; – двойникование

расстояния имеютАминимальную величину. Пластическая деформация начинается, в первую очередь, в тех кристаллитах, у которых плоскости

Скольжен е является основным механизмом деформации (рис. 44 а), при котором недеформируемые локи сдвигаются относительно смежных на расстояния, кратные размерам элементарной ячейки в направлении сдвига

одной части кристаллита относительно другой. Обычно плоскостями

скольжения являются плоскостями с наибольшей плотностью расположения

атомов, а направлениями сдвига – направления, по которым межатомные

скольжения расположены под углом 450 к направлению действия внешней силы. При двойниковании (рис. 44 б) части кристаллита, разделенные плоскостями скольжения, переходят в положение, симметричное другим

пластическую деформацию как результат движения и размножения дефектов (точечных и линейных) кристаллической решетки деформируемого материала. Механизмы пластической деформации рассматриваются на атомном уровне. При приложении нагрузки к реальным кристаллам смещение части кристалла относительно другой происходит не одновременно по всей плоскости скольжения.

Смещение происходит первоначально в точке дефекта, а затем распространяется при значительно меньшем внешнем усилии, чем при одновременном скольжении целого блока атомов. Этим объясняется значительное расхождение между теоретическими и фактическими значениями предела касательных напряжений. Например, для железа

46

2300 МПа и 29 МПа. Для начала пластического течения необходимо, чтобы касательное напряжение превышало критическое напряжение, величина которого зависит от исходной структуры деформируемого металла. Данное обстоятельство предопределяет необходимость учета предистории деформации материала исходной заготовки при определении силовых и качественных параметров процесса деформации.

При взаимодействии дислокаций, находящихся в одной плоскости, одноименные дислокации отталкиваются, разноименные – притягиваются. Межзеренные гран цы являются барьером для движущихся дислокаций и местом х скоплен я. Скопления одноименных дислокаций препятствуют

составляющуюбАдесятки процентов от размера заготовки. Заставляя дислокации двигаться нужным о разом, можно управлять пластичностью и изменять форму заготовки с меньшими затратами энергии.

рованных по отношению к нагрузке, необходимо увеличить эту

нагрузку. Перемещен е одной дислокации по кристаллиту приводит к очень

Движению дислокаций мешают также электроны проводимости. Но пластичность металла при переходе в сверхпроводящее состояние возрастает. Д

В том случае, когда направление движения электронов и дислокаций совпадает, для деформации требуется меньшее усилие, чем в случае, когда электроны и дислокации движутся навстречу друг другу. Этот эффект обнаружил профессор О.А.Троицкий, установивший, что в первом случае электроны при столкновениях передают дислокациямИчасть своего импульса и увлекают их за собой. Такое повышение пластичности металла под действием потока электронов получило название электронно-пластического эффекта (ЭПЭ).

ЭПЭ возникает лишь тогда, когда скорость дрейфа электронов выше средней скорсти движения дислокаций, которая лежит в пределах 0,01 - 0,10 м/с. Дрейфовая скорость электронов пропорциональна силе тока, и поэтому ЭПЭ должен иметь пороговый характер. То есть пластичность начинается тогда, когда сила тока превысит некоторое критическое значение. Мощные импульсы тока определенной полярности повышают пластичность металла и позволяют снизить усилие, как за счет нагрева, так и за счет ЭПЭ. На рис. 45 верхний график получен, когда электроны двигались навстречу

47

Нижний график соответствует попутному движению электронов и дислокаций.

Си

Р с.45.бАЗав с мость усилия волочения от направления движения электронов: Твкл Твыкл – моменты включения и выключения тока

Основным назначением ОМД является придание обрабатываемому материалу тре уемой формы посредством пластической деформации при минимальных отходах и реализации всех потенциальных

–металлургические Дпроцессы, предназначенные для формообразования полуфабрикатов в видеИлиста, профилей, прутков, периодического проката (прокатка, прессование, волочение);

–машиностроительные процессы, предназначенные для формообразования деталей, устанавливаемых на конкретные изделия машиностроения (холодное и горячее объемное деформирование, штамповка деталей из листовых, профильных, трубчатых и других полуфабрикатов, изготовление деталей из порошковых материалов).

