5. Технологічний процес кування
Куванням називають процес деформування заготовки під дією молота або преса. Виріб, виготовлений куванням, називають поковкою. Кування виконується або ударною (динамічною) дією на метал, де використовується енергія удару падаючих частин молота, або повільною (статичною) дією, де використовується тиск преса. Кування називають вільним процесом, тому що зміна форми металу при цьому виді обробки не обмежується стінками форм.
Кування може бути ручним і машинним. Ручне кування застосовують в умовах одиничного і дрібносерійного виробництва переважно при ремонтних роботах для штучного виготовлення дрібних поковок. Машинне кування дає можливість виготовляти поковки великої ваги у великій кількості за допомогою кувальних молотів і гідравлічних пресів. При виготовленні великогабаритних деталей важкого машинобудування (турбін, гвинтів суден, деталей екскаваторів) кування — єдиний спосіб їх отримання.
Заготовку кують між нижнім (нерухомим) і верхнім (рухомим) бойками молота або преса.
Операціями кування є протягування, осадка, згинання, прошивання отворів, рубання.
Протягування (витягування) застосовується для зменшення перерізу паковки, але збільшення довжини.
Осадка — це збільшення поперечного перерізу вихідної заготовки за рахунок зменшення її висоти. При необхідності отримання місцевого потовщення виконують операцію, що називають висадкою.
Прошивання — це отримання в заготовці отвору або заглиблення.
Згинання застосовується при необхідності виконати поворот однієї частини заготовки відносно іншої на певний кут.
Рубання — це розподіл заготівки на частини або відокремлення надлишку металу.
Технологічний процес вільного кування складається із вибору послідовності операцій за кресленнями деталі, нагрівання заготовки та самого кування. Вибір операцій залежить від форми поковки.
Кінцеві операції— охолодження, очистка від окалини, термічна обробка для надання поковці необхідних механічних властивостей.
6. Технологічний процес штампування. Види штампування
Штампуванням називають метод обробки виробів деформуванням металу або інших матеріалів у заздалегідь виготовлених формах— штампах.
Штамп — масивна стальна форма, що складається з двох окремих частин: нижньої нерухомої і верхньої рухомої, яка звичайно закріплюється до рухомої частини ковальсько-штампувальної машини.
Продуктивність штампування в десятки разів більша, ніж при куванні, а необхідна кваліфікація робітників значно нижча, крім того, при штампуванні досягається значно більша, ніж при куванні, точність розмірів і чистота поверхні, тому після штампування рідко деталі потребують механічної обробки, звідси очевидна перевага штампування перед куванням. Однак штампування вигідне в масовому і серійному виробництвах, тому що витрати на виготовлення штампів виправдуються лише при випуску значної кількості поковок. Штампування буває гаряче і холодне, об'ємне і листове.
Об'ємне штампування — процес одночасного деформування всієї заготовки в спеціальному інструменті — штампі. Порівняно з вільним куванням об'ємне штампування має такі переваги: в 50— 100 разів вища продуктивність, більші однорідність і точність поковок (припуски і допуски в 3—4 рази менші, ніж при куванні), можливість виготовлення поковок складної форми без припусків, висока якість поверхні.
Припуск — поверхневий шар заготовки, який видаляється в процесі обробки.
Допуск — різниця між найбільшим і найменшим граничними розмірами поковки.
На одному штампі залежно від матеріалу і типу поковки можна виготовити 10—25 тис. поковок.
Недоліком об'ємного штампування є складність і висока вартість штампів, обмеженість маси поковок (0,3—100 кг), яка зумовлена значними зусиллями деформування при штампуванні, значно вищими, ніж при куванні.
Об'ємне штампування найбільш ефективне в масовому і багатосерійному виробництвах. Його використовують при виготовленні таких деталей, як шатуни, розподільчі вали, важелі, рульові тяги.
Робочим інструментом при штампуванні є штамп, який складається з двох частин — верхньої і нижньої. В обох частинах є порожнини, що утворюють відповідну форму штамповки. Об'ємне штампування буває гарячим (попереднє нагрівання заготовок) і холодним (без нагрівання). Для гарячого штампування використовують штампувальні молоти, преси, горизонтально-кувальні машини. Розрізняють об'ємне штампування у відкритих і закритих штампах. При штампуванні у відкритих штампах заготовку нагрівають, вміщують у порожнину нижньої частини штампа. Під ударами верхньої частини штампа метал тече і заповнює робочу порожнину. У відкритих штампах між рухомою і нерухомою частинами штампу є зазор — облойна канавка, куди витікає надлишковий об'єм металу заготовки (облой). У закритих штампах деформування металу відбувається в закритій порожнині (безоблойне штампування). В цьому випадку витрати металу менші, але більш жорсткі вимоги до об'єму заготовки.
Технологічна підготовка виготовлення штампованих поковок складається з розробки креслення поковки, розробки технологічного процесу штампування, конструювання та виготовлення штампа.
