книги из ГПНТБ / Степнов И.Е. Конструирование форм для стеклянных изделий

отливки, полученные в песчаных или металлических формах и другими способами формовки;

поковки кованые или штампованные; литейно-сварные заготовки; штампово-сварные и штампованные из листа; прутки из горячекатаного проката.

Возможны различные способы получения заготовок. Из них не­ обходимо выбрать наилучший по качеству и с минимальной себе­ стоимостью.

Выбрать заготовку — это значит установить способ ее получе­ ния, наметить припуски на обработку каждой поверхности, рассчи­ тать размеры и указать допуски на них.

Выбор способа получения заготовок обусловливается: технологической характеристикой материала детали; конструктивными формами и размерами заготовки; точностью выполнения заготовки, классом чистоты и качеством

ее поверхностных слоев; программой и планом выпуска формовых комплектов.

Существенное влияние на выбор способа получения заготовок оказывают наличие соответствующего технологического оборудова­ ния и общий технический уровень производства. Этим объясняется широкое применение для изготовления заготовок чугунного литья в земляных формах и кокилях.

Значительно реже применяются стальные заготовки и совер­

форм изготовляют литьем. Поэтому вопросы повышения производи­ тельности при изготовлении форм, улучшения их качества и сниже­ ния себестоимости необходимо в первую очередь решать на участ­ ках и цехах производства заготовок.

Одним из главных направлений развития технологии литейного производства на ближайшие годы должно являться повышение гео­ метрической точности отливок.

Первостепенное значение имеет снижение затрат труда на об­ рубные и очистные работы в литейных цехах и обработку снятием стружки в механических цехах. Обрубные и очистные работы в ли­ тейных цехах составляют примерно 30—40% всех затрат на изго­ товление отливок, а при механической обработке около 20% ме­ талла уходит в стружку. При обработке форм со сложной гравюрой трудоемкость ручных слесарных работ в 4—5 раз больше, чем всех станочных.

Необходимость удаления большого слоя металла при механиче­ ской обработке обусловливается низким качеством металла в по­ верхностном слое отливок. Засоренность и отбел поверхностного слоя, пороки в виде раковин, рыхлости и пористости вызывают не­ обходимость повышать припуски на механическую обработку, что увеличивает затраты на изготовление форм.

Применяемые в настоящее время песчано-глинистые формовоч­ ные земли не обеспечивают требований к заготовкам для форм.

190

Высокие требования к качеству форм, особенно прессовых, вы­ двигают как одну из основных задач широкое применение для из­ готовления заготовок прогрессивных способов литья. К таким спо­ собам литья относятся:

литье в песчаных формах, уплотненных высоким давлением или спеканием;

литье в оболочковые тонкостенные формы из различных мате­ риалов (например, песчано-смоляные);

литье в оболочковые стеклянные формы; точное литье по выплавляемым моделям;

литье в гипсовые, керамические и графитовые формы; литье в асбесто-графито-алебастровые формы и в металличе­

ские формы — кокили; центробежное литье;

литье с применением комбинированных форм: песчано-металли­ ческих, песчано-керамических, металлических и керамических с ке­ рамическими вставками.

При всех способах литья отдельные детали (например, части матрицы) отливают из металла одной плавки. Для снятия внутрен­ них напряжений заготовку подвергают искусственному старению при температуре 550—600° С, а при необходимости изменения структуры ■— отжигу.

В настоящее время распространено литье в кокили и комбини­ рованное— в земляные формы с металлическими холодильниками.

Литье в кокиль позволяет получить отливки с плотной структу­ рой, более точным соблюдением геометрии, меньшими припусками на обработку. С целью предупреждения отбела рабочие поверх­ ности кокиля покрывают теплоизоляционными красками, предвари­ тельно подогревают их и удаляют отливки при температуре не­ сколько выше температуры отжига.

Существенным недостатком литья в кокиль является их высо­ кая стоимость, особенно для заготовок сложной конфигурации. Целесообразно применять стержни с большой теплопроводностью, что достигается включением в состав стержневых смесей чугунной стружки.

