книги из ГПНТБ / Мошнин Е.Н. Технология штамповки крупногабаритных деталей

образных деталей, деталей типа днищ с утолщенным фланцем, деталей с образующей двоякой кривизны и деталей со стенками различной толщины.

Вначале рассматриваемый процесс применяли для получения деталей из алюминиевых и других легких сплавов; толщина стенки детали составляла до 10 мм. В последнее время его стали применять для изготовления деталей из низкоуглеродистых и нержавеющих сталей, причем габаритные размеры и толщина стенки деталей постоянно увеличиваются.

Выпускаются специальные раскатные машины для деталей диаметром или глубиной до 1500—3000 мм и толщиной до 12—• 25 мм. В большинстве случаев применяются машины горизон­ тального типа, т. е. с горизонтальной осью оправки.

Известно также применение раскатных машин для особо круп­ ногабаритных изделий, например, машин для деталей типа днищ диаметром до 6100 мм, машин для протяженных деталей высотой (длиной) до 8000 мм, машин для деталей со стенкой толщиной до 50 мм.

4. ШТАМПОВКА ВЗРЫВОМ

Штамповка взрывом крупногабаритных толстолистовых за­ готовок осуществляется обычно в искусственных водяных бас­ сейнах, которые выполняют в виде цилиндрических камер, откры-

1 2 3 it

Рис. 9. Установка для взрывной штамповки:

/ — корпус; 2 — наружный стальной бак для гидроизо­ ляции; 3 — внутренний стальной бак; 4 — песчаная засыпка; 5 — пастил из дере­ вянных брусьев; 6 — штамп; 7 — камера для отсоса воз­

д у х а

7 Б

тых сверху и заглубленных в землю [26, 42, 43]. Стены и пол камеры выполняют из бетона и изоляционных прослоек (рис. 9). В местностях с умеренным климатом над бассейном сооружается здание высотой 12 м и более.

На штамп, находящийся на полу камеры, устанавливают пло­ скую заготовку, над которой на определенной высоте подвеши­ вают точечный заряд.

Бассейн заполняется водой до определенного уровня, соответ­ ствующего силе заряда; из полости штампа под заготовкой отса­ сывается воздух. Затем производят взрыв, в результате которого

20

в воде возникает ударная волна и под действием ее происходит деформирование заготовки. При достаточной силе заряда заго­ товка принимает форму полости штампа. После этого воду из бассейна откачивают, а заготовку,выдают наверх.

Штамповкой взрывом можно выполнять почти все формовочные операции листовой штамповки и, в частности, вытяжку деталей типа днищ, отбортовку отверстий, местную вытяжку, правку и калибровку, причем вытяжка может осуществляться с прижимом фланца.

Основное отличие штамповки взрывом от штамповки на прессе состоит в том, что штамп представляет собой только матрицу, а жесткий пуансон заменяет собой ударная волна. В связи с этим конструкция штампа более простая. Кроме того, особенность нагружения штампа при штамповке взрывом позволяет выпол­ нять его из менее прочных и, следовательно, дешевых материалов: чугуна, бетона, дерева, облицованного стальными листами, и эпоксидных смол. Изготовляют штамп даже из льда. При штам­ повке ледяной штамп разрушается, а штампуемая деталь успевает принять заданную форму. При использовании ледяных штампов бассейн оборудуется морозильной установкой.

Взрывную штамповку можно применять для изготовления деталей из обычных и высокопрочных сплавов, углеродистых и различных специальных сталей, дуралюмина, титана и др.

Технологические возможности штамповки взрывом иногда оказываются несколько выше по сравнению со штамповкой на прессе. Деформационный очаг одновременно, охватывает большую зону заготовки, благодаря чему локализация деформаций и, следовательно, утонение стенки получается меньше. Однако в некоторых случаях, когда условия трения на контактной поверх­ ности заготовки с пуансоном при штамповке на прессе играют положительную роль, утонение стенки при взрывной штамповке, например у сферических деталей на центральном участке, может быть большим.

