книги из ГПНТБ / Повышение точности поковок С. И. Ключников. 1960- 23 Мб

Отклонения от номинальных размеров поковки, отражаясь в фактических припусках, всегда оказывает влияние на Кмех, т. е. на точность по отношению к номинальным размерам детали. При этом Кмех тем больше, чем меньше абсолютное значение отклоне­ ния от разрешенного чертежом минимального размера поковки. Это видно на примере колебания Кмех штампованной поковки ступен-

Фиг. 2. Допуски на смещение при штамповке на мо­ лотах (—) и на кривошипных прессах и горизонталь­

клонениях номинального размера поковки. На фиг. 3 графически показаны изменения веса откованного гладкого вала при различ­ ных отклонениях размеров его диаметра, в пределах разрешенного чертежом допуска по ГОСТу. Эти колебания соответствуют изме­ нениям веса на 215—280 кг на один вал диаметром 200—350 мм,

Уменьшение допусков на поковки приводит к подготовке усло­ вий для полного устранения припусков, как только допуски достиг-

9

Таблица 2

Колебания веса и Кмех штампованной поковки ступенчатого валика в зависимости от допусков

нут величин, равных межоперационному допуску при механической обработке, а качество поверхности поковок будет безупречным.

Однако фактически при свободной ковке нередко полученные в партии размеры поковки оказываются выполненными с отклоне­

ниями, превышающими допускаемые ГОСТом. Так, по данным ЦНИИТМАШа [41] на одном из заводов тяжелого машинострое­ ния из четырехсот обмеренных поковок типа гладких валов только у сорока поковок припуски оказались в пределах, разрешенных нормалями; у остальных поковок припуски в 1,5—3 раза превы­

шали нормативные. На фиг. 4 приведен график фактического рас­ сеивания припусков, полученных в результате ковки валов различ­ ных размеров.

Факторы, определяющие точность поковок. Отклонение от номи­ нального размера поковки является количественным выражением ее точности. Чем меньше отклонения размеров от номинального в

изготовленной партии поковок, тем выше точность. В действитель-

10

ногти, в изготовленной партии размеры поковок всегда колеблются в обе или в одну сторону от номинального размера, и лишь в част­ ном случае действительный размер может совпасть с номиналь­ ным; в этом случае точность является наивысшей.

Отклонения на диаметр поковки Бала

Фиг. 3. Графики увеличения веса кованых валов / = 3000 мм, диаметром 200—350 мм против номинального и минимального весов:

а —а — линия минимального веса; б —б—линия максимально допустимого веса; а — б—линия промежуточных весов; о — точка номинального веса поковки; 1 — поковка вала диаметром 200 .ч.и; 2 — поковка вала диаметром 250 мм; 3—поковка вала диаметром 300 мм; 4—поковка вала диа­ метром 350 мм.

В связи с наличием в партии поковок положительных и отрица­

тельных отклонений следует различать три возможных размера

поковки: 1) минимальный, соответствующий крайнему отрицатель­ ному отклонению допуска Pmin =/э.ч0.,.4- (—б); 2) средний, соответ­ ствующий номинальному припуску при нулевых значениях откло­ нений Рср=Рном ta6, при б = 0> 3) максимальный, соответствую­

щий крайнему положительному отклонению допуска Ртах=Л<о.«+

+ (+а).

11

Если принять в расчет одностороннее положительное отклоне­ ние от минимального размера, то понятие ковочной точности прио­

бретает более определенный смысл.

В этом случае увеличение точности поковок (относительно ми­ нимального размера) может быть выражено /Эга’°.

Фиг. 4. Рассеивание размеров припусков у кованых валов (ЦНИИТМАШ):

А — линия номинальных размеров; Б — линия максимальных размеров; В—-линия минимальных размеров.

Общим признаком высокой точности (независимо от способа ее выражения) является получение стабильных размеров поковок, по­

зволяющих частично или ‘полностью отказаться от последующей

механической обработки.

Наличие жестких отклонений в поковках с нормальными (по ГОСТу) припусками не оправдывается, так как дополнительная

трудоемкость и удорожание инструмента по финишной доводке в кузнечном цехе не компенсируется при последующей механиче­ ской обработке.

Взаимосвязь припуска с допуском может быть сформулирова­

на так: с увеличением точности достигаемые допуски на поковках начинают приближаться, а затем совпадают с допусками на чер­ новую и чистовую механическую обработку сопрягающихся по­ верхностей; кузнечный припуск в этом случае при надлежащем

12

р—коэффициент линейного расширения;

и/^—.сравниваемые температуры окончания штамповки.