Обработке материалов отводится важное место в программах снижения металлоемкости и энергоемкости. Это объясняется не только возможностью получения крупных поковок (валы, шестерни, роторы турбогенераторов, трубы большого диаметра, оболочки ракет и т.д.), но и значительными преимуществами перед другими способами изготовления деталей. При реализации методов ОМД повышается надежность и прочность деталей, уменьшается их масса, сокращается расход металла и объем последующей механической обработки.

48

Экономичность и высокая производительность - эти факторы являются особенно ценными в условиях массового производства автомобилей, сельхозмашин, радиокомпонентов, электроарматуры, тары, различных видов товаров широкого потребления.

продукцией кузнечно-штамповочного производства мы встречаемся повсюду:

– гвозди, шурупы, винты, винты - саморезы, сверла, развертки, метчики для нарезания или накатывания резьбы, отвертки;

– стружечные, древесно-волокнистые, гипсокартонные плиты, потолочные пл ты металлические и пластмассовые, плинтусы;

– тубы для кремов, паст, лаков, клеев, пищевых продуктов; банки для

б – топоры, стамескиА, пилы плоские и цепные, зубила, ножи, ножницы;

– пуговицы, монеты, значки, медали, замки-молнии;

– проволока, ка ель, цепи, тросы, арматура, нити ламп накаливания;

– гильзы оружейные, пули и снаряды, корпуса мин и ракет, детали стрелкового оружия, большинство деталей авиа – и ракетной техники;

– скрепки канцелярские, авторучкиДи стержни к ним, иглы сплошные швейные и полые для иньекций, сетки металлические и пластмассовые;

– дискеты, диски, большинство деталей компьютеров и телефонов;

– 90% деталей бытовой техники;

– ювелирные и художественные изделия.

В связи с интенсивным развитием Ихимической промышленности обработкой давлением изготавливают огромный ассортимент деталей промышленного и бытового назначения из пластмасс и металлопластов (корпуса и начинка приборов, телефонов всех видов, компьютеров и телевизоров; магнитофонные кассеты, диски и дискеты; банки, игрушки, мебель, канцелярские товары, зубные щетки, медицинские шприцы и системы, детали обуви, посуда, оконные рамы, сайдинг и многое другое) (рис. 46, рис. 47).

По оценкам отечественных и зарубежных специалистов промышленно развитые страны должны иметь в общем парке станочного оборудования до 30% разнообразных кузнечно-прессовых машин, что обеспечит переработку более 60% проката с минимальными отходами и высокой производительностью.

49

Известно, что при обработке деталей резанием в стружку уходит от 20 до 70% материала в зависимости от вида изделия. Это огромные потери, если учесть, что перерабатываются миллионы тонн металла. Кроме того, переплавка стружки ведет к тому, что только половина ее используется повторно.

Однако правильную оценку можно и нужно делать не только в деньгах, но и в вещах. Посмотрим, что такое 1 млн. тонн стали. При обработке резанием такого количества металла необходимо, по сравнению со штамповкой, дополн тельно загруз ть 25–30 тыс. рабочих и 15 тыс. станков; один миллион тонн стали – это пр мерно семьдесят тысяч мощных грузовиков (рис. 48, а) или

штамповки (рис. 52, рис. 53, рис. 54).

объемы тонкостенные (а значитАлегкие) детали формуются методами листовой

Д И

Рис. 46, а. Без этих вещей трудно обходиться в ХХI веке

50

Рис. 47. Столово-чайные приборы; нож предназначен для резки и подачи сыра (изготовлен мастерами г. Златоуст в начале прошлого века)

51

Рис. 48 Современные автомобили – сложнейшие технические системы:

а – седельный тягач КамАЗ – 65228 (8х8): снаряженная масса 14850 кг, полная масса буксируемого прицепа 105 т, двигатель CUMMINS ISX мощностью 600 л.с.;

б– Peugeot 207 c 16 – клапанным 1,6 л двигателем мощностью 120 л.с.