Для снижения затрат на изготовление пресс-форм со сложной конфигурацией и гравюрой формующих поверхностей перспек­ тивны такие прогрессивные методы изготовления, как холодное выдавливание, горячая штамповка, штамповка жидкого металла, методы порошковой металлургии, электроимпульсная обработка.

4. Основные методы обработки деталей пресс-форм

Детали пресс-форм и форм в зависимости от их размеров, кон­ фигурации, сложности гравюры формующих поверхностей, матери­ ала, требований к точности размеров и шероховатости поверхно­ стей изготовляются различными методами. Исходя из требований к точности размеров и шероховатости, поверхности деталей форм можно разделить на четыре основные группы (табл. 16).

191

Требования к точности формы, размерам, шероховатости вспо­ могательных поверхностей обеспечиваются в заготовительных цехах при всех видах литья и обработки давлением. При необходимости в дополнительной обработке таких поверхностей используют метал­ лорежущие станки: токарные, фрезерные, строгальные и др.

Труднее изыскать наиболее рациональные методы обработки сложных фасонных поверхностей первой и второй групп с высокими требованиями к их точности и чистоте. Особые трудности возникают при обработке фасонных формующих поверхностей со сложным про­ филем гравюры на них под алмазную грань на стеклянных изделиях.

Даже такие прогрессивные способы получения заготовок, как точное литье по выплавленным моделям, не обеспечивают точность выше 4—5 кл. и чистоту поверхностей выше 5—6 кл. Поэтому тре­ бования к качеству форм при их изготовлении определяются под­ бором оптимального комплекса методов изготовления. Среди про­ грессивных методов обработки металлов для получения формующих деталей наиболее эффективны: горячее и полугорячее выдавливание, штамповка жидких металлов, прессование металлических порошков, электроимпульсная и механическая обработка.

Горячее и полугорячее выдавливание. Горячее и полугорячее вы­ давливание применяют при изготовлении матриц пресс-форм из ма­ териалов, поддающихся пластическим деформациям в нагретом со­

192

стоянии, например легированных сталей. Выдавливание осуществ­ ляется на гидравлических, кривошипных или фрикционных прес­ сах. Процесс выдавливания состоит из следующих операций:

шлифовка и полировка поверхности заготовки под полость; нагрев в печи с нейтральной атмосферой под слоем древесного

угля; очистка поверхности заготовки металлической щеткой;

собственно выдавливание полости в обойме или без обоймы; термообработка заготовки; зачистка и калибровка формующей полости в холодном со­

стоянии; дополнительная механическая отработка.

С целью уменьшения окисления формующей полости выдавлива­ ние производится в полугорячем состоянии при температуре ре­ кристаллизации (400—800°С). При температуре больше 500°С можно снизить удельные давления на 40—70%■

При изготовлении полостей с высокой точностью необходимо учи­ тывать тепловое расширение и деформации заготовки. Точность раз­ меров формующей полости 3—5 кл. Холодное выдавливание — эффективный метод обработки неглубоких глухих формующих поло­ стей матриц пресс-форм при их изготовлении из материалов, обла­ дающих высокой пластичностью.

В некоторых случаях возможно холодное выдавливание полости по элементам. Область применения выдавливания ограничивается величиной удельного давления на мастер-пуансон. Удельное давле­ ние при холодном выдавливании углеродистых сталей составляет 1200—1500 МПа (120—150 кгс/мм2), инструментальных сталей — 2500—3500 МПа (250—350 кгс/мм2); При горячем прессовании вели­ чина необходимого удельного давления значительно меньше.

Ориентировочно усилие, потребное для выдавливания, можно

Для изготовления матриц пресс-форм холодным выдавливанием применяют гидравлические прессы вертикального типа.

Методом холодного выдавливания в обойме можно обеспечить точность размеров до 2—3 кл. и до 7—9 кл. чистоты.

Штамповка жидких металлов. Выдавливанием жидкого металла в закрытой полости можно получить вкладыши матриц со сложной гравюрой и оболочек пуансонов. Этот метод применяют при изготов­ лении деталей формы из пластичных и хрупких сталей, чугунов, цветных сплавов и пр.