Таким образом, для обеспечения высокой точности поковок устойчивость температурного режима и производственного ритма кузнечной обработки являются необходимыми условиями. Этому

требованию в наибольшей степени отвечает автоматически контро­ лируемый электрический (контактный и индукционный) нагрев кузнечных заготовок в сочетании с автоматизированным процессом штамповки на прессах или поперечно-винтовой прокатки на про­ катных станах.

Износ штампов. По мере выработки штамп «садится» — изме­ няются размеры отдельных элементов чистовых ручьев. В отштам­

пованной партии первые и последние поковки имеют разные откло­ нения от номинальных размеров. Износ штампов характеризуется: разгарными трещинами, особенно в местах переходов (например, от фланца поворотного кулака к хвосту, от головки клапана к стеб­ лю); выработкой контуров наиболее узких кромок; разработкой галтелей; осадкой опорных плоскостей штампов с уменьшением

глубины ручьев.

Физическая сущность причин износа штампов состоит в трении деформируемого металла о рабочие поверхности ручьев в условиях разогрева штампов и высоких удельных давлений. Разогрев штам­ пов в процессе работы снижает твердость штампов, полученную после термической обработки. По данным одного автомобильного

завода, выходящие из строя нижние половинки штампов (коленча­ того вала, передней оси, коронной шестерни и др.) имеют в наибо­

лее опасных местах твердость по Бринелю 241—269, при началь­ ной твердости 340—347. Разогрев штампов в работе достигает 400—500 и даже 600°. Известны также случаи, когда выступающие части штампа нагреваются «докрасна» (например, штамп ступицы колеса грузового автомобиля).

Стойкость штампов, т. е. сопротивление их износу, зависит от многих условий, основными из которых являются: конфигурация

штампуемых поковок, марка штамповой стали, наличие или отсут­ ствие заготовительных ручьев, точность и чистота поверхности ме­

ханически обработанного штампа, степень окисленности поверх­ ности штампуемой заготовки, интенсивность штамповки и охлаж­ дения штампов.

термической обработкой. ГОСТом 7831-55 в СССР установлены марки штамповой стали для штампов горячей штамповки: 5ХНТ, 5ХНВ, 7X3, 8X3, 45Х, 5ХНС и др. и их заменители 5ХГМ, 5ХНМ, 5ХВГ, ЗХ2В8, Х12М и др. Важнейшим свойством штамповых ста­

лей является их температуростойкость, т. е. способность сохранять

без изменения структуру и твердость при разогреве в работе. У мно­ гих штамповых сталей уже при температуре 450—500° происходят структурные изменения, сопровождающиеся понижением твердо-

14

сти. На основании имеющихся исследований температуростойкость штамповых сталей можно принять следующую:

В табл. 3 и 4 приведены данные по химическому составу, кри­

тическим точкам, режиму термической обработки и уменьшению твердости с повышением температуры ряда сталей, применяемых для горячих штампов.

Смятие опорных плоскостей штампов в процессе работы преду­ преждается применением охлаждающих жидкостей. Лучшее охлаж­ дение удается осуществить для штампов механических прессов;

в этом случае возможно применение проточной воды. Более эффек­

устойчивости штампов играет их конструкция, определяемая кон­ фигурацией штампуемых поковок. Наличие в штампах глубоких по­ лостей, ребер, резких переходов, тонких кромок и пр. ускоряет износ. Для улучшения стойкости штампов необходимо предусматри­ вать в них оптимальные штамповочные уклоны, радиусы переходов

и закруглений, стремиться к обеспечению более или менее равно-

15

Таблица 4

Изменение твердости штамповых сталей при повышении их температуры

по

мерного износа ручьев. Для сохранения размеров и фигуры окон­ чательного ручья необходимо применение предварительных и за­ готовительных ручьев. Существенное значение для стойкости окон­ чательного ручья имеет чистота его поверхности после механиче­ ской обработки. Течение металла при деформировании идет тем

легче, чем чище поверхность ручьев штампа. При грубо обработан­

ной поверхности ручья увеличивается трение по ней горячего ме­ талла при заполнении фигуры ручья, происходит налипание и воз­ никают затруднения при извлечении из ручья поковки.

После фрезерования полости ручья необходима тщательная

шлифовка с последующей полировкой тонким абразивом. В то вре­ мя как зачисткой камнем возможно устранить дефекты фрезеров­ ки (надрывы, раковины), полировкой удается освободиться от сле­ дов грубых рисок от зачистки. Направление рисок от камня должно совпадать с направлением истечения металла при штамповке.

