книги из ГПНТБ / Олендер, Л. А. Технология и оборудование шарикового производства [учеб. пособие]

102 ГЛ. 3. ШТАМПОВКА ШАРИКОВ

Стержни выталкивателя, накладные крючки или держатели меняются только в случае их поломок, что происходит иногда в результате разналадки некоторых механизмов пресса-авто- мата (см.табл. 16).

На различных отечественных подшипниковых заводах приштамповке шариков используются несколько отличающиеся по конструктивному исполнению сменные инструменты (матри­ цы, пуансоны, отрезные втулки, ножи, накладные крючки, держатели и стержни выталкивателя). Внешний вид этих ин­ струментов, применяемых на Минском подшипниковом заводе, показан на рис. 37, а—г.

На различных заводах инструменты изготовляются из раз­ ных материалов. Так, например, для изготовления отрезных втулок и ножей применяются стали Х12, Х12Ф, Х12Ф1, Х12М, У8А; для изготовления матриц и пуансонов — стали ШХ-15, У10А, ЭИ-347 и другие, армированные твердосплавными встав­ ками из ВК-10КС, ВК-20, ВК-20КС, ВК-25 и ВК-30. В качестве материалов при изготовлении накладных крючков, держателей и стержней выталкивателей используются стали ШК-15, ШХ-15СГ и 65Г.

Окончательно обработанные инструменты имеют следую­ щую твердость: матрицы и пуансоны — HRC 62—64, отрезные втулки — HRC 55—58, ножи (рабочая зона) — HRC 60—62,

накладные крючки, держатели, стержни выталкивателя —

HRC 50—55.

Механическая и термическая обработка всех этих инстру­ ментов, за исключением матриц и пуансонов, не представляет особого интереса, так как она является типовой (обычная закалка и отпуск) и распространена для широкого круга анало­ гичных по конструкции деталей. Термическая обработка мат­ риц и пуансонов — весьма сложный и чувствительный ко мно­ гим факторам процесс, правильное проведение которого поло­ жительно сказывается на стойкости инструмента. Так,- на Минском подшипниковом заводе стальные матрицы и пуансо­ ны вначале подвергаются цементации на глубину 0,6—1,0 мм. Перед закалкой матрицы и пуансоны для штамповки шариков диаметром свыше 19 мм проходят предварительный прогрев в электропечи при температуре 650° С в течение 2,5—3 ч. За­ тем они переносятся в соляную ванну (NaCl 100%) для окон­ чательного нагрева под закалку до температуры 820—830 ° С и выдерживаются там в специальных приспособлениях (подвес­ ках) в течение 50 мин. Нагретые инструменты переносятся из ванны в приспособление для охлаждения с двух сторон струей воды. Указанное приспособление располагается в баке с водой таким образом, чтобы от уровня воды до инструмента слой

воды был порядка 100—150 мм. Такое охлаждение ведется примерно до температуры 100° С на поверхности инструмента. Время охлаждения 45—50 сек, давление воды 2—2,5 атм. Ниж­ ний предел давления воды и времени выдержки при охлажде­ нии используется в зимнее время, когда температура воды понижается до 5—12° С, а верхний — в летнее время.

Рис. 37. Сменный инструмент, применяемый при штамповке шариков:

пуансон (а), матрица (б), отрезная втулка (в), ножи (г), колодка и дер­ жатель (д), стержни выталкивателя (е).

охлаждение на воздухе до температуры цеха, затем вторичный отпуск при той же температуре с последующей выдержкой в течение 3—4 ч и снова охлаждение на воздухе. Матрицы и пу­ ансоны, предназначенные для штамповки мелких типов шари­ ков, не подвергаются предварительному подогреву перед за­ калкой. Отпуск же их производится при той же температуре, но время выдержки составляет 3—4 ч. Вторичный отпуск про­ изводится только в случае надобности при повышенной твер­ дости инструмента.

Шлифование термообработанных матриц и пуансонов — сложная и ответственная операция из-за плохой теплопровод­ ности высоколегированных сталей, из которых в основном из­ готовляются эти инструменты. Поэтому большие поверхност­ ные напряжения, возникающие при нарушении установленных режимов шлифования в результате нагрева на ограниченном участке, могут легко вызвать небольшие трещины, которые в дальнейшем приведут к преждевременному выходу инстру­ ментов из строя.

На процесс шлифования матриц и пуансонов отрицательно влияют следующие факторы: 1) слишком быстрое снятие при­ пуска; 2) применение непригодных использованных шлифкругов; 3) нарушение подачи охлаждающей жидкости; 4) шлифо­ вание абразивами слишком мелкой зернистости.

