Ротационные способы изготовления поковок.

В основе этих способов лежит процесс ротационного обжатия при вращении инструмента или заготовки. При обкатывании инструментом заготовки очаг деформации имеет локальный характер и постоянно перемещается по заготовке, вследствие чего сила, действующая на инструмент, меньше, чем при штамповке. Это позволяет изготовлять поковки большой массы (например, заготовки вагонных осей) с высокой точностью, так как упругие деформации при меньших силах меньше.

Штамповка на ковочных вальцах напоминает продольную прокатку в одной рабочей клети, на двух валках которой закрепляют секторные штампы, имеющие соответствующие ручьи (рис.34. а).

Рис. 34. Схема действия вальцов (а), ротационно-ковачной машины (б).

Нагретую заготовку 1 подают до упора 2 в тот момент, когда секторные штампы 3 расходятся. При повороте валков происходят захват заготовки и обжатие её по форме полости; одновременно с обжатием заготовка выталкивается в сторону подачи.

На вальцах изготовляют поковки сравнительно несложной конфигурации – типа звеньев цепей, рычагов, гаечных ключей и т.п.

Штамповка на ротационно- ковочных машинах подобна операции протяжки и заключается в местном обжатии заготовки по её периметру. Заготовку 1 (рис.34, б) в виде прутка или трубы помещают в отверстие между бойками 7, находящимися в шпинделе 6 машины.

Бойки могут свободно скользить в радиально расположенных пазах шпинделя. При вращении шпинделя ролики 5, помещённые в обойме 4, толкают бойки 7, которые наносят удары по заготовке. В исходное положение бойки возврощаются под действием центробежных сил. В машинах этого типа получают поковки, имеющие форму тел вращения.

Типовыми поковками, изготовляемыми радиальным обжатием, являются различного рода ступенчатые цилиндрические или конические валики, трубы с оттянутыми на конус концами и т.п.

Поперчно-клиновой прокаткой (рис. 35, а) получают заготовки валов и осей (рис. 35, б) диаметром до 100 мм и длиной до 700 мм. Заготовка 2 из круглого прокатанного прутка, после нагрева автоматически перемещается в рабочую зону клиньев 1 в их исходном положении. Клиновой инструмент, закреплённый в подвижной салазке стана, совершает прямолинейное движение, и заготовка прокатывается между двумя клиновыми плитами 1 (рис.35, а).

Раскатка кольцевых заготовок на раскаточных машинах получила особенно большое распространение при производстве колец подшипников (рис.35, в, г). При подведении к заготовке 1, надетый на валок 2, быстро вращающегося валка 3 заготовка и валок 2 начинают вращаться. При дальнейшем сближении валков 2 и 3 увеличивается наружный диаметр заготовки за счёт уменьшения толщины и происходит её контакт с направляющим роликом 4, обеспечивающим получение правильной кольцевой формы поковки. После касания поковкой контрольного ролика 5 раскатка прекращается.

Раскаткой получают поковки колец с поперечными сечениями различной формы (зависящими от профиля валков), наружным диаметром 70 – 700 мм и шириной 20 – 180 мм.

Рис.35. Схема поперечно-клиновой прокатки и раскатки

Горячая накатка зубчатых колёс (рис.36) находит применение, в частности, в автомобильной и тракторной промышленности. Сущность процесса заключается в обкатке нагретой штучной или прутковой заготовки в зубчатых валках.

Поверхностный слой цилиндрической заготовки 1 нагревается током повышенной частоты с помощью индукторов 2. Благодаря радиальному усилию зубчатый валок 4, постепенно вдавливаясь в заготовку 1, формует на ней зубья. Ролик 3, свободно вращаясь на валу, обкатывает зубья по наружной поверхности. После прокатки прутковой заготовки её разрезают на отдельные шестерни.

Рис.36. Схема горячей накатки зубьев зубчатого колеса

Изготовление зубчатых колёс методом горячего накатывания повышает износостойкость и усталостную прочность зубьев на 30 – 50 %. Это объясняется, в частности, благоприятной макроструктурой, при которой волокна обтекают контуры зубьев. Расход металла на 18 – 40 % меньше, чем при получении зубьев на зубонарезных станках, а производительность полуавтомата для накатки выше производительности зубонарезного оборудования.

Накатка резьбы по сравнению с её получением методами резания позволяет существенно повысить производительность труда, сократить потери металла, увеличить прочность резьбовых соединений. Наибольшее применение накатка резьбы получила в серийном и массовом производствах, где используют резьбонакатные станки и автоматы для производства винтов, болтов, гаек.

Рис. 37. Схема накатывание резьбы

Плашки 1, 3 (рис.37, а) имеют на рабочей поверхности продольные канавки и выступы, соответствующие профилю резьбы. Угол наклона канавок равен углу подъёма винтовой линии резьбы. Одна из плашек, 3, совершает возвратно-поступательное движение, что приводит во вращение заготовку 2. Резьба накатывается за один двойной ход подвижной плашки. Недостатком таких машин является большие динамические нагрузки при реверсировании привода, поэтому накатка роликами получила большее распространение.

Резьбонакатные ролики 4, 5 (рис.37, б) с наружным резьбовым профилем вращаются в одном направлении. Один из роликов, 5, имеет поступательное движение к заготовке 2, что определяет глубину вдавливания инструмента в металл и высоту профиля резьбы.

Структура технологического процесса горячей объёмной штамповки состоит обычно из следующих этапов:

• отрезки проката на мерные заготовки;

• нагрева;

• штамповки;

• обрезки облоя и пробивки плёнок;

• правки;

• термической обработки;

• очистки поковок от окалины;

• калибровки;

• контроля готовых поковок.

Калибровка поковок повышает точность размеров всей поковки или её отдельных участков. Таким образом, последующая механическая обработка устраняется полностью или ограничивается только шлифованием. Различают плоскостную и объёмную калибровку.

Плоскостная калибровка служит для получения точных вертикальных размеров на одном или нескольких участках поковки, ограниченных горизонтальными плоскостями (рис.38, б). При плоскостной калибровке поковку правят в холодном состоянии на кривошипно-коленных прессах (рис.38, а). Механизм кривошипно-коленного пресса обеспечивает получение больших усилий на ползуне 2 при сравнительно малом ходе и вращающем моменте на валу 1.

Рис.38. Кинематическая схема кривошипно-коленчатого пресса (а) и схема плоскостной (б) и объёмной (в) калибровки

Поскольку калибруют с небольшой степенью деформации (менее 5…10 %), необходимо заранее при штамповке предусматривать припуск на калибровку. Причём с увеличением припуска точность размеров после калибровки уменьшается, а качество поверхности улучшается. Обычная точность после калибровки составляет ± (0,1…0,25) мм, а допуск при калибровке с повышенной точностью в 2 раза меньше.

Объёмной калибровкой (рис.38, в) повышают точность размеров поковки в разных направлениях и улучшают качество её поверхности. Калибруют в штампах с ручьями, соответствующими конфигурации поковки.

При контроле готовых поковок их осматривают, выборочно измеряют геометрические размеры, твёрдость. Размеры контролируют универсальными измерительными инструментами (штангенциркулями, штангенглубиномерами, и др.) и специальными инструментами (скобами, шаблонами и контрольными приспособлениями). Несколько поковок из партии иногда подвергают металлографическому анализу и механическим испытаниям. Внутренние дефекты в поковках определяют ультразвуковым методом контроля и рентгеновским просвечиванием.