исистемой динамической стабилизации движения

52

Си

бАРис. 49. втомо иль в «разобранном виде»

Д И

Рис. 50. Детали ответственного назначения, изготавливаемые горячей штамповкой для тракторов

53

Си бА Д И

Рис.51. Детали ответственного назначения, изготавливаемые горячей штамповкой для легковых и грузовых автомобилей

54

Си

бАР с. 52. Детали автомобилей сложной формы, штампуемые из листовых заготовок

Д И

Рис. 53. Изготовленные из листового металла фасонные детали автомобиля

55

Си бАа Д И

б

Рис. 54. Диски колес (а) и мелкие детали (б) автомобилей штампуются из листового металла

56

По подсчетам экономистов внедрением в производство новых прогрессивных методов обработки металлов давлением можно сократить отходы в стружку примерно на 40%. Усредненные показатели экономии металла и снижения трудоемкости изготовления изделий некоторых типов при переходе на обработку давлением приведены в табл. 2, а наглядно выгоды, например, технологии штамповки (высадки), видны на рис. 55.

Экономия металла при переходе с процессов резания на методы ОМД – это только одна сторона дела. Большое значение имеет и то обстоятельство, что при ОМД волокна металла не перерезаются, а изгибаются (рис. 57) и металл не только сохраняет свою прочность, но и упрочняется. Изделия,

лирезан ем. Поэтому во всех случаях, когда от изделия требуется повышенная

полученные ОМД, значительно прочнее, лучше служат и дольше.

производятбАот нескольких десятков до нескольких сотен изделий в минуту. Чеканочные прессы, прессы листоштамповочные обрабатывают от тысячи

работоспособность (железнодорожные колеса, рельсы, детали мостов, траки танков тракторов, тросы, ножи скреперов и бульдозеров), повышенная безопасность (тур нные лопатки, роторы, лопасти вертолетов, орудийные и

ружейные стволы) – во всех этих случаях непременно детали изготавл ваются методами ОМД.

Но это еще не все. Применение методов ОМД обеспечивает значительно большую производительность по сравнению с обработкой на металлорежущих станках. Действительно, оборудование для обработки

давлением является наи олее производительным: автоматы для

изготовления заклепок, гаек, гвоздей, шурупов и подобных им деталей

до пяти тысяч деталей в час с шероховатостью поверхности и точностью размеров, которые исключают потребность в последующей обработке. Один

пресс успешно заменяет 3–5 станков для обработки резанием, а

изготовить другими методами: трубы, Исотовые панели, детали из порошковых материалов с уникальными свойствами, изделия из пластмасс.

Именно поэтому во всех странах мира стремятся увеличить количество кузнечно-прессового оборудования (КПО) и удельный вес его в общем выпуске материало-обрабатывающего оборудования.

57

Си бА Д

Рис. 55. Технологии полученияИболта:

а – резанием из прутка шестигранного сечения; б – штамповкой (высадкой)

В табл. 3 представлены данные о динамике производства кузнечнопрессового оборудования (КПО) в России и СССР.

Интенсивное развитие промышленности по изготовлению КПО началось в СССР (в основном в России) в пятидесятые годы, когда несколько десятков машиностроительных заводов стали специализироваться на изготовлении кузнечно-прессовых машин. Кроме специальных предприятий Министерства станкостроительной и инструментальной

58

промышленности для изготовления крупных кузнечных машин, гидравлических прессов, молотов и другого штамповочного оборудования привлекались предприятия тяжелого машиностроения, крупные автомобильные и тракторные заводы и т.п.

Таблица 3

иВсе заводы, занятые изготовлением только кузнечно-прессового оборудованбАя, спец ализировались на выпуске определенного вида и ассорт мента маш н. Специализация способствовала выпуску совершенных современных прессов.

Техн ческ й уровень и мощь отечественного машиностроения в области создан я КПО характеризовалась следующими данными. У нас изготавливались оснащенные средствами механизации, автоматизации и контроля машины: гидравлические ковочные прессы с верхним расположением ра очих цилиндров усилием до 150 МН; кривошипные горячештамповочные прессы усилием до 125 МН; горизонтально-ковочные машины усилием до 31,5 МН; чеканочные прессы усилием до 25 МН; штамповочные молоты с массойДпадающих частей от 1000 до 25000 кг; ножницы для резки листов толщиной до 32 мм и сортового проката диаметром до 360 мм; холодновысадочные автоматы для изготовления фасонных деталей из прутковой стали диаметром до 24 мм; прессы листоштамповочные механические и гидравлические и многие другие.