Наиболее часто встречающиеся при изготовлении штампо­ вочного инструмента дефекты, которые вызывают отрицатель­ ные последствия, приведены в табл. 17 [17].

Вообще шарикоштамповочные матрицы и пуансоны по сравнению с другими сменными инструментами наименее стой­ ки, что обусловлено как сложностью обеспечения оптималь­ ного техпроцесса их изготовления, так и наихудшими усло­ виями эксплуатации ввиду воздействия больших нагрузок. Их стойкость зависит в первую очередь от свойств штампуемого металла и точности изготовляемых изделий. Она снижается с увеличением диаметра штампуемых шариков, а также в слу­ чае плохого состояния применяемого оборудования и неквали­ фицированной наладки инструмента.

В настоящее время существуют три точки зрения на при­ чины выхода из строя штамповочного инструмента — матриц

ипуансонов.

1.Выход инструментов из строя вызывается увеличение их рабочих размеров из-за износа, т. е. из-за постепенного раз­ рушения рабочих поверхностей инструментов, соприкасающих­ ся с изделием под действием сил трения. Появление трещин,

выкрашивание рабочих поверхностей и раскалывание инстру­ ментов, наблюдаемые иногда в процессе их эксплуатации, с этой точки зрения объясняются усталостью металла.

2. Причиной выхода инструментов из строя является уве личение их рабочих размеров из-за пластической деформации всего их сечения. Появление трещин и выкрашиваний рабочих

Рис. 38. Изменение параметров заготовки (НхДк), пло­ щади контакта ее со штампом (FK), усилия (Р) и удель­ ного давления (рм) в процессе штамповки шарика в за­ висимости от величины хода ползуна пресса (Нполз), т. е. пуансона (Нп).

полостей инструментов с этой точки зрения объясняется дей­ ствием так называемых «рабочих напряжений», представляю­ щих собой сумму остаточных, дополнительных и основных на­ пряжений, возникающих от действия внешних сил.

3. Инструменты выходят из строя из-за абразивного изно са (истирания) и пластической деформации. Основной причи­ ной с этой точки зрения считается пластическая деформация ( —80%), а не износ контактной поверхности, хотя он и имеет место.

Существующие различные мнения о причинах выхода штампов из строя дополняют друг друга, так как обычно имеет место как износ, так и деформация гравюры штампа [11].

Детальное изучение проблемы стойкости шарикоштампо­ вочных штампов требует прежде всего знания распределения удельных давлений в гравюре, которые можно определить, если известно площади контакта деформируемой заготовки с ее поверхностью на соответствующих стадиях штамповки. Рас­ смотрим это на примере штамповки шариков диаметром \" при статической нагрузке. На построенном по эксперименталь­

ным данным графике (рис. 38) показаны зависимости измене­ ния величины осадки заготовки Ях и ее диаметра в средней части D x, величины площади контакта заготовки с поверхнос­ тью гравюры штампа F K, усилия штамповки Р и удельных давлений на поверхности гравюры рм от величины хода пуан­ сона Яп. Как видно, удельные давления на гравюру штампа в начальный период быстро возрастают и достигаю^ максиму­ ма в точке Ао, т. е. к концу периода смятия боковых кромок заготовки. Это происходит при Яп = 7 мм и дает р м = 130 кг/мм2. При дальнейшем ходе пуансона в диапазоне А 0— площадь контакта и усилия штамповки моногонно возрастают, однако соотношение между ними изменяется так, что удельные дав­ ления, начиная с точки А 0, монотонно уменьшаются вплоть до точки А]. После этого площадь контакта и усилие быстро воз­ растают, что вызывает перегиб кривой рм в точке А \ . Однако

ния рм возрастают более интенсивно, чем на предыдущем участке, но в точке А 3 только приближаются к значению ртах, полученному в точке Ло.

Таким образом, максимальные удельные давления на гра­ вюру штампа существуют в зоне контакта с острыми кромками торца заготовки, а также в'конечный момент штамповки, т. е. при окончательной осадке облоя. Следует иметь в виду, что в момент отрезки заготовок на прессе-автомате возникает зна­ чительный наклеп металла по поверхности среза. Микротвер­ дость его в этом месте, как показали замеры, увеличивается почти на 30%. В результате указанного максимальная «выра­ ботка» гравюры штампа наблюдается именно в зоне первона­ чального контакта с заготовкой. Эта «выработка» при дости­ жении определенного размера искажает характер течения металла в штампе и приводит к образованию на шарике коль­ цевых выступов, так называемых «мертвых зон» («заштамповок») при истечении металла. При контрольном глубоком травлении такого шарика по месту кольцевого выступа обна­ руживаются трещины, что служит признаком для его отбра­ ковки. Так как в этот период эксплуатации штампа размеры гравюры обычно еще не превышают допустимых пределов, то образование указанной «выработки» приводит к преждевре­ менной отбраковке самих штампов. В процессе эксплуатации штампа (матрицы и пуансона) на его торцевой поверхности возле гравюры также остаются кольцевые следы небольшой «выработки», которая образуется при осадке облоя, но ввиду незначительности не является браковочным признаком штампа.