Условия потери устойчивости во фланце заготовки при обоих видах штамповки примерно одинаковы, но устойчивость заготовки на среднем участке при взрывной штамповке несколько выше, так как давление взрывной волны на поверхность заготовки за­

заготовок, транспортировка которых вызывает затруднения, на­ ходят целесообразным осуществлять непосредственно на месте монтажа, где для ее выполнения используют естественный бас­ сейн — озеро или реку.

Таким образом, при штамповке взрывом не требуется прессо­

21

товления иногда во много раз меньше, чем при штамповке на прессе.

Однако с применением штамповки взрывом появляется необ­ ходимость в строительстве -сооружения, вблизи которого не должны. находиться другие цехи или жилые дома, организации специального хранения взрывчатых веществ и подготовки спе­ циального обслуживающего персонала. Штамповка взрывом в не­ сколько раз менее производительна, чем штамповка на прес­ сах.

Кроме того, штамповка взрывом может осуществляться только в холодном состоянии, и поэтому не представляется возможным использовать нагрев заготовки в случае недостаточной пластич­ ности сплава в холодном состоянии. Это обстоятельство суще­ ственно снижает технологические возможности процесса.

каждого вида штамповки можно установить наиболее целесооб­ разные области их применения для производства крупногабарит­ ных толстолистовых деталей.

Основным видом штамповки таких деталей следует считать малопереходную штамповку на прессах. Такой штамповкой можно получать самые разнообразные детали с габаритными раз­ мерами, которые ограничиваются только транспортными возмож­ ностями. Применение методов групповой штамповки и универ­ сальных штампов позволяет значительно расширить диапазон экономически целесообразного применения этого вида штамповки, в частности, для штамповки деталей, требующихся в небольших количествах.

Многопереходную штамповку на прессах целесообразно при­ менять в единичном и мелкосерийном производстве. Использова­ ние ее может быть также рационально на заводах разных отрас­

толстостенных деталей целесообразно при организации специали­ зированного производства осесимметричных деталей типа днищ, изготовляемых малыми сериями. Такое производство должно обслуживать определенную отрасль машиностроения или даже быть межотраслевым.

Процесс получения деталей раскаткой (ротационным выдавли­ ванием, спинингованием) весьма эффективен • в специальных отраслях машиностроения, где требуются детали, имеющие пере­ менную толщину стенки. В этом случае, по-видимому, будет целесообразно совместить на одном предприятии изготовление

22

Г л а в а I I

ОБЩИЙ ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СПОСОБОВ ШТАМПОВКИ

1. СПОСОБЫ ШТАМПОВКИ НА ПРЕССАХ

ИИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Применяемые для изготовления крупногабаритных толсто­ стенных деталей способы штамповки определяются, в первую очередь, технологическими возможностями существующего прес­ сового оборудования и формой требующихся деталей.

толстостенных деталей не применяется, так как для его выпол­ нения потребовалось бы чрезвычайно громоздкое оборудование. Такие детали, как правило, изготовляются из цилиндрической обечайки, получаемой гибкой из листовой заготовки, и привари­ ваемого штампованного днища. При этом днища имеют преиму­ щественно эллиптическую или сферическую формы, 'которые являются более оптимальными по условиям прочности для сосудов, работающих под внутренним давлением.

Особо крупногабаритные днища и другие детали с размерами в плане более 3,5 м нельзя отштамповать на существующих прес­ сах из-за чрезмерно больших размеров, поэтому их выполняют из нескольких, а в некоторых случаях из нескольких десятков свариваемых между собой штампованных криволинейных про­ странственных элементов, имеющих небольшую высоту по сравне­ нию с размерами в плане.

Указанные обстоятельства предопределили способы, получив­ шие распространение при штамповке крупногабаритных толсто­ листовых деталей.

Куполообразные детали типа днищ разной формы получают вытяжкой.

Вытяжка заготовки с большим отношением ее диаметра к тол­ щине осуществляется с верхним прижимом, который прижи­ мает наружный кольцевой участок заготовки, называемый флан­ цем, к плоскости матрицы и тем предупреждает образование складок на кромке заготовки. В некоторых случаях при вытяжке

24

применяют также нижний прижим для прижатия к пуансону среднего участка заготовки, чтобы не допустить отставания его от пуансона, или применяют дополнительно к вытяжной кали­ бровочную матрицу.