13 января 1977 г. во французском городе ссуар в присутствии президента Франции В.Жискар ’Эстена и членов правительственных комиссий Франции и СССР состоялась торжественная церемония пуска крупнейшего в капиталистическом мире сверхмощного гидравлического пресса усилием 650 МН (рис.56). Его заказала специально созданная

судостроительных и других важнейших отраслей техники ряда развитых стран мира на крупногабаритные точные штампованные детали из высокопрочных сплавов.

Опыт строительства сверхмощных штамповочных прессов (750 МН) и опыт их эксплуатации позволили Советскому Союзу выступить с предложением о создании пресса такой мощности и одержать победу в сложной конкурентной борьбе с передовыми прессостроительными

59

фирмами США, ФРГ и другими. Французские условия отличались высокими требованиями по точности, технологическим возможностям и другим параметрам, а на весь комплекс работы - проектирование, изготовление, перевозку, монтаж и ввод в эксплуатацию пресса - предоставлялось 43 месяца. Очень короткий срок. Эти требования были выдержаны. Причем

Сблагодаря качественной работе советских специалистов на всех стадиях пресс вошел в строй сразу же после монтажа.

и бА Д И

Рис. 56. Сверхмощный гидравлический пресс усилием 650 МН

60

Приведенные ниже иллюстрации дают некоторое представление о процессах ОМД, используемых в машиностроении, и их возможностях.

На рис. 58 показан процесс осадки, применяющийся для уменьшения высоты заготовки при одновременном увеличении диаметра. Заготовки можно осаживать поперек сечения (рис. 58, а). В некоторых случаях,

например с целью получения точного размера по диаметру, осадку производят в контейнере (рис. 58, б). При осадке части заготовки получают утолщения на конце или в середине заготовки. Процесс деформирования называется высадкой (рис. 59, а, б). Высадка используется при изготовлении болтов, заклепок, ступенчатых валиков, шаровых пальцев, полуосей и друг х подобных деталей.

Рис. 59. Схемы процессов высадки: фланца (а) и головки (б)

61

На рис. 60 приведены схемы процессов уменьшения сечения сплошной (а) и трубной (б) заготовок за счет ее протаскивания (волочения) через сужающееся очко (волоку). Чтобы обеспечить требуемый диаметр отверстия трубы, в нее вводят оправку.

комб н рованное (р с. 63). При прямом выдавливании сплошного стержня невыдавленная часть заготовки может иметь поперечное сечение в виде круга или многоугольника. Выдавленная часть – в виде круга, многоугольника или сложного профиля. Прямому выдавливанию подвергают также полые заготовки.

Д Рис. 61. Схема процесса прямого Ивыдавливания

Разнообразные по размерам и форме изделия (рис. 52, рис. 54) (детали кузовов автомобиля, кастрюли, контакты, платы радиоаппаратуры и т.д.) изготавливают из листовых заготовок, применяя последовательно или совместно отдельные операции листовой штамповки. Последние делятся на две группы: разделительные, в которых одна часть заготовки полностью или частично отделяется от другой, и формоизменяющие, связанные с перемещением одной части заготовки относительно другой без разрушения металла. К разделительным операциям относятся отрезка (рис. 64), вырубка, пробивка, надрезка и др., к формоизменяющим – гибка, вытяжка-свертка (рис.65), формовка, обжим, раздача, отбортовка и многие др. На рис.52 – рис. 54,

62

рис. 66 – рис. 72 представлены детали, полученные с использованием операций листовой и объемной штамповки.

с фланцем (а) и типа стакан (б)

63

Самыми мощными станами являются блюминги и слябинги, на которых прокатывают слитки массой до 15 т (для блюмингов) и до 50 т (для слябингов) в слябы сечением 400х400 мм и блюмы толщиной до 300 мм и шириной до 2300 мм с производительностью до 6 мл н. т в год. Продукция этих станов – полупродукты.

Готовую продукцию катают из полупродуктов на рельсобалочных, крупносортных, среднесортных, мелкосортных, проволочных, трубных, тонколистовых и др. станах. Это сложнейшие комплексы с разным расположен ем клетей и валков в них и вспомогательным оборудованием.

