3.5.4 Влияние штамповочного оборудования на характеристики поковок

Вид применяемого оборудования при штамповке влияет на конфигурацию поковок, их точность и себестоимость.

Ударный характер работы штамповочного молота исключает возможность использования выталкивателей, что увеличивает расход металла на штамповочные уклоны и дополнительно – на компенсацию возможных относительных смещений половинок штампа.

Паровоздушные штамповочные молоты двойного действия предназначены для штамповки в многоручьевых открытых штампах поковок из сортового проката с существенными потерями металла на облой. Эти молоты применяются в мелко- и среднесерийном производстве, получаемые заготовки массой 0,01…100 кг требуют значительного объема обработки резанием. Типовые виды поковок, получаемых на паровоздушных молотах, показаны на рисунке 3.11.

В ысокоскоростные бесшаботные штамповочные молоты предназначены для точной горячей объемной штамповки поковок простой и сложной конфигурации из труднодеформируемых сталей и сплавов в закрытых и открытых штампах. Типовые виды поковок, получаемых на высокоскоростных молотах показаны на рисунке 3.12.

Рисунок 3.11 – Типовые поковки,

изготовляемые штамповкой на молотах

-

Рисунок 3.12 – Типовые поковки, изготовляемые на скоростных молотах

Горячая объемная штамповка поковок на ГКШП производится, как правило, в многоручьевых открытых штампах. Исходные заготовки – сортовой прокат или предварительно спрофилированные, например, в ковочных вальцах. Данный способ штамповки самый распространенный, его преимущества по сравнению со штамповкой на молотах:

достаточно высокая точность поковок, особенно по высоте (на молотах пределы допусков 0,8…1,0 мм, на КГШП – 0,2…0,5 мм);

- снижение припусков в среднем на 20…30% и штамповочных уклонов в 2…3 раза;

- форма поковки более близка к форме готовой детали (рисунок 3.13);

- повышение производительности труда в среднем в 1,4 раза;

- простота управления и возможность комплексной механизации и автоматизации процесса;

- снижение себестоимости поковок примерно на 10…30%.

С ледует учитывать фактор стоимости штампов, на него приходится в зависимости от характера производства от 10 до 60% стоимости поковок. Молотовые штампы изготавливают цельноблочными и массивными, что приводит к большому расходу легированной инструментальной стали; прессовые штампы требуют меньше материалов, но более сложны конструктивно и в механической обработке.

Ш

Рисунок 3.13 – Расположение

припусков на механическую

обработку при штамповке на молоте (а) и прессе (б)

тамповку на КГШП применяют при крупносерийном и массовом производстве деталей сложной формы массой до нескольких сот килограмм. Типовые поковки, получаемые на КГШП, показаны на рисунке 3.14.

КГШП и винтовые прессы применяют также для получения точных поковок шестерен с готовым профилем зуба – прямозубых, конических и спиральных с модулем 5 мм и больше. Такие шестерни без механической обработки зубьев применяют в сельскохозяйственных и угледобывающих машинах, а после чистовой обработки – во всех отраслях машиностроения.

Ш тампованные шестерни имеют более высокую статическую прочность зубьев, чем прошедшие зубонарезание, благодаря макроструктуре металла с расположением волокон вдоль контура зубьев, что позволяет или уменьшить модуль зубьев, или применить менее дорогую сталь. К тому же значительно снижается расход металла (в среднем на 25…45%) и общая трудоемкость изготовления шестерен.

Г

Рисунок 3.14 – Типовые поковки,

изготавливаемые на КГШП

идравлические прессы значительно тихоходнее, дороже и менее производительны, чем штамповочные молоты. Особенностями гидравлических прессов, обуславливающими их область применения, являются создание самых больших по сравнению с другими видами прессов деформирующих сил, наличие наиболее жесткой станины, объемного штампового пространства, большого хода ползуна с обеспечением номинального усилия пресса на протяжении всего хода. Их применяют в случае невозможности применения молота:

- при штамповке крупных поковок с ребрами типа панелей, рам, дисков, для которых недостаточна масса падающих частей молота;

- при штамповке малопластичных сплавов, не допускающих больших скоростей деформирования;

- при штамповке выдавливанием с большим ходом рабочего инструмента; при штамповке поковок типа втулок, стаканов и очень сложных форм в разъемных матрицах.

Наиболее часто на мощных гидравлических прессах штампуют панели из алюминиевых сплавов в виде тонкого полотна с с продольны или продольно-поперечным («вафельным») оребрением.

