Tehnologiya_konstruktsionnyh_materialov
.pdf
компрессорной установки, так как приводятся в действие индивидуальным электроприводом. У пневматических молотов энергоносителем является сжа-
тый воздух, который осуществляет нежесткую связь между компрессорным и рабочим поршнями молота. Пневматические молоты выпускаются с массой падающих частей до 1 т. Они предназначены для обработки заготовок малой массы и для горячей штамповки с применением подкладных штампов.
Рис. 4.23.
Приводной пневматиче-
ский молот:
а – общий вид;
б – схема;
1 – рабочий цилиндр; 2 –
компрессорный цилиндр; 3 – падающие части; 4 – шабот.
Для обработки крупногабаритных поковок (массой до 500 т) применя-
ются гидравлические прессы усилием от 5 до 200 МН. Они относятся к груп-
пе ковочных машин безударного (статического) действия.
Пресс (рис. 4.24) имеет рабочий цилиндр 1, закрепленный в верхней неподвижной поперечине 10, которая колоннами 4 соединена с нижней не-
подвижной поперечиной 8, установленной на фундаменте. Главный плунжер
2 сообщает движение подвижной поперечине 3. Верхний 5 и нижний 6 бойки закреплены соответственно на подвижной поперечине и плите 7 нижней не-
подвижной поперечины. Крепление обычно осуществляют с помощью лас-
точкина хвоста и клина. Рабочий ход пресса (нажим верхнего бойка на заго-
товку) происходит под нажимом главного плунжера, на который воздейству-
ет рабочая жидкость (водная эмульсия или минеральное масло). Движение траверсы вверх производится тягами 9 под действием давления на плунжеры в цилиндрах обратного хода 11 через верхнюю подвижную поперечину 12.
111
Гидравлический пресс оснащен гидравлической установкой, которая состоит из гидропривода, системы управления и трубопроводов. Рабочий и обратный Рис. 4.24. Ковочный гид-
равлический пресс:
1 – рабочий цилиндр; 2 –
главный плунжер; 3 –
подвижная поперечина;
4 – колонна; 5 – верхний боек; 6 – нижний боек; 7
– плита; 8 – нижняя не-
подвижная поперечина;
9 – тяга; 10 – верхняя неподвижная поперечина; 11 - цилиндр обратного хода; 12 - верхняя под-
вижная поперечина.
ход пресса осуществляют жидкостью высокого давления (20...45 МПа), ход подвижной поперечины вниз до соприкосновения верхнего бойка с заготов-
кой - жидкостью низкого давления (0,4...1,2 МПа). Скорости движения под-
вижной поперечины регулируются в широких пределах: ход без нажима на заготовку 0,1…0,5 м/с, рабочий ход 0,03…0,2 м/с.
Гидравлические прессы используются для выполнения всех операций ковки, а также отдельных видов штамповки, не требующих строгого направ-
ления подвижной траверсы.
Процессы ковки осуществляются с использованием универсального
(бойки) и подкладного (оправки, люнеты, плиты, топоры, пережимки, рас-
катки, прошивни, подкладные штампы и др.) ковочного инструмента.
В кузнечнопрессовом производстве применяются бойки трех видов:
плоские, ромбические и радиусные. Ромбические и радиусные бойки приме-
няются при ковке поковок круглого сечения с удлиненной осью. Такая кон-
фигурация бойков позволяет значительно повысить пластичность деформи-
руемого металла, избежать образования осевых трещин (объемно-
112
напряженное состояние всестороннего сжатия в момент деформирования ме-
талла) и получить более точные размеры поковок.
Процесс ковки состоит из чередования в определенной последователь-
ности основных и вспомогательных операций. Основные операции – это опе-
рации, связанные с изменением конфигурации исходной заготовки, с целью получения поковки в соответствии с требованиями чертежа. К ним относят-
ся: осадка, протяжка, прошивка, рубка, раскатка и другие.
Осадка - увеличение площади поперечного сечения заготовки за счет уменьшения ее высоты (рис. 4.25, а).Эту операцию применяют для получе-
ния поковок с большими поперечными размерами, а также как предвари-
тельную операцию для уничтожения литой дендритной структуры и Рис. 4.25. Схемы операций осадки
(а) и высадки (б):
1, 3 – нижний и верхний боек; 2 –
заготовка.