На р с. 75 пр ведена схема клети непрерывного стана для прокатки полосы на квадрат. Она имеет кроме рабочих валков, на которых нарезаются

кали

полоса закруч вается на определенный угол. Для регулировки валков в верт кальнойбАплоскости осевом направлении предусмотрены нажимные устройства.

Д

Рис. 73. Схема продольной прокатки (а) и некоторыеИвидывсортового) проката (б) и (в)

67

Си а бАб

Рис.74. Схемы калибровки валков стана 500:

а – системы последовательных калибров, обеспечивающих получение профилей,

Д в которой привод горизонтальных и вертикальныхИвалков осуществляется от

указанных под схемами; б – последовательность формовки сварных труб

из полосы в клетях непрерывного стана

На рис. 76 показана комбинированная клеть чистовой группы

полунепрерывного среднесортного стана фирмы Moeller und Neumann, ФРГ,

одного электродвигателя через зубчатые передачи 2, 4, 10 и соединительные

элементы. Кассета 8 с горизонтальными валками установлена на раме и фиксируется на ней гидрозажимами 7. При переходе на прокатку в вертикальных валках кассета поворачивается на 90 , валки подсоединяются к телескопическим вертикальным шпинделям 9. Таким образом обеспечивается универсальность клети.

На рис. 77, а показан инструмент – валок, устанавливаемый на на пилигримовом стане прокатки бесшовных труб. На таких станах можно производить трубы гладкие и ступенчатые с поперечным размером от 50 до 670 мм круглого, квадратного, шестигранного сечения.

В качестве исходной заготовки используют толстостенную трубу-стакан, которую получают прошивкой круглого слитка. После прошивного пресса стакан раскатывается для уменьшения разностенности, в нем прошивается

68

дно. Толщина стенки обычно составляет примерно 25% наружного диаметра. Прокатку трубы, одетой на дорн, производят между двумя валками пилигримовой клети (рис. 77, б) с круглым калибром переменного профиля (по ширине и в радиальных направлениях). Профиль калибра подразделяется на три части: холостую, рабочую и полирующую. Прокатные валки вращаются в направлении, обратном направлению прокатки. Так как при вращении валков размеры калибра непрерывно меняются, то в некоторый момент (когда совпадают холостые части ручьев обоих валков) можно подать заготовку для деформ рован я очередного участка длиной в 20 – 40 мм.

Прокат в в де стержней переменного сечения, труб с гладкой или

с вводными и выводными кантующими валками: 1–передаточный валик нажимного устройства; 2–направляющие воронки; 3–маховик

привода нажимных винтов; 5, 11– верхний и нижний нажимные винты; 7, 10 – подшипники кантующих валков; 6 – откидная планка;

8, 13 – вводные и выводные кантующие валки [36].

69

в

Рис. 77.Оборудование и инструмент пилигримового стана

70

На рис. 77 приведена схема процесса холодной продольной прокатки (раскатки) деталей типа валов, торсионов опорных катков гусеничных движителей танков, осей переменного сечения ручьевыми неприводными роликами. Цилиндрическая заготовка 1, диаметр которой выбирается равным максимальному размеру будущей детали вводится между

противоположной галтели. После этого ролики разводятся и заготовка поворач вается на 900. Цикл обработки повторяется. После 4 – 8 проходов и поворотов по определенной программе формируется профиль детали. Коррект ровка хода тянущей каретки производится следящим устройством, имеющ м неподв жный 3 и подвижный 4 упоры.

хемы станов для винтовой прокатки разнообразных изделий представлены на р с. 78, а рис. 78, б. Основная особенность заключается в том, что в нтовые поверхности инструментов заставляют заготовку продв гаться в осевом направлении, а переменная глубина калибров

гидравлическими цилиндрами, работой которых управляет копир, воздействующий на рычаг распределителя.