При штамповке из жидких металлов удельные давления значи­ тельно меньше, чем при горячем прессовании. Для штамповки жид­ кого чугуна достаточно удельное давление 1 —1,5 МПа (0,10— 0,15 кгс/мм2), а сталей — от 20 до 60 МПа (от 2 до 6 кгс/мм2).

Формующая поверхность матрицы образуется мастер-пуансоном, имеющем формующую поверхность в виде негативного изображения поверхности матрицы с припуском на усадку и полировку.

Изготовление таких пуансонов значительно проще и менее трудоемко, чем изготовление самой полости матрицы механической обработкой. Стойкость пуансонов достаточна для изготовления значительного количества заготовок матриц или других сложных деталей форм.

Штамповкой жидких металлов можно получить заготовки с точ­ ностью размеров 3—4 кл. и шероховатостью 5—6 кл. чистоты.

Прессование металлических порошков. При изготовлении форм для деталей со сложной гравюрой целесообразно применять метал­ лические порошки. Металлокерамическая технология позволяет полу­ чать заготовки и детали форм из материалов, максимально удовлет­ воряющих их служебному назначению благодаря смешению метал­ лов и неметаллов, обладающих необходимыми физико-механиче­ скими свойствами. Заготовки из металлокерамических металлов полу­ чают холодным прессованием смесей порошков в пресс-формах с по­ следующим спеканием или горячим прессованием, при котором прес­ сование и спекание объединены в одну операцию. Удельное давле­ ние прессования от 100 до 600 МПа (от 10 до 60 кгс/мм2) . Темпера­ тура спекания должна быть ниже точки плавления основного компо­ нента. Время спекания зависит от размеров изделий и спекаемости материалов и колеблется от 0,5 до 24 ч. Спекание и последующая термическая или химическая обработка повышают механические и теплофизические свойства деталей.

Электроимпульсная обработка. При обработке закрытых фасонных поверхностей пресс-форм повышенной твердости (более HRC 40) в последнее время находит широкое применение электроимпульсный метод. Этим методом можно обрабатывать сложные фасонные по­ верхности с точностью до 0,03—0,05 мм. Чистота поверхности зави­ сит от режимов работы. При грубом, но высокопроизводительном режиме чистота поверхностей не превышает 1 кл., а при чистовом режиме — 5—6 кл. Применение электроимпульсного метода обра­ ботки позволяет значительно уменьшить объем слесарно-доводочных работ.

Электроим'пульсная обработка пресс-форм может производиться с предварительной механической обработкой и без нее. Для удале­ ния основной массы припуска электроимпульсным методом наиболее высокопроизводительным является режим работы при частоте 400 Гц, а при чистовой — 2500 Гц. Для обработки форм этим методом используют универсальные электроимпульсные копировально-проши­ вочные станки 4Б722, 4723 и др. Производительность при обработке сталей на станке 4Б722 достигает 1500 мм2/мин, а на станке 4723— 3500 мм3/мин. Так как производительность по съему металла в дан­ ном случае значительно ниже, чем на металлорежущих станках, то применение их будет целесообразным лишь при обработке сложных фасонных полостей в жаропрочных, высоколегированных сталях и твердых сплавах.

194

При электроимпульсной обработке полостей форм применяют электроды из меди Ml и М2, первичного алюминия, алюминиевых сплавов Д 1, АК7, АЛЗ и АЛ5, медного сплава МЦ4, серого чугуна, вольфрама, специального углеграфитированного материала ЭЭГ и некоторые другие материалы. При обработке заготовок из отбелен­ ных чугунов, сталей и жаропрочных сплавов более высокие показа­ тели по стойкости и стабильности процесса имеет материал ЭЭГ. Одним электродом из ЭЭГ можно обработать несколько десятков деталей. Вихре-копировальный станок для механической обработки фасонных деталей из графитированных и им подобных материалов, разработанный в ЭНИМС, позволяет в десятки раз повысить про­ изводительность и почти исключить ручной труд при изготовлении фасонных электродов-инструментов.