В отличие от глубокой вытяжки цилиндрических деталей при вытяжке куполообразных деталей широтные сжимающие напря­ жения действуют не только во фланце, т. е. на участке заготовки, находящемся под прижимом, но и на среднем кольцевом участке между контактными участками заготовки с пуансоном и матрицей. Этот участок не соприкасается с элементами штампа, т. е. пред­ ставляет собой свободный участок, и поэтому основным фактором, ограничивающим технологические возможности процессов штам­ повки куполообразных деталей, является устойчивость заготовки на свободном участке.

Лимитирует технологические возможности процессов также утонение стенки детали из-за возникновения при штамповке двухосного растяжения на центральном участке заготовки.

Кроме того, при выборе способа вытяжки толстостенных деталей приходится учитывать склонность заготовки к выпучива­ нию вследствие действия изгибающих моментов на участках рез­ ких перегибов заготовки. Например, при штамповке детали формы усеченного конуса плоский и конический участки выпучиваются.

Возможность возникновения у штампуемой детали дефектов (складок, чрезмерного утонения стенки, выпучины) зависит не только от ее формы, но также от соотношения характерных раз­ меров (в первую очередь отношения диаметра к толщине заго­ товки), от материала детали и температуры штамповки. Чтобы предупредить появление дефектов, применяют дополнительные устройства (прижимы) или в некоторых случаях вынуждены при­ бегать к специальным способам штамповки.

Штамповка неглубоких пространственных элементов осуще­ ствляется в штампе, рабочие поверхности пуансона и матрицы которого выполнены в соответствии с формой детали. Установлен­ ная на матрице плоская заготовка при опускании пуансона про­ гибается, обтягивается по пуансону и в конечный момент штам­ повки плотно зажимается между рабочими поверхностями пуан­ сона и матрицы, благодаря чему заготовка приобретает форму детали по всей поверхности.

Другие перечисленные выше типовые детали получают отбортовкой, местной вытяжкой, обжимом, раздачей или совместно отбортовкой и вытяжкой. Широко применяется калибровка от­ штампованных деталей.

Для систематизации способов штамповки крупногабаритных толстолистовых деталей можно было бы принять за основу клас­ сификацию способов тонколистовой штамповки. Однако обще­ принятая классификация и терминология способов холодной

25

При классификации основных технологических процессов штамповки на прессах крупногабаритных толстолистовых деталей принимаем за основу следующие определения:

В ы т я ж к а — формообразование детали происходит в основ­ ном протягиванием заготовки через матрицу.замкнутого контура путем перемещения пуансона. В процессе деформирования заго­ товка опирается на рабочее скругление матрицы средним кольце­ вым участком и при этом обтягивается по рабочей поверхности

ное формообразование детали заканчивается на рабочем скруглении матрицы.

Ф о р м о в к а — процесс формообразования, при котором заготовка опирается кромкой на матрицу, обтягивается по пуан­

тяжкой, которая происходит полностью за счет утонения заго­

ческой или куполообразной заготовки с приданием ей формы матрицы путем осевого перемещения заготовки (или матрицы) — продольный обжим или путем поперечного (радиального) пере­ мещения двух полуцилиндрнческих или нескольких секторных матриц — поперечный обжим.

Р а з д а ч а — местное или общее неравномерное увеличение диаметра цилиндрической или конической заготовки с приданием ей формы пуансона. Деформирование осуществляется путем ра­ диального растяжения.

К а л и б р о в к а — придание окончательной формы Отштам­ пованной заготовке на отдельных участках (устранение дефектов формы) путем зажатия ее между рабочими поверхностями пуан­ сона и матрицы. Калибровку можно также применять с целью получения не только правильной по форме, но и точной по раз­ меру детали, например по диаметру. В этом случае калибровка осуществляется путем раздачи или обжима.

Схематически принятая классификация основных способов

состояния и устойчивости заготовки в процессе формообразо­ вания.

При вытяжке и формовке формообразование детали происходит в центральной зоне за счет двухосного растяжения и в наружном кольцевом участке — при плоской разноименной схеме напря-

26

жеино-деформированного состояния. При формовке в конце деформирования преобладают деформации сдвига.

Глубокая вытяжка происходит в основном в результате пере­ мещения фланца заготовки при разноименной схеме напряженнодеформированного состояния.