Для профилирования заготовок переменного сечения (рис. 79) широко

Рис.78. Схемы процессов планетарной прокатки (а) и продольной раскатки (б) [79]

71

Рис.79. Схемы станов для поперечно – винтовой прокатки цилиндров и шаров (а, б) и периодической прокатки фасонных изделий (в)

72

Си бА

Рис.82. Схема станаДпоперечно-клиновой прокатки:

1 – станина; 2 – гидроцилиндр; 3 – прокатная установка с нижней 4 и верхней 5 плитами; 6 – промежуточная клиновая плита; 7 – редуктор червячный; 8 – винты установочные; 9 – каретки; 10 – исходная заготовка; 11 –двуплечийИрычаг; 12 –плита клиновая

Прокат переменного сечения используют как фасонные заготовки для обработки резанием полуосей автомобилей, осей электродвигателей и других подобных деталей, при горячей и холодной объемной штамповке шатунов двигателей, лопаток турбин, осей вагонов и электровозов. В этих случаях существенно сокращаются технологические отходы, повышается производительность труда, уменьшаются затраты на инструмент и технологическую оснастку.

При массовом производстве зубчатых колес с зубом используется прогрессивная технология – накатывание (по сути прокатывание).

Методом накатки получают: шестерни цилиндрические с прямым, косым и шевронным зубом; вал-шестерни; зубчатые колёса конические с прямым и спиральным зубом; червячные колёса; звёздочки цепных передач. Высота зуба от 0,7 до 27 мм, диаметр наружный до 600мм.

74

марок автомобилей, полученные горячей прокаткой на специальном стане конструкции НИИТАвтопрома.

75

прокатки зубьев повышает производительность труда по сравнению с операцией чернового зубофрезерования в 5–10 раз, обеспечивает 15–20% экономии металла от веса заготовки, применяемой для зубофрезерования. Механические свойства накатанных колес значительно выше, чем у полученных резанием на 20–40% вследствие благоприятного расположения волокон (рис. 84).

Значительная часть проката сортового и проката переменного сечения идет на производство готовых деталей и точных заготовок ковкой или штамповкой.

Ковкой, при которой обрабатываемая заготовка получает заданную форму постепенно при обжатии ее по частям, изготовляют поковки простой и сложной формы с массой от десятков грамм до 250–350 т., не имеющие

76

достаточно чистых и ровных поверхностей и точных размеров. Для получения из них готовых деталей обычно требуется поковку обработать на металлообрабатывающих станках. Поэтому ковку целесообразно применять лишь при единичном или мелкосерийном производстве [38].

Ковку выполняют на плоских или вырезных бойках с применением разнообразного универсального инструмента [38, 40, 41]. Мелкие детали куют с использованием ручного инструмента, крупные - на пневматических (с массой падающих частей до 1000 кг) и ковочных паровоздушных молотах

рис

Последовательно выполняются переходы: осадка и протяжка на сечение

332х180 мм ( ); наметка и прожим (получение углубления) с двух сторон

б

(в, г); протяжка короткого конца на прямоугольник 140х180 мм (д); прожим после кантовки на 900 (е) и протяжка сначала на прямоугольник 125х125 мм (ж), а затем на круг диаметром 125 мм (з); ковка длинного конца в той же последовательности (к – н), что и короткого.

465 мм, с диаметромА, равным диаметру основания фланца (250 мм) высадкой в кольце (в) с последующей предварительной (г) и окончательной прошивкой отверстия (д).

Толстостенные фланцы (рис. 85, б) куют обычно из заготовки длиной

При крупносерийном и массовомДпроизводстве поковки оформляют в штампах. И это позволяет приблизить форму и размеры поковки к форме и

На ковочных комплексах или ручной ковкой получают удлиненные заготовки типа осей и валов, крюки, скобы, кольца (рис. 86), ступенчатые

размерам детали, существенно уменьшить припуски на дальнейшую механическую обработку и увеличить производительность труда.

77

Рис.85. Последовательность ковки кривошипного вала (а) и толстостенного фланца (б)

78

Си бА Д И

Рис. 86. Раскатка кольцевой поковки на оправке; оправка поворачивается цепью кантователя, подвешенного на мостовом кране

79

Си бАа Д И

б

Рис. 87. Образцы изделий, изготавливаемых на штамповочных молотах

Игорячештамповочных прессах (а)

ипоковки сложной формы из специальных сплавов (б)

80

Штампы могут иметь одну или несколько полостей (ручьев), дающих возможность в определенной последовательности формировать элементы поковки. Применяются два основных вида ручьев - открытый и закрытый [38]. У открытых ручьев зазор между верхней и нижней частями штампа (рис. 89, а–д) является переменным и уменьшается в процессе

Сдеформирования. В этот зазор выдавливается лишний металл исходной заготовки. Поэтому нет необходимости в точном дозировании объема заготовки. У закрытых ручьев зазор между вертикальными поверхностями инструментов остается постоянным в процессе штамповки (рис.89, е–к).