Механическая обработка. Наибольшее распространение при об­ работке деталей форм пока имеют методы механической обработки лезвийным и абразивным инструментом.

Поверхности, имеющие форму тел вращения, целесообразно об­

станках. Сложный профиль таких поверхностей вдоль оси вращения обеспечивается при небольших размерах фасонными резцами и кру­ гами, а при больших — обработкой по шаблонам, копирам или с по­ мощью специальных приспособлений.

Предварительную обработку производят с припуском 0,05—0,1 мм. Точность профиля в этих случаях зависит от точности выполне­ ния всей технологической системы, а шероховатость — от механиче­ ских свойств обрабатываемого материала, режимов резания, состоя­ ния режущих кромок инструмента и применяемой охлаждающей жидкости. Фасонные поверхности обрабатывают при скоростях 10—25 м/мин. При окончательной обработке деталей форм приме­ няются прогрессивные методы: тонкое точение и растачивание, тон­ кое фрезерование и шлифование, притирка, хонингование, суперфи­

ниширование, полировка.

Тонкое точение и растачивание твердосплавными резцами ве­ дется при скоростях резания 150—600 м/мин, подаче — 0,02—0,10 мм на 1 оборот; глубина резания составляет 0,1—0,3 мм. Припуски для тонкого точения и растачивания оставляют с таким расчетом, чтобы обработку осуществить за один проход. Если предварительная обра­ ботка была недостаточно точной, то припуск снимают в два прохода: при этом на первом проходе удаляется не менее 2/з общего припуска.

Достигаемая при тонком точении и растачивании точность раз­ меров соответствует 2 кл. точности, а чистота поверхностей до 7—8 кл. На чистоту поверхности существенно влияет состояние режущих кромок резцов. Для обеспечения высокого качества об­ рабатываемых поверхностей и стойкости самих резцов их рабочие грани тщательно доводятся алмазными кругами.

Тонким фрезерованием можно обрабатывать плоскости поверхно­ стей разъема раскрывных матриц, контактирующих с матрицей, пло­ скости прессовых колец некруглого сечения и др.

режущий инструмент оснащают пластинками твердых сплавов: при обработке сталей — Т15Кб, чугуна — ВК8.

Для оснащения резцов и торцовых фрез при чистовой обработке с большими скоростями резания сталей, чугунов и цветных сплавов применяют также минералокерамические пластинки ЦМ—332. В ре­ зультате совершенствования минералокерамики получены керметы, обладающие более высокими прочностными характеристиками, на­ пример, кермет НС20М. Для обработки фасонных поверхностей тел вращения обычно применяют токарные станки 1К62А, 1К62М и др.

Вогнуто-выпуклые пространственные поверхности обрабатывают на станках с режущим инструментом, перемещающимся в трех вза­ имно перпендикулярных направлениях, например, на копироваль­

матриц пресс-форм и форм являются станки с программным уп­

более 0,05 мм. Режим обработки для получения тонким шлифова­ нием 10 кл. чистоты следующий: частота вращения абразивного круга 25—30 м/с, частота вращения обрабатываемой детали 15— 25 м/мин, продольная подача 0,3—0,4 м/мин, поперечная подача 0,5—1 мкм/об обрабатываемой детали; выхаживание при врезном шлифовании в течение 2—5 оборотов обрабатываемой детали при сквозном шлифовании за 2—4 двойных хода стола. В зависимости от отрабатываемого материала, для тонкого шлифования применя­ ются абразивные круги из белого электрокорунда или карбида кремния черного зернистостью 40—16, твердостью М3—СМ2 на ке­ рамической связке. Для получения чистоты поверхности 11—12 кл. ее дополнительно шлифуют абразивным кругом из карбида крем­ ния зеленого зернистостью 12—6 на глифталевой связке. Режим шлифования: частота вращения круга 15—20 м/с, частота вращения обрабатываемой детали 6—8 м/мин, продольная подача 0,3— 0,4 м/мин.