Следовательно, для полного использования ресурса стой­ кости штампов необходимо идти по пути уменьшения удельных давлений как в зоне первоначального контакта заготовки с гравюрой штампа, так и в конечный момент штамповки при окончательной осадке облоя, которая, конечно, также отрица­ тельно влияет на прочностные характеристики гравюры.

Как известно, для определения величины удельных давле­ ний нужно знать контактную площадь и действующее усилие штамповки. Контактная площадь находится посредством заме­ ра отштампованных образцов, а усилие штамповки может быть вычислено из следующих формул [11]:

а) в случае облойной штамповки:

Р max обл — 3,340 • Кси•Ои ■Ді (кГ)\

б) в случае безоблойной или малооблойной штамповки:

” б/см

Д —фактический диаметр штампованного шарика, мм; аи—истин­ ное сопротивление деформации, кг мм2.

в настоящее время моделей шарикоштамповочных прессов-ав­ томатов; — степень деформации.

Формулы для определения сги в случае горячей штамповки шариков в диапазоне температур 20—1200° С приводятся в ра­ боте [11].

Характер изменения усилий при облойной и безоблойной штамповке шариков на шарикоштамповочных прессах в записи на осциллограмму с помощью тензометрической аппаратуры приведен на рис. 39, на котором также обозначены точки пе­

регибов А0— А3 и А0 — А3, соответствующие границам следу­ ющих стадий течения процессов: смятия торцевых кромок за­ готовки (участок О — А0); свободной осадки (участок А0—А1 и

менным заполнением оставшихся свободными сегментных по-

лостей возле экстракторных отверстий (участок Ах — Л2, А\ — Лг); выдавливания избыточного металла в полюсные отверстия и окончательной осадки облоя (участок Л2 — Л3 и Л2— Л3).

Рис. 39. Осцилограмма изменения усилия при облойной (1) и безоблойной (2) штамповке шариков на шарикоштамповочных прессах-автоматах.

На рис. 40 дана номограмма для определения величины усилий по границам всех вышеуказанных стадий течения про­

ными вставками, т. е. инструмента, у которого рабочая встав­ ка запрессовывается в обойму и находится в условиях пред­ варительных сжимающих напряжений. Если использование других вышеперечисленных методов при изготовлении шари­ коштамповочного инструмента может обеспечить повышение его стойкости только в 2—3 раза, то этот метод повышает

стойкость в 10—100 и более раз. Однако использование твер­ досплавного штамповочного инструмента предъявляет повы­ шенные требования как к качеству его изготовления, так и к вопросам эксплуатации.

Некоторые возможные варианты конструктивного исполне­ ния шарикоштамповочного инструмента, армированного твер­ досплавными вставками, показаны на рис. 41.

В настоящее время штамповочные твердосплавные инстру­ менты широко применяются на многих отечественных подшип­ никовых заводах при штамповке всех типов заклепок и шари­ ков в основном диаметром до Ѵг" (12,7 мм). Поскольку мето­ ды их изготовления, некоторые виды конструкций и способы оптимальной эксплуатации даны на опыте Минского подшип­ никового завода в работе [18], а также в работах других авто­ ров, то в данном случае мы этот вопрос не освещаем.

Как указывалось, штамповка шариков на шарикоштампо­ вочных прессах-автоматах производится из предварительно отрезанных из прутка или бунта отрезным механизмом этого же пресса-автомата заготовок, которые автоматически подают­ ся в зону штамповки. Анализ существующего техпроцесса от­ резки заготовок показал [11], что его недостатками являются образование косого среза на торцах заготовок и бокового смя­ тия их в момент отрезки (см. рис. 11, в). Угол среза на таких заготовках в зависимости от диаметра прутка а = 6—12°, а бо­ кового смятия торца ß= 9—13°. Появление на заготовках уг­ лов среза а и смятия ß в первую очередь связано с тем, что от­ резной механизм шарикоштамповочных прессов-автоматов

Рис. 42. Изменение углов наклона у3аг (а), среза а, смятия ß отрезаемых заготовок различных диаметров и стойкости отрезных ножей Q в зависи­ мости от некоторых параметров наладки пресса-автомата — тінож. вт (б),

Т н о ж а (в), Т)вт. пр (г)-