Точность изготовления окончательных ручьев штампов, согласно А. Н. Брюханову, в зависимости от размеров ручьев и заданной точности штамповки колеблется в следующих пределах:

а) допуски на размеры глубины ручья в мм:

16

6) допуски на горизонтальные (наружные) размеры в мм.-.

Калибровочные штампы имеют более высокую точность. Узкие пределы допусков в точных штампах вызывают более короткий срок 'службы штампов. Высокая точность изготовления штампов

удорожает их стоимость.

В последнее время уделяется внимание износоустойчивости штампов в связи с отрицательным влиянием на нее окалины на по­ верхности деформируемого металла. Обладая иными, чем основной металл физико-механическими свойствами, окалина быстро исти­ рает полированную или шлифованную поверхность ручья. Кроме того, при отсутствии сдувки или смывки ее куски легко заштам­ повываются в пластичное тело поковки, образуя черноты или ра­

ковины. В первом и во втором случаях точность поковки нару­ шается.

На износ штампов влияет интенсивность штамповки, измеряе­ мая производительностью ковочного оборудования или точнее — временем пребывания горячих заготовок в окончательном ручье в

единицу времени (например, в течение 1 часа). Очевидно, что чем больше время соприкосновения металла с поверхностью ручья

штампа, тем меньше его стойкость. При штамповке на кривошип­ ных прессах производительность штамповки в 1,5—2 раза больше, чем на молотах, однако износ штампов на прессах меньше, чем на молотах. Это объясняется рядом особенностей прессовой штампов­ ки, дающей возможность применения: 1) вставок из более качест­ венных температуростойких сталей; 2) непрерывного охлаждения

штампов; 3) формовки в окончательном ручье за один ход пресса; 4) почти статического (а не динамического, как на молотах) ха­ рактера деформирования и 5) безокислительного нагрева. Эти воз­ можности, за исключением указанных в пунктах 3 и 4 не являются специфическими только для ковочных механических прессов, одна­ ко использование их при молотовой штамповке либо ограничено (пункты 1 и 2), либо не вызывается прямой необходимостью (пункт 5).

Колебания химического состава металла и размеров заготовки

[10]. Согласно ГОСТ, поставляемый металлургическими заводами

прокатный металл по химическому составу может иметь отклоне­ ния по углероду, кремнию, марганцу и другим элементам. Так, для стали 45 допускаются отклонения: по углероду — от 0,40 до 0,50%,

по марганцу — от 0,50 до 0,80%, по кремнию—от 0,17 до 0,37%.

Следовательно, при штамповке заготовки из стали 45, имеющей со­ противление разрыву при 0,40%С 62 к.Пмм2, а при 0,50%С — 70 кПмм2, колебание в сопротивлении деформации достигает 13%. Это сказывается и на отклонениях размеров штампуемых поковок,

"уб™чна* _ I ал по

размерную точность поковок, особенно при финишной доводке раз­

меров холодной калибровкой, влияют и структурные превращения в поверхностных деформируемых слоях поковки. Это относится прежде всего к таким сталям, как никелевые с содержанием 20—

30% Ni (для клапанов, турболопаток), никель-марганцовистые и др. Эти стали, являясь аустенитными, при холодной калибровке меняют свою структуру на мартенситную. При этом характерные для немагнитного аустенита полиэдры сменяются ферромагнитными ланцетовидными кристаллами мартенсита. При заданной размер­ ной точности таких поковок после холодной калибровки следует

иметь в виду два обстоятельства.

Фиг. 5. Колебания объемов (весов) штучных кузнечных заготовок при резке на одинаковую длину в зависимости от отклонений диаметра прутка

от номинального.

1.Наиболее плотное расположение атомов в кристаллической решетке у-железа (куб с центрированными гранями) сменяется менее плотным расположением атомов в кристаллической решетке a-железа (центрированный куб). Это вызывает увеличение удель­ ного объема стали; кроме того, вследствие указанных структурных превращений уменьшается коэффициент термического линейного расширения.

2.Смена полиэдрического строения кристаллов у-железа куби­ ческими кристаллами а-железа, сопровождаемая образованием псевдораствора углерода в а-железе, сопряжена с возникновением внутренних напряжений и повышением твердости в 3—3,5 раза (что соответствует повышению твердости аустенита Нв = 170 -ч- 220

до твердости мартенсита /7В= 650-э-700).

Очевидно, что наиболее сложным является влияние первого фактора, который будет в основном действовать по окончании про­ цесса калибровки. Влияние второго фактора должно быть учтено

в правильном расчете потребного усилия калибровочного пресса (имея также в виду увеличение упругой деформации прессов).

18