получения необходимого направ-
ления волокон в металле. В результате операции осадки заготовка (поковка)
всегда будет иметь бочкообразную боковую поверхность. Это объясняется наличием трения между заготовкой 2 и поверхностями верхнего 3 и нижнего
1 бойков. Разновидностью осадки является высадка - увеличение площади поперечного сечения части заготовки (рис. 4.25, б). Для исключения про-
дольного изгиба при осадке и высадке отношение длины свободной части за-
готовки к ее диаметру не должно превышать 2,5.
Для получения необходимого направления волокна, микроструктуры и механических свойств требуется определенная величина деформации заго-
товки, которая при осадке, также как и при других операциях ковки, оцени-
вается специальным показателем - коэффициентом укова. Коэффициент уко-
ва при осадке определяется по формуле: К=F1/F2, где F1 и F2 -соответственно большая и меньшая площади поперечного сечения. Общий коэффициент
113
укова в процессе обработки определяется произведением частных коэффици-
ентов.
Чем больше уков, тем лучше прокован металл, тем выше его механиче-
ские свойства. При ковке слитков из конструкционной стали коэффициент укова должен быть не менее 3...5, а при ковке из проката или прессованных заготовок, т.е. из заготовок, ранее подвергавшихся обработке давлением, он может быть снижен до 1,3…1,5.
Протяжка - увеличение длины заготовки за счет уменьшения ее пло-
щади поперечного сечения (рис. 4.26, а). В момент обжатия заготовки по Рис. 4.26. Протяжка:
а – схема; б – действие сил на заготовку при протяжке в плоских бойках; в - дей-
ствие сил на заготовку при протяжке в вырезных бой-
ках; s - подача заготовки; b – ширина заготовки.
высоте она удлиняется и одновременно подвергается уширению. Чем меньше подача заготовки (s) и меньше относительная подача s/b, тем меньше тормо-
зящее действие сил контактного трения вдоль заготовки и тем больше вы-
тяжка, меньше уширение и выше эффективность операции протяжки. Про-
тяжка может производиться с поворотом вокруг оси на 90° после каждого удара (протяжка с кантовкой) или без поворота. При этом в зону обработки подаются все новые части заготовки.
Протяжкой на плоских бойках (рис. 4.26, б) можно получать поковки не только прямоугольного сечения, но и поковки, имеющие в сечении форму круга. Исходную заготовку сначала протягивают на квадрат со стороной на
2…3% меньше диаметра требуемой поковки, а затем, протягивая этот квад-
рат по диагоналям, переводят его сечение в восьмигранник и, наконец, обка-
тывая его по ребрам и граням, превращают в круг. Описанный способ протя-
гивания круглых заготовок допускается только для высокопластичных ме-
114
таллов и сплавов в связи с тем, что в осевой части заготовок возникают большие растягивающие напряжения, вызывающие образование трещин и рыхлости в сердцевине поковки.
Круглые поковки из менее пластичных сплавов (например, из высоко-
легированной стали) изготавливают на вырезных бойках, что позволяет про-
водить протяжку с большей скоростью, точностью и меньшей вероятностью появления трещин вдоль оси поковки. Это объясняется тем, что при протяги-
вании в вырезных бойках деформирующие силы действуют на заготовку не с двух, а с четырех и более сторон (рис. 4.26, в). Такая конфигурация бойков позволяет значительно повысить пластичность деформируемого металла
(объемно-напряженное состояние всестороннего сжатия в момент деформи-
рования металла), избежать образования осевых трещин (значительно сни-
жаются растягивающие напряжения в сердцевине поковки) и получить более точные размеры поковок.
Разновидностями протяжки являются операции протяжки полых заго-
товок: раскатка на оправке (рис. 4.27, а) и протяжка с оправкой (рис. 4.27,
б). Следует отметить, что получение цилиндрических поверхностей в Рис. 4.27. Схемы протяжки полых заго-
товок:
а – раскатка на оправке; б - протяжка с оправкой; 1 – опора; 2 – готовая деталь;
3 – заготовка; 4 – оправка; 5 – верхний боек; s - подача заготовки.
последних операциях с использованием плоских бойков невозможно. Для хо-
рошего приближения к окружности в сечении поковки необходимо проводить многократные повороты заготовки после каждого удара или нажима верхнего бойка. Энергия удара (сила де-
формирования) должны быть в заключительной фазе операции минимальны.