Технологічний процес об'ємного штампування складається з таких операцій:
виготовлення вихідних заготовок з урахуванням зовнішнього і внутрішнього облою, кліщовими для захвату заготовки кліщами при штампуванні, ви гару;
нагрівання заготовок;
штампування поковок;
обрізування облою;
обробки поковок (виправлення, термообробки, очищення від окалин, калібрування — обтискання для підвищення точності розмірів).
Листовим штампуванням називається процес виготовлення плоских і об'ємних деталей з листа або стрічки за допомогою штампів. Листове штампування може бути гарячим і холодним. Гаряче листове штампування є менш поширеним процесом і використовується при виготовленні деяких корпусних деталей у суднобудуванні з листів завтовшки більше 5 мм. Найбільш прогресивним методом обробки тиском, який одержав широке застосування в промисловості, є холодне листове штампування.
Приклади виробів, отриманих листовим штампуванням згинанням, показані на рис. 5.
Рис. 5. Приклади виробів, одержаних листовим штампуванням згинанням
Рис. 6. Приклади листового штампування витяжкою
Перевагами холодного листового штампування є економне використання матеріалу (відходи 15—20 %); масовий випуск і низька собівартість виробів, що виготовляються з високою точністю і якістю поверхонь; висока продуктивність обладнання з можливістю його повної автоматизації (випуск невеликих деталей досягає 50—60 тис. шт. за зміну з одного прес-автомата); простота роботи на штампувальних пресах і можливість використання низькокваліфікованої праці. Найбільш ефективним є використання листового штампування в умовах масового і великосерійного виробництва, але воно з успіхом використовується і в умовах серійного і дрібносерійного виробництва. Холодним листовим штампуванням виготовляють як досить великі деталі — рами і кузови автомобілів, деталі фюзеляжів і шасі літаків, елементи обшивки суден, так і дуже дрібні — деталі годинникових механізмів, авторучок тощо. До 98 % у виробництві товарів широкого споживання виготовляють з використанням листової штамповки (посуд, коробчасті деталі, гільзи, ковпачки); в автомобілебудуванні до 60 % всіх деталей виготовляють саме листовим штампуванням. На рис. 6. показані приклади листового штампування.
Технологічні операції листового штампування поділяються на роздільні (відрізання, вирізання, пробивання, надрізання, обрізання) і формозмінні (згинання, витягнення, обтискання, формування та ін.).
Інші способи листового штампування. У дрібносерійному виробництві застосування складних за конструкцією штампів є економічно невигідним. Тому в цих умовах застосовують спрощені способи виготовлення порожнистих деталей: вибуховою хвилею, електрогідравлічне, магнітно-імпульсне штампування, штампування гумою, рідиною, ротаційне видавлювання на спеціальних давильних або універсальних токарних верстатах.
Штампування вибухом застосовується при виготовленні великогабаритних деталей із сплавів, які важко деформуються. Енергія вибуху передається заготовці переважно через рідку фазу (воду). Штампування виконують у залізобетонних басейнах.
Електромагнітне (магнітно-імпульсне) штампування ґрунтується на прямому деформуванні металу імпульсними електромагнітними полями.
Електромагнітне штампування застосовується для обтиску трубних заготовок, штампування площинних листових деталей з електропровідних матеріалів (алюміній, мідь, латунь, маловуглецева сталь), а також для складальних операцій (запресування в трубах кілець, з'єднання кінців труб, виготовлення балонів тощо).
При виконанні робіт, пов'язаних з обробкою тиском, особливу увагу слід приділяти техніці безпеки.
Прилади керування (при штампуванні, куванні) не повинні випадково або самочинно включати обладнання.
Щоб уникнути попадання рук в зону переміщення бойків, ножів, штампів останні забезпечуються захисними і блокувальними пристроями.
При роботі на пресах з використанням рідини високого тиску (масло) робочі місця мають бути обладнані засобами протипожежного захисту.
Електронагрівальні пристрої облаштовують огорожею.
Техніко-економічну ефективність технологій обробки металів тиском визначають такі основні показники:
обсяг продукції, що виготовляють за календарний період;
обсяг продукції, отриманої з їм2 виробничої площі;
витрати енергії;
собівартість продукції;
Технічний процес у технологіях обробки металів тиском спрямований на:
удосконалення і підвищення продуктивності ковальсько-штампувального та інших видів обладнання;
впровадження спеціальних інструментів та штампів;
механізацію виробничих та транспортних операцій;
спеціалізацію виробництв по обробці металів тиском на випуск однотипних виробів, що дає можливість здійснювати автоматизацію процесів, створити поточні і автоматичні лінії виготовлення виробів з використанням автоматизованих транспортних систем;
використання енерго- та ресурсозберігаючих технологічних процесів, в тому числі індукційного і контактного нагріву металу.