Разработка технологических переходов штамповки

Штампованные поковки можно разделить на две основные группы – с вытянутой осью и симметричные в плане. К первой группе относятся поковки типа шатунов, рычагов, гладких и ступенчатых валов; ко второй – поковки фланцев, колец, зубчатых колёс и т. п. Поковки с вытянутой осью обычно штампуют поперёк оси заготовки (плашмя); осесимметричные в плане поковки изготовляют штамповкой вдоль оси (в торец). Обработку заготовки в одном ручье называют переходом штамповки (количество ручьёв в штампе обычно соответствует количеству переходов штамповки).

Операцией называют законченную часть технологического процесса, включающую в себя все переходы объёмной штамповки, совершаемые за один нагрев независимо от количества используемых при этом кузнечных машин.

Все переходы горячей объёмной штамповки можно разделить на три основные группы заготовительные, штамповочные и разделительные (см. рис.). З аготовительные переходы необходимы для перераспределения металла исходной заготовки в соответ-ствии с формой поковки. Штамповочные переходы необходимы для получения окончательно оформленной поковки. Разделительные переходы (отрубные, обрезные, отрезные и пробивные) необходимы для

о тделения поковки от прутка, обрезки облоя и пробивки отверстий; они выполняются в соответствующих ручьях тех же штампов, в которых проводят штамповку. На рис.  показаны эскизы технологических перехо-дов открытой штамповки в торец на молоте для получения осесимметрич-ной поковки диска.

а – исходная заготовка; б – осадка; в – окончательная штамповка; г – обрезка облоя; д - пробивка пере-мычки; е –плоскостная калибровка.

При разработке техпроцесса штамповки на ГКМ необходимо соблюдать следующие правила бездефектной высадки за один переход:

1. бездефектная высадка деформируемой части прутка плоским пуансоном возможна при условии, если длина l выступающего конца заготовки меньше трех диаметров прутка (l<3d) (рис. а);

2. если l ≥ 3d, то наибольший диаметр ограничивающей полости ручья матриц или пуансона D ≤ 1,5d (рис. б);

3. при высадке в матрицах части прутка длиной l > 3d и соблюдении второго правила D ≤ 1,5d выступающий за пределы матриц конец прутка не должен быть больше диаметра, т.е. l₁≤ d (рис. в);

4. при наборе металла в конической части пуансона (рис. г) с диаметром меньшего основания d₁≈d при диаметре большего основания D ≤ 1,5d допускается длина свободной части прутка l₁≤ 2d, а при D ≤ 1,25d допускается l₁≤ 3d.

Выбор способа нагрева, термического режима штамповки и охлаждения поковки [1,3,20]

В кузнечных и термических цехах для нагрева металла применяют нагревательные печи и электронагревательные устройства. В печах передача теплоты металлу заготовок происходит излучением от нагретых стен печи и конвекцией. В электронагревательных устройствах теплота выделяется в самой заготовке.

В сякая печь имеет нагревательную камеру, выложенную огнеупорным материалом. Нижняя часть камеры, на которую укладываются заготовки, называется подом печи. Печи подразделяют на пламенные, работающие на жидком и газообразном топливе, и электрические, в которых источником энергии нагрева является электроэнергия. По характеру распределения температур в рабочем пространстве печи делятся на две группы: камерные печи с одинаковой температурой по всему рабочему пространству – и печи, у которых температура в рабочем пространстве повышается от места загрузки заготовок к месту их выдачи – методические печи. Электропечи сопротивления конструктивно выполнены так же, как и пламенные печи, но вместо форсунок или горелок в стенах монтируют металлические или карборундовые элементы сопротивления, подключаемые к силовой электросети. Сопротивления при нагреве излучают теплоту, которая передается стенкам печи и заготовкам. Такие печи применяют для нагрева под обработку давлением цветных сплавов; для стали этот нагрев является дорогостоящим.

Электронагревательные устройства делятся на индукционные, контактные и устройства нагрева в расплавах солей.

В кузнечных индукционных нагревателях (а) (КИН) заготовку 1 помещают внутрь многовиткового индуктора 2, выполненного из полой медной трубки прямоугольного сечения. По индуктору пропускают переменный ток, и в заготовке, помещенной в переменное электромагнитное поле, возникают вихревые токи Фуко, нагревающие её. При нагреве заготовок диаметром до 150 мм применяют ток повышенной частоты (500-8000 Гц); при нагреве заготовок большего диаметра применяют ток промышленной частоты 50 Гц.

В устройствах электроконтактного нагрева (б) концы заготовки 1 зажимают между медными контактами 3, к которым подводится ток большой силы. По закону Джоуля-Ленца в заготовке выделяется теплота, пропорциональная квадрату силы тока. Электроконтактный нагрев рационально применять для удлиненных заготовок длиной L > 1,5D², где D ≤ 7,5 см.

В расплавах солей нагревают мерные заготовки, используемые для изготовления точных поковок из высоколегированных сталей (заготовки сверл, малоразмерные кольца подшипников и т.п.). Для нагрева применяют смеси солей ВаCl₂-30%; NaCl-70%. Заготовки погружают в расплав 1 в специальном контейнере 2, либо при частичном нагреве по одной устанавливают в специальных захватах. По мере износа электродов 4 специальный механизм 5 обеспечивает подачу их через отверстия в футеровке 3. Температура расплава при применении солей бария около 1300 °С.

В условиях единичного и мелкосерийного производства поковок экономически оправдано применение пламенного нагрева. Преимуществами электрического нагрева и нагрева в расплавах солей являются высокая скорость, отсутствие окалины и равномерность прогрева заготовок. Электрический нагрев и нагрев в жидкостях применяются в основном в условиях крупносерийного или массового производства поковок.

Для правильного установления температуры нагрева металла перед штамповкой необходимо знать её влияние на свойства металла. Прочность стали, характеризующая её сопротивление деформированию, с повышением температуры уменьшается. Это позволяет уменьшить потребное давление (усилие) для изменения формы металла в ручьях штампа.

Область температур, при которых металл находится в наиболее пластичном состоянии и обладает наименьшим сопротивлением пластической деформации, называется температурным интервалом горячей обработки давлением. Максимально допустимую температуру нагрева перед штамповкой (верхний предел) Т_в для углеродистых сталей можно приближенно определить по диаграмме состояния «железо-углерод»:

Т_в = Т_с –(150…200),

где Т_с – температура, соответствующая линии солидуса диаграммы состояния «железо-углерод», С (см рис.).

Линия АСD – линия ликвидуса, выше неё все сплавы находятся в жидком состоянии; линия АЕСF – линия солидуса, ниже неё все сплавы находятся в твердом состоянии. Линия PS – линия нижних критических точек А₁, линия GS- линия верхних критических точек А₃, линия SE – линия верхних критических точек А_m.

Для каждого металла в зависимости от его химического состава установлены вполне определённые температурные интервалы горячей штамповки, приведенные в [3,22 ].

При охлаждении поковок происходит уменьшение их объёма, изменение состава и величины зерен металла в процессе структурно-фазовых превращений. Охлаждение поковок необходимо вести с такой скоростью, которая обеспечивает полное устранение возможности возникновения внутренних напряжений, обусловленных неравномерным их остыванием по толщине. Режим охлаждения устанавливается в зависимости от химического состава металла, максимального поперечного сечения поковки и вида исходного металла (прокат или слиток). Чем более легирована и менее вязка сталь, тем медленнее должно вестись её охлаждение. Охлаждение поковок ведётся тремя способами: на воздухе, в колодце и вместе с печью. Режимы охлаждения поковок приведены в таблице [3].