Штампы проект руются под паровоздушные штамповочные молоты горизонтальнымдвойного действ я, г дро – пневматические молоты, гидравлические прессы, дугостаторные прессы, горизонтально-ковочные машины с вертикальным и

разъемом матриц, кривошипные горячештамповочные

прессы ( с. 88).

бА Д И

Рис. 88. Кривошипный горячештамповочный пресс

81

Си бА

Рис. 89. Стадии штамповкиД: в открытом ручье (а – д); в закрытом ручье (е – к)

На рис. 90 показаны инструменты (триИкомплекта) для штамповки поковки поворотного кулака автомобиля из цилиндрической исходной заготовки диаметром 120 мм и длиной 212 мм [39]. Поковка формуется постепенно. Сначала выравниваются торцы заготовки, ей придается вытянутая форма. Затем в закрытом ручье выдавливается стержневая часть и предварительно формируются «уши». На третьем переходе поковка оформляется окончательно уже в открытом ручье (рис. 90, б).

Вообще подготовке формы полуфабрикатов перед окончательной штамповкой уделяется особое внимание. Металл перераспределяется так, чтобы для каждого элемента поковки приходился определенный объем.

82

Си бА

Рис. 90. Штамповые вставки и переходы штамповкиИпоковки поворотного кулака автомобиля: а – черновой (второй – подготовительный) ручей;

а Дб в

б – чистовой (третий – окончательный) ручей; в – формовка заготовки (первый ручей)

Например, при штамповке гаечного ключа исходная цилиндрическая заготовка прокатывается так, что утолщенные части ее приходятся на области зевов, требующие большего объема металла, чем плоская ручка

(рис.91).

83

деформируют пуансоном с фасонной полостью (рис.92, а), либо осаживают плоским инструментом (пуансоном) (рис. 92, б).

Д а Иб

Рис. 92. Заготовка детали «распределитель» из нержавеющей стали 12Х18Н9Т (а) и последовательность штамповки клапана (б)

Относительно крупные поковки штампуют на горизонтальноковочных машинах (ГКМ) от прутка или из мерных нагретых заготовок. Благодаря наличию двух взаимноперпендикулярных плоскостей разъема штампов и возможности применения многоручьевой штамповки на ГКМ

84

изготавливают поковки широкой номенклатуры (рис.93) без штамповочных уклонов, с незначительными потерями на облой.

Си бА Д И

Рис. 93. Образцы изделий, получаемых на ГКМ

По конструктивному исполнению зажимного механизма ГКМ подразделяют на машины с вертикальной и горизонтальной плоскостью разъема матриц. Наиболее распространены машины с вертикальной плоскостью разъема зажимных матриц (рис. 94). Рабочие органы приводятся: центральный ползун 16 с пуансонами 20 – от электродвигателя

85

11 через текстропные ремни 10, маховик 4 со встроенной муфтой 6, вал 7, шестерни 17 и 18, кривошипно-шатунный механизм 14, 15; боковой ползун 5 через кулачки 9 и 13, ролики 8, 12, Рычаги 2, 3 прижимают зажимной ползун 1 с гнездом для крепления подвижной части матрицы к неподвижной матрице 22. Матрицы зажимают или пережимают пруток 23. Блок

Рис. 95. Пуансоны, разъемные матрицы и полуфабрикаты детали «шестерня заднего хода трактора» [80]

86

НезависимаябАтепловая установка (рис. 101, а) состоит из массивного контейнера 1 с нагревательнымДэлементом 5, оправки, с рельефом требуемого профиля 2, устройство 3 для подъёма и опускания оправки. В теплоизолированном контейнере поддерживается постоянная температура, необходимая для деформации заготовки. Исходная заготовка (сплошная или сварная из листа) плотно надевается на холодную оправку и вводится в

нагретый контейнер. После этого включаютсяИнагреватели 4 оправки, последняя увеличивается в размерах и давит на заготовку, зажатую между ней и контейнером.