Местная вытяжка, отбортовка и раздача протекают при двух­ осном растяжении, обжим — при двухосном сжатии, а калиб­ ровка формы — за счет дефораций сдвига, а также в некоторых случаях за счет деформаций растяжения и сжатия.

При первых трех способах штамповки, сопровождающихся значительными сжимающими напряжениями, заготовка в про­ цессе формообразования может терять устойчивость — проис­ ходит складкообразование, причем при вытяжке во фланце и на свободном участке, при формовке — только на свободном участке, а при глубокой вытяжке — только во фланце.

В классификации за характерные признаки приняты также некоторые особенности деформирования, оказывающие влияние на устойчивость заготовки, а именно особенность изменения (уменьшение или увеличение) ширины свободного участка в про­ цессе формообразования заготовки.

В дальнейшем изложении рассмотрение технологии штамповкипроводим в основном в соответствии с принятой классификацией. Однако наряду с основными способами штамповки, применяемыми при изготовлении деталей одного вида, дается краткий сравни­ тельный анализ и других используемых в промышленности спо­ собов их штамповки на прессах. Например, при рассмотрении технологии штамповки эллиптических и сферических днищ про­ водится анализ не только основного способа штамповки — вы­ тяжки, но и других специальных и комбинированныхспособов. В связи с этим название глав принято в более широком значении, чем название основного способа штамповки, а именно по основным группам деталей.

Такое изложение технологии позволит с меньшей затратой времени ознакомиться с разными технологическими способами штамповки деталей и сделать обоснованный выбор способа штам­ повки, оптимального для заданных условий (размеров детали,

и предъявляемым к ним требованиям перед исследователями ли­ стовой штамповки стоят задачи, которые можно разделить на четыре основные группы:

1. Определение напряженного состояния в характерных сече­ ниях и зонах заготовки и в характерные моменты деформирова­ ния с целью установления зависимостей для отыскания силовых параметров процесса. Этот раздел теории листовой штамповки является наиболее развитым и относительно простым для матема-

28

тического анализа, так как в данных случаях могут быть при­ няты весьма существенные упрощения.

2. Установление величины изменения толщины стенки заго­ товки в харектерных зонах, а также предельных критериев ее разрушения, что позволяет определять технологические возмож­ ности рассматриваемых способов штамповки с учетом заданных

Данные задачи решаются на основании рассмотрения напря-. женного и деформированного состояний заготовки с более точным учетом влияния основных особенностей процесса. При анализе нестационарных технологических процессов, которыми преиму­ щественно являются процессы листовой штамповки, обычно возникают большие математические трудности, и поэтому извест­ ные решения в подавляющем большинстве являются незамкну­ тыми или выражены в неявном виде. Для решения конкретной задачи часто используют численное или графическое интегрирова­

способов штамповки по условиям устойчивости заготовок в про­ цессе их формоизменения, так как возникновение явлений склад­ кообразования на отдельных участках заготовки в большинстве случаев ограничивает получение заданной детали тем или иным способом штамповки.

Для рассмотрения устойчивости заготовок при пластическом деформировании требуется предварительное установление напря­ женно-деформированного состояния на исследуемых участках заготовки и последующий математический анализ с привлечением теории устойчивости оболочек.

В этом направлении теория листовой штамповки развита очень слабо, имеются отдельные весьма .упрощенные решения, преимущественно относящиеся только к исследованию устой­ чивости фланца заготовки.

4. Получение определенного качества металла заготовки (ме­ ханических свойств, длительной прочности, макро- и микро­ структуры, показателей склонности к межкристаллитной корро­ зии), определение уровня остаточных напряжений и выбор опти­ мальных температурно-скоростных режимов нагрева, штамповки и термической обработки.

При современном уровне развития теории листовой штамповки и металловедения определение качества металла на отдельных участках штампованной детали возможно экспериментальным путем и в большинстве случаев на основе только качественного анализа деформированного состояния на рассматриваемых участ­ ках детали. При этом, следует заметить, что характерной особен­ ностью процессов листовой штамповки является исключительно большая неравномерность деформации по поверхности детали — степень деформации часто изменяется от нуля до максимума.

29