Применение разъемных матриц позволяет получать поковки без облоя и штамповочных уклонов, по формам и размерам, близких к детали. Точность достигает 11 – 12 квалитетов, коэффициент использования металла увеличивается с 0,2 до 0,6, трудоемкость механической обработки уменьшается на 15…25%.

Широкое применение, особенно для операций высадки, получили ГКМ, представляющие собой механический пресс с горизонтальной компоновкой. Заготовки штампуют преимущественно из конструкционных углеродистых и легированных сталей, реже – из цветных сплавов (алюминиевых, титановых). Исходные заготовки для штамповки поступают в виде проката с размерами поперечного сечения от 15 до 270 мм, преимущественно круглого профиля повышенной точности, в отдельных случаях калиброванного, а также в виде труб. Реже используют заготовки квадратного и прямоугольного профиля. Заготовка может быть прутковой с длиной, ограниченной свободой манипулирования ею при нагреве и штамповке, или мерной длиной от 50 до 2000 мм. Из таких заготовок получают поковки массой от 0,2 до 50 кг, которые в зависимости от формы и технологических особенностей штамповки подразделяют на пять групп:

- I – поковки типа стержня с утолщением;

- II – поковки типа колец и втулок;

- III – поковки с полостями;

- IV – поковки, штампуемые из труб;

- V – поковки смешанной формы.

На ГКМ штампуют также поковки из полуфабрикатов, предварительно полученных на другом оборудовании (молотах, прессах), например концевые утолщения на коленчатых валах. С другой стороны, на ГКМ могут производить предварительное фасонирование заготовок для последующей штамповки на другом оборудовании, например, высаживают замковую часть компрессорных и турбинных лопаток, штампуемыз затем на молотах или винтовых прессах.

Типичные конструкции поковок, штампуемых на ГКМ, приведены на рисунке 3.15.

Рисунок 3.15 – Типы поковок, штампуемых на ГКМ

ГКМ имеет кроме главного деформирующего ползуна дополнительный ползун с перпендикулярным направлением движения относительно движения главного ползуна, который производит смыкание и размыкание блока матриц. Благодаря такой конструкции ГКМ используемые на нем штампы имеют два взаимно перпендикулярных разъема и могут быть открытыми и закрытыми. Наличие двух разъемов в штампе создает лучшие условия для проведения высадочных работ и позволяет получать поковки без штамповочных уклонов.

При сопоставлении штамповки на ГКМ со штамповкой на молотах и прессах необходимо учитывать, что номенклатура поковок для этих машин достаточно ограничена, масса их сравнительно небольшая, стойкость штампов ниже, стоимость ГКМ примерно в 1,5 раз выше, чем КГШП. Однако достигаемая экономия металла, возможность получения сложных и специфических по форме поковок, которые нерационально или невозможно получать на другом оборудовании, например, типа стержня с утолщением, или поковок с полостями и штампуемых из труб, исключение предварительной резки прутков на исходные штучные заготовки делают этот способ экономически целесообразным (рисунок 3.16).

Рисунок 3.16 – Формы поковок при штамповке на ГКМ (а), молоте (б) и прессе (в):

1 – деталь; 2 – припуск на механическую обработку

Поскольку ГКМ имеют меньшую жесткость, чем КГШП, поковки, изготавливаемые на них, по величине припусков и допусков ближе к молотовым. Для участков, формируемых в матрице, наружные уклоны не предусматриваются, а внутренние небольшие – от 1 до 5⁰.

Видом горячей объемной штамповки является изотермическая штамповка, при которой процесс формоизменения осуществляется в инструменте, нагретом до температуры деформации или близко к ней. В качестве оборудования чаще используются гидравлические прессы. Скорость деформации может быть как угодно малой, ее предел ограничен только требованиями к производительности процесса. При уменьшении скорости деформации существенно снижается сопротивление металла деформированию, снижению усилий деформирования способствует также применение эффективной стеклосмазки, находящейся в расплавленном состоянии и образующей тонкий разделительный слой между поверхностями заготовки и инструмента.

С помощью термического деформирования выполняют:

- штамповку заготовок небольшой толщины (высокие и узкие ребра, тонкие полотна), которые в обычных условиях можно получать только с большими напусками;

- штамповку заготовок деталей сложной формы (оребренных, полых с поднутрениями и др.);

- штамповоку заготовок повышенной точности, особенно из дорогостоящих металлов;

- штамповку поковок изделий, к качеству и надежности которых предъявляют повышенные требования;

- деформирование малопластичных металлов, практически не поддающихся обработке в обычных условиях.

Лекция 12