К моменту выравнивания температур между оправкой и контейнером развивается контактное давление, обеспечивающее заполнение рельефа оправки материалом заготовки. После заполнения рельефа обогрев оправки отключается и начинается ее охлаждение водой через каналы 6. Сначала это обеспечивает уменьшение натяга до нуля, а затем создает некоторый зазор, что позволяет беспрепятственно извлечь из контейнера оправку с отформованным на ней изделием.

Упрощенная тепловая установка (рис. 101, б) состоит из контейнера кольцевой формы 1 и разборной оправки 2. Отверстия 3 предназначены для охлаждения.

89

Заготовка надевается на оправку так же, как и у независимой тепловой установки. Контейнер, нагретый в печи до температуры деформации материала обечайки или несколько выше, надевается на холодную оправку с заготовкой. После некоторой выдержки между контейнером и надетой на оправку заготовкой возникает сцепление, так как из-за подстывания

Сконтейнера и прогрева оправки появляется натяг и соответствующее контактное давление. Весь пакет (контейнер, оправка и заготовка) загружается в печь, нагревается и выдерживается в ней при температуре, не превышающей температуру деформации материала обечайки. После этого пакет звлекают з печи и подают на охлаждение оправки. Затем разбирают иоправку сн мают обечайку. На рис.101, в, приведен пример обечайки, штампуемой на ТП.

бА

Рис. 101. Тепловые установки независимыеД(а) и упрощенные (б); обечайка, изготавливаемая на ТП (в)

Бурное развитие авиа- и ракетостроенияИ, химического и других отраслей машиностроения требует освоения новых конструкционных материалов, обладающих рядом специальных свойств: титан, магний, алюминий и сплавов на их основе. Высокие прочностные свойства их в сочетании с низкой плотностью позволяют создавать надежные, легкие и долговечные конструкции и детали. Однако обработка давлением сплавов затруднена ввиду их низкой технологической пластичности и сравнительно высокого сопротивления деформации [26].

При обработке таких материалов перспективно использовать сверхпластическую деформацию, обусловленную вязким поведением металлических материалов при определенных температурно-скоростных и структурных условиях и характеризующуюся аномально высоким ресурсом деформационной способности при крайненизком сопротивлении деформации.

90

Например, можно получать полые изделия сложной формы из хрупких при комнатной температуре цинко - алюминиевых сплавов (тонкостенные крышки, корпуса компьютеров, детали декоративного и архитектурного оформления) из плоских или предварительно профилированных листовых или трубчатых заготовок за счет небольшого газостатического давления

Для аэрокосмической, судостроительной и др. отраслей промышленности штампуются точные заготовки (днища, фланцы, патрубки, полуторы, панели и т.д.) с минимальными припусками (и без них) из магниевых, алюминиевых, титановых сплавов и легированных сталей. На рис. 103, а представлен специализированный пресс К 20.601 для штамповки в режимах сверхпластичности [74]. Он имеет нижнюю и верхнюю подвижные траверсы, которые могут создавать силы деформирования по 12500 кН каждая, и стол размером 2000х2500 мм. Это дает возможность изготавливать поковки сложной формы с габаритными размерами до 1000мм (рис.103 б).

91

(б) поковки, изготовленные в режиме сверхпластичности [74]

Рис.104. Изотермическое формообразование газом [80]

92

СТехнология бАР с. 105. изготовления гофровой панели [80]

Д И

Рис. 106. Куполо- и торообразные детали, изготовленные изотермической пневмоформовкой [80]; на сфере и тороидах видны штуцера для подачи газа

93

Си бА Д И

Рис. 107. Многослойные панели, изготовленные изотермической пневмоформовкой и диффузионной сваркой из листовых заготовок [80]

94

Рис.108. Детали, изготовленные изотермическим выдавливанием [78]

95

Рис. 110. Универсальный штамповый блок для изотермической штамповки алюминиевых сплавов: 1, 13– верхняя и нижняя опорные плиты; 2–шаровая опора; 3, 6–верхний

и нижний кожухи; 7–пуансон; 8–три спиральных нагревательных элемента; 9–матрица; 10–контрпуансон-выталкиватель; 11–обойма; 12–прокладки [78]

96