книги из ГПНТБ / Тепловые процессы при обработке металлов и сплавов давлением учеб. пособие для студентов металлург. спец. вузов

ГЛАВА X

ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ И НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КУЗНЕЧНЫХ ШТАМПОВ*

1.УСЛОВИЯ СЛУЖБЫ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ КУЗНЕЧНЫХ ШТАМПОВ

Ф а к т о р ы , о п р е д е л я ю щ и е с т о й к о с т ь ш т а м п о в

Стойкость штампа оценивается общим количеством поковок, от­ штампованных за весь срок его службы, и зависит от совместного действия большого числа факторов. Случайный характер их изме­ нения обусловливает многообразие причин выхода штампов из строя и значительные колебания в величине стойкости. Изучение

эмпирических рядов распределения стойкости штампов показывает, что долговечность штампа следует рассматривать как статистичес­ кую величину, представляющую собой результат действия множест­ ва факторов, влияние каждого из которых намного перекрывается суммарным влиянием всех остальных.

На рис. 10.1 представлены эмпирические ряды распределения стойкости штампов с наложенными кривыми нормального распре-

По материалам работ, выполненных совместно с В. П. Александровым.

46Î

деления, полученные при штамповке типовых деталей на стандарт­ ном штамповочном оборудовании. Статистические показатели этих рядов находятся во многих случаях в пределах случайных ошибок их определения.

Многие исследователи стремились установить основные факто­ ры, определяющие стойкость штампов. Однако до сих пор не суще­ ствует единого мнения относительно характера и значимости влия­

кость штампов, делит на четыре группы: металлургические, техно­ логические, конструктивные и эксплуатационные.

К группе металлургических факторов относятся: химический состав штамповой стали; способ выплавки и разливки; специфичес­ кие особенности плавки (состав шихты, наличие неметаллических включений и ликвационных зон, газонасыщенность и т. д.).

Конструктивные факторы включают: метод штамповки; разме­ ры штампов; конфигурацию поковки; конструктивное оформление штампа (форма и размеры заусенечной канавки, количество ручь­ ев, наличие вставок и т. д.).

К технологическим факторам относят: величину укова и тек­ стуру штампового кубика или заготовки под штамп; способ изготов­ ления и доводки гравюры; состояние рабочей поверхности; режимы термической обработки; методы поверхностного упрочнения гра­ вюры.

Эксплуатационные факторы включают: мощность, кинематичес­ кие особенности и состояние штамповочного оборудования; качест­ во наладки инструмента; квалификацию штамповщика; свойства деформируемого металла при ковочной температуре; температуру и метод нагрева заготовок; состав и способ нанесения смазки; ре­ жим штамповки; способы реставрации ручьев. Немаловажную роль играют и требования к качеству поверхности и точности изготовле­ ния поковок.

Количественные показатели стойкости обычно связывают с кон­ структивными или эксплуатационными факторами — назначением и конструкцией инструмента, размерами и толщиной стенки набор­ ной полости пуансонов, массой падающих частей молота, массой поковки и др. [265—268].

Предложена формула, связывающая стойкость штампов с мас­ сой поковок:

рт

л

где С — стойкость штампа; А и m — постоянные, зависящие от фор­

мы поковок; Р™ '—масса поковки.

Величины А и m определяют на основе эмпирических зависимо­ стей между массой поковок и стойкостью штампов, подразделяемых в зависимости от типа поковки на три группы.

462

Тесная связь между мощностью оборудования и стойкостью мо­ лотовых штампов объясняется влиянием скоростного коэффициента сопротивления деформации, который с увеличением массы падаю­ щих частей возрастает.

Стойкость прессовых штампов в меньшей мере зависит от уси­ лия пресса, чем стойкость молотовых от массы падающих частей. Это вызвано тем, что с изменением мощности оборудования более резко изменяются условия работы и износ штампов при штамповке на молотах, чем на прессах.

Статистический анализ влияния некоторых факторов на стой­ кость штампов при работе на молотах был выполнен авторами ра­ боты [269]. Для оценки стойкости штампов ими предложена форму­ ла, полученная на основе множественного корреляционного ана­ лиза:

=0,364 X ( м а с с а м - 2,61 X (радиус)+ 0,204 X (уклон) —

стой кость

— 0,00133 X (контактная площадь) —0,964 X Ю~3 .

Эта формула учитывает не только массу поковки и площадь кон­ такта, но и местную концентрацию напряжений. В то же время она не учитывает влияние свойств деформируемого материала.

Одним из основных факторов, влияющих на стойкость инстру­ мента, является форма поковки. Опыт показывает, что количест­ венная оценка влияния этого фактора обычно сложна. Наиболее

463

нагрузок на отдельные элементы гравюры. С формой связаны осо­ бенности течения металла при заполнении ручья, которое в услови­ ях воздействия на штамп спектра температур и давлений вызывает неравномерный износ гравюры.

Существуют данные о влиянии соотношения некоторых геомет­ рических размеров штампов на их стойкость. Например, определен­

сложный объект, состоящий из группы простых звеньев, различаю­ щихся прочностью, нагруженностью и долговечностью. Большинст­ во штампов выходит из строя из-за износа или разрушения одного или нескольких наиболее нагруженных звеньев, т. е. относится к сложным объектам с плохой организацией [272]. Поэтому проблема стойкости штампов может быть решена путем повышения работо­ способности наиболее нагруженных звеньев с учетом характера их износа и разрушения. Поскольку износ гравюры штампов нерав­ номерен и разнохарактерен, наиболее целесообразным, по-видимо-

464

В табл. 10.1 приведены результаты анализа причин поломок штампов в кузнечных цехах Челябинского тракторного завода за 2 года [276]. Расход штамповой стали за этот же период на заводе составил в среднем 12—16 кг на 1 г продукции. По данным другого исследования [277], причины преждевременного выхода молотовых штампов из строя подразделяются на пять основных групп:

1)увеличенные размеры заготовок — 37%;

2)усталостные трещины и излом штампов под действием удар­ но-циклических нагрузок, а также вследствие неудовлетворитель­ ного состояния поверхности штампов — 30%;

3)неудовлетворительная конструкция штампа— 10%;

4)неправильно проведенная термическая обработка или не­ удачно выбранная марка стали — 20%;

5)металлургические дефекты — 3 %> •

Сравнивая эти данные, видим, что в первом случае за счет не­ правильной эксплуатации инструмента вышло из строя 50% поло­ манных штампов, во втором-—37%; на долю конструктивных фак­ торов в обоих случаях приходится по 10% разрушенных штампов; металлургические факторы в первом случае привели к выбраковке 8% штампов, во втором — 23%. Около 30% молотовых штампов выходит из строя по трещинам, причем в первом случае они назы-

469