115
Сущность протяжки с оправкой состоит в увеличении длины пустотелой за-
готовки за счет уменьшения ее наружного диаметра. Внутренний диаметр определяется конической оправкой 4, выполненной с конусностью 12 мм на 1 000 мм длины. При каждом ударе или нажатии поковку поворачивают и по-
сле одного или нескольких ударов перемещают на величину подачи s.
Раскатка на оправке проводится с поворотом полой заготовки на оп-
равке 4, установленной на специальных опорах 1. Верхний боек 5 при этом должен иметь длину большую, чем ширина обрабатываемой заготовки. В ре-
зультате этой операции за счет уменьшения толщины кольца получают уве-
личение и наружного и внутреннего диаметров заготовки. Возможное уши-
рение кольца при этой операции ликвидируют осадкой в торец полученной поковки.
Прошивка - получение сквозных или глухих отверстий в сплошной за-
готовке (рис. 4.28.). Для выполнения операций используют специальные ин-
струменты - прошивни, которые при небольших размерах отверстий делают Рис. 4.28. Прошивка полостей:
а – сплошным прошивнем глухой полос-
ти; б – сплошным прошивнем сквозной полости; в – полым прошивнем глухой полости; г - полым прошивнем сквозной полости.
сплошными, а при диаметрах отверстий свыше 400...500 мм - полыми.
Операции могут выполняться с исполь-
зованием подкладных плит или без них.
Отрубка - отделение части заготовки по незамкнутому контуру. Опе-
рацию выполняют с использованием инструмента - топора, который в зави-
симости от размеров заготовки последовательно устанавливают после пово-
рота заготовки с одной, двух или четырех ее сторон. При отрубке с установ-
кой топора последовательно с двух сторон на первой операции топор внедря-
116
ется на 1/2...2/3 высоты заготовки, а после кантовки на 180° заготовка пере-
рубается окончательно.
Скручивание - поворот одной части заготовки относительно другой во-
круг общей продольной оси. Часть заготовки зажимается бойками молота или пресса, а свободная часть специальным приспособлением - воротом или вилкой вручную или краном (домкратом) поворачивается на определенный угол.
4.7. Горячая объемная штамповка
Горячая объемная штамповка - метод обработки, основанный на при-
менении специального инструмента - штампа. Штамп состоит из двух или нескольких частей, которые в сомкнутом состоянии образуют одну или не-
сколько полостей (ручьев). При сближении частей штампа происходит при-
нудительное перераспределение металла заготовки, в результате чего по-
лость штампа заполняется с получением заданных форм и размеров поковки.
Горячая объемная штамповка проходит в условиях близких к горячей дефор-
мации.
Исходные материалы для штамповки - стальной прокат в виде прутков
(обычно круглого, а также квадратного, прямоугольного и других сечений),
блюмсов, труб и профилей переменного сечения (периодический прокат),
прессованные прутки и трубы из бронзы, алюминиевых сплавов и других сплавов с пониженной пластичностью. Для штамповки на автоматах и точ-
ной горячей штамповки применяют калиброванный прокат. Наиболее рас-
пространена штамповка из мерной заготовки, отрезанной в штампе от прут-
ка, имеющей заданные размеры и массу. Из каждой заготовки обычно штам-
пуется одна поковка. Для повышения производительности иногда применяют многоштучную штамповку, при которой из одной мерной заготовки одно-
временно штампуется до 6…8 поковок относительно небольшого размера.
Формоизменение при штамповке производят в открытых и закрытых штампах (открытой и закрытой штамповкой).
117
Начальный, промежуточный и конечный моменты штамповки в открытом штампе приведены на рис. 4.29. Объем заготовки 3 несколько больше объе-
ма полости штампа. При сближении частей штампа 1 и 2 течение металла происходит в направлении наименьшего сопротивления. В некоторый мо-
мент металл, растекаясь в направлении, перпендикулярном движению части штампа 1, выдавливается в облойную канавку 6, образуя промежуточную по-
ковку 4 и облой 8 (рис. 4.29, б). Канавка для облоя (размеры: ширина и тол-
щина) проектируется и изготавливается таким образом, чтобы сопротивление металла выдавливанию облоя было несколько больше, чем сопротивление металла по заполнению любой наиболее сложной части штампа. И только при заполнении всей полости штампа (рис. 4.29, в) излишек металла выда-
вится в облой. В открытом штампе кроме канавки (щели) 6 размещается ма-
газин 7, в который выдавливается излишек металла. Поэтому к точности объ-
ема заготовки не предъявляется жестких требований. После штамповки
Рис. 4.29. Открытая штамповка:
а, б, в – этапы штамповки; 1, 2 – верхняя и нижняя части штампа; 3 - заготов-
ка; 4 - промежуточная поковка; 5 – поковка; 6 – облойная канавка (щель); 7 –
магазин; 8 – облой.