Тонкое шлифование чашечным кругом можно применять также при чистовой обработке плоскостей, а также профильных поверхно­ стей прямолинейных в направлении продольной подачи. При соот­ ветствующих приспособлениях или кинематике плоскошлифоваль­ ного станка можно шлифовать криволинейные поверхности с боль­ шим радиусом кривизны. Фасонные поверхности шлифуют на уни­

196

версальных круглошлифовальных, плоскошлифовальных и профи­ лешлифовальных станках.

Наружные цилиндрические и сферические поверхности шлифуют на кругошлифовальных станках. Внутренние фасонные поверхности обрабатывают на внутришлифовальных станках фасонным шлифо­ вальным кругом.

Деталь обычно закрепляют в трехкулачковом патроне. Для профильного шлифования применяют плоскошлифовальные станки

3771М, 370П, ЗБ70В и др.

Для шлифования с высокой точностью сложных наружных профилей пуансонов, составных матриц, прессовых колец и других деталей применяют специальные профилешлифовальные станки, на­ пример оптические профилешлифовальные станки. На этих станках обрабатывают фасонный профиль изделия на основании принципа совмещения обрабатываемого профиля с соответствующим профи­ лем чертежа, выполненного в увеличенном масштабе.

На профильно-шлифовальных станках можно шлифовать произ­ вольные криволинейные профили с точностью до 0,02 мм.

Отечественная промышленность выпускает профилешлифоваль­ ные станки моделей 395М, 2СПШ, 3PI96 и др.

При особо высоких требованиях к чистоте в некоторых случаях можно применять м е т о д с у п е р ф и н и ш и р о в а н и я фасонных поверхностей. В этом случае вместо длинных абразивных брусков в каждой колодке специальной головки упруго монтируют не­ сколько коротких брусков отдельно по каждому элементу фасонной поверхности. Колебательные движения брусков с амплитудой 3— 5 мм в направлении, перпендикулярном главному движению реза­ ния, не изменят значительного контакта с обрабатываемой поверх­ ностью. В отличие от обработки шлифованием, при суперфинише зерна металлов не вырываются из своих гнезд, а секутся абразив­ ными брусками, в результате получается гладкая поверхность, со­ стоящая в основном из металла кристаллического строения. Супер­ финиш можно применять для обработки наружных и внутренних поверхностей вращения, а также плоских поверхностей с целью по­ вышения их чистоты до 9—12 кл. Погрешности предшествующей обработки при суперфинише не исправляются.

Перспективен для отделочной обработки метод у л ь т р а ф и ­ ниша. Процесс осуществляется посредством мягкого упругого при­ тира, прилегающего к обрабатываемой поверхности, с применением абразивной жидкости. Скорость относительного перемещения при­ тира и обрабатываемой поверхности от 100 до 180 м/мин. Этим ме­

ние а б р а з и в н ы м и л е н т а м и , охватывающими ведущий и ведо­ мый шкивы. При обработке сталей, ковкого чугуна и других мате­ риалов повышенной прочности применяются абразивные ленты с электрокорундовыми зернами и с зернами карбида кремния при обработке серого чугуна и цветных сплавов. Зернистость абразива,

197

применяемого при изготовлении лент, зависит от требуемой чистоты обработки.

При использовании в качестве абразива шлифзерен с номером зернистости 16—20 можно получить чистоту до 9 кл., а при исполь­ зовании шлифпорошков зернистостью 6—8 повысить чистоту до

11 кл.

Шлифование абразивными лентами успешно можно применять при чистовой обработке пуансонов.

При покрытии ленты абразивными микропорошками можно осу­ ществить полирование с чистотой до 12 кл. Преимущество безраз­ мерного шлифования и полирования абразивными лентами перед другими методами — в высокой производительности труда и высоком качестве обработанной поверхности. Для шлифования и полирова­

вращения ленты 22 м/с, давление обрабатываемой детали на ленту 0,1 МПа (1 кгс/см2), поперечная подача— 1 м/мин.