облой обрезается в обрезных штампах. Облой после обрезки направляют в переплавку. Средний отход металла на облой составляет 15…20% и достига-
ет 100% от массы поковок (детали типа крестовин и другие детали с отрост-
ками).Открытая штамповка позволяет получать сложные по форме поковки,
но низкий коэффициент использования металла значительно ухудшает тех-
нико-экономические показатели производства. Повышение коэффициента
использования металла может быть достигнуто применением малоотходной
118
штамповки, которая осуществляется в закрытых штампах. При малоотходной штамповке коэффициент использования металла (КИМ) увеличивается до
0,6...0,8 и более.
Штамповка в закрытых штампах (рис. 4.30) не предусматривает об-
разование облоя. Взамен канавки для облоя предусматривается специальная Рис. 4.30. Закрытая штамповка: 1, 4 –
верхняя и нижняя части штампа, 2 – по-
ковка, 3 – компенсатор.
полость 3, называемая компенсатором.
Действие компенсатора, аналогичное канавке для облоя, основано на законе наименьшего сопротивления, т.е. по-
следовательном заполнении элементов полости штампа различной сложно-
сти. В отличие от канавки для облоя, располагаемой по всему периметру по-
ковки, геометрическая форма, размеры и место компенсатора рассчитывают-
ся согласно заданной конфигурации поковки. Практически весь объем заго-
товки идет на образование поковки 2. Во избежание перегрузки штампа и оборудования предъявляются жесткие требования к точности равенства объ-
ема заготовки и объема полости штампа. Для повышения точности объема заготовки применяют точную отрезку заготовок в штампе со специальными дозирующими устройствами, что удорожает подготовку производства. Ос-
новное ограничение применения закрытой штамповки - значительное увели-
чение сопротивления деформации при перераспределении металла по объему полости. При производстве поковок сложной формы необходимое усилие возрастает в 1,5 раза и более, стойкость инструмента резко снижается, а рас-
ходы на инструмент превышают экономию от повышения КИМ. Закрытую безотходную штамповку в настоящее время практически целесообразно при-
менять только при производстве поковок простой, осесимметричной формы
(но не шаров).
119
Штамповкой поковок непосредственно из заготовок постоянного сече-
ния (отрезанных от сортового проката или прессованных прутков) можно из-
готовить поковки только простой формы. В этом случае штамповка произво-
дится в одноручьевом штампе. Если поковка имеет сложную форму, то из обычной заготовки в одноручьевом штампе ее отштамповать практически невозможно. В большинстве случаев требуются заготовительные операции, в
результате которых получается фасонная заготовка, близкая по форме и раз-
мерам к готовой поковке. Из фасонной заготовки в штамповочных ручьях получают окончательную форму поковки. Фасонную заготовку получают ковкой, периодической прокаткой, вальцовкой на ковочных вальцах, предва-
рительной штамповкой на прессах, горизонтально-ковочных машинах (ГКМ)
и другом кузнечном оборудовании, а также многоручьевой штамповкой.
При многоручьевой штамповке все необходимые для последовательно-
го формоизменения заготовки ручьи изготавливают в одном штамповом бло-
ке, образующем многоручьевой штамп. Многоручьевая штамповка применя-
ется при серийном и крупносерийном производстве (автотракторостроение,
сельхозмашиностроение и др.). Ручьи при многоручьевой штамповке делятся на штамповочные и заготовительные. В заготовительных ручьях получают фасонную заготовку, из которой в штамповочных ручьях получают оконча-
тельную форму поковку. Многоручьевую штамповку применяют для поковок небольших по массе и длине.
Технология формоизменения при штамповке зависит от вида приме-
няемого оборудования. Для штамповки применяют кривошипные горячеш-
тамповочные прессы (КГШП), ГКМ, гидравлические прессы, современные машины динамического действия, гибочные машины, крутильные машины и другие. При массовом производстве поковок относительно небольшого раз-
мера применяют горячештамповочные автоматы. Штамповку на молотах в настоящее время на современных заводах применяют редко из-за ряда недос-
татков: шум и вибрации, пониженная производительность, неприспособлен-
120