Заключительной, весьма ответственной операцией обработки формующих поверхностей деталей пресс-форм является п о л и р о ­ ва ние . Известно много способов осуществления этой операции: механические, химические, электрохимические, электрохимикомеха­ нические и др.

При обработке формующих поверхностей эффективно полирова­ ние полировальными кругами и специальными полировальниками. Используют разнообразные по материалу и свойствам полироваль­ ные круги: прессованные хлопчатобумажные, складчатые из косых полос ткани, сборчатые, лепестковые, войлочные, фетровые, гибкие из смеси резины с абразивными зернами и др.

Жесткие круги применяют при обработке гладких поверхностей, а мягкие — для обработки сложной гравюры.

Для полирования применяют разнообразные станки: от простей­ шего станка-двигателя до автоматизированных станков. Для поли­ рования деталей тел вращения при мелкосерийном производстве можно использовать двухпозиционный одношпиндельный станок ОСПТВ. Сложный профиль формующих поверхностей матриц мо­ жно полировать с применением универсальных полировальных го­ ловок и шлифовальных машинок, например пневматических шли­

также полирование сложных формующих поверхностей вращающи­ мися щетками.

Во многих случаях можно обеспечить высокую чистоту поверх­ ностей методами пластической деформации — накаткой, раскаткой, чеканкой, дробеструйной обработкой и др.

Обработка сложной гравюры на формующих поверхностях форм (рисунка) пока механизирована недостаточно, только отдельные элементы удается начерно обработать на копировально-фрезерных и фасонно-строгальных станках. Некоторые декоративные узоры,

198

надписи, цифровые обозначения выполняются на специальных гра­ вировальных станках, например на станке 6А463. Гравируют спе­ циальными фрезами с профилем, соответствующим профилю об­ рабатываемой поверхности. Ощупывающий палец перемещается по контуру шаблона вручную.

Для механизации слесарно-доводочных операций при изготовле­ нии пресс-форм и форм в настоящее время используют электрифи­ цированные установки 2УМД, ЗУМД, шлиф-бормашину ШБМ-3

и др.

Комплект такой установки состоит из электродвигателя, гибкого вала, пускового ножного реостата, набора рабочих головок, при­ способлений и инструмента. В набор головок установки входят: виброголовка для возвратно-поступательного движения инстру­ мента, прямой цанговый патрон для передачи вращательного дви­ жения инструменту, угловой патрон для передачи вращательного движения инструменту под углом.

Спомощью такой установки можно производить ответственные

иточные работы по окончательной обработке гравюры формую­ щих поверхностей. В качестве рабочих режущих инструментов при­ меняются мелкие фасонные фрезы и боры разных профилей и раз­ меров, абразивные, алмазно-абразивные головки и круги, кожаные фибровые, войлочные, фетровые, хлопчатобумажные, синтетические круги и головки.

Шлиф-бормашины позволяют производить чистовую обработку, шлифование и полирование на участках, недоступных для обра­ ботки на станках. Промышленность выпускает широкую номенкла­ туру лезвийного и абразивного инструмента для оснащения бормашинок.

5.Нанесение защитных покрытий на формующие поверхности деталей форм

Развитие современного производства штучных стеклянных изде­ лий сопровождается непрерывной интенсификацией рабочих режи­ мов стеклоформующих машин, повышением эксплуатационных тем­ ператур, давлений, скоростей. В этой связи требуются более наде­ жные стекольные формы по износо-, окалино- и жаростойкости. Однако применяемые в настоящее время материалы для форм не удовлетворяют возросшим требованиям.

Одним из путей повышения надежности и стойкости стекольных форм является защита их формующих поверхностей различными покрытиями. Современная техника располагает многочисленными способами нанесения защитных покрытий. Наиболее распростра­ ненными являются электродуговая и газопламенная наплавка, на­ плавка газопламенным распылением, металлизация, диффузное ле­ гирование, электрохимическое и химическое покрытия.

За последние годы находят все большее применение газопла­ менное, пламенное и вакуумное напыление.

К материалу для покрытий формующих поверхностей предъяв­ ляется ряд требований, связанных с условиями эксплуатации форм,

199