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

Продолжение табл. 34

Поковки типа крестовин и с отростка­ ми

Поковки полые с утолщением типа фланца простой формы

Поковки полые с утолщением типа фланца сложной формы

Поковки полые с утолщением сложной конфигурации

время в практике США отмечены случаи освоения выдавливания титана, причем выдавливание титана характеризуется вспучивани­ ем и налипанием металла при прохождении через очко.

Следует иметь в виду следующие особенности металлов и спла­ вов в отношении потребных для них усилий при выдавливании:

удельные усилия при обратном выдавливании значительно выше, чем при прямом процессе; величина удельного давления зависит

от физико-механических свойств металла, степени деформации, ге­ ометрии инструмента, скорости, профиля изделия и других факто­

ров, сопровождающих процесс; чем больше степень деформации

231

при выдавливании, тем больше потребное удельное давление прес­ сования; усилие уменьшается с увеличением угла наклона стенок

вать при выдавливании сплавов с пониженной пластичностью; дав­ ление течения значительно возрастает для полых изделий, по срав­ нению с прессованием сплошных профилей одинаковой площади

сечения.

Силовой режим выдавливания при прямом процессе имеет сле­

дующие четыре периода:

1. Осадка заготовки — усилие выдавливания быстро поднимает-

ОТ 0 ДО Ртах-

2. Начало истечения — усилие еще несколько возрастает и затем

начинает падать.

3. Установившееся течение — усилия несколько снижаются (или незначительно повышаются) к концу периода.

4- Конец выдавливания — усилия быстро возрастают до Причем Pmaxl^^Ртах-

ПРАКТИКА ПРОЦЕССА ВЫДАВЛИВАНИЯ

Подготовка заготовки. Исходным материалом для выдавлива­ ния являются прутки, преимущественно круглого сечения, и выруб­ ленные из листа кружки. Учитывая, что процесс выдавливания про­ исходит без образовния облоя, необходимо обеспечить точное дози­

рование объема металла штучной заготовки. Точность резки может быть получена раскроем прутка по весу (а не по номиналу)., пред­ варительной обточкой заготовки, использованием прессованных прутков, применением отрезных штампов, дисковых пил, фрезер­ ного автомата и т. д.

Исходный диаметр заготовки при выдавливании может быть различным, в зависимости от усилий имеющихся в цехе прессов. Так, например, при выдавливании детали в виде головки со стеблем (хвостом) заготовка может быть взята: D3a! =D гол.дет. высотой А;

D3az<Dzo^dem. ВЫСОТОЙ Н1; Причем h^h.

В первом случае выдавливание потребует большего усилия прес­ са, чем во втором. Деформация металла во втором случае происхо­ дит на большей длине хода ползуна пресса, причем, вначале за

счет этой деформации происходит заполнение верхней рабочей по­ лости матрицы штампа, что в известной степени облегчает процесс истечения металла в очко с образованием стебля детали. Высота и диаметр заготовки должны выбираться таким образом, чтобы в процессе выдавливания металл заполнял по диаметру все углубле­ ния в матрице к тому моменту, когда по высоте она осаживается

на — первоначальной высоты. Это обеспечивает улучшение макро-

О

структуры металла в выдавленном изделии.

232

Наряду с точностью требуемого объема, для выдавливания име­ ет значение ровность торца заготовки. При косом торце возможен увод пуансона относительно центра матрицы, что отрицательно от­ ражается на точности выдавливаемых пустотелых изделий (разно-

стенность, эксцентричность). Расчет исходной штучной заготовки может быть произведен по формуле

где У3 — объем металла заготовки; Vn — объем поковки (детали).

Длина штучной заготовки может быть определена по формуле:

13 =

Избыток металла определяется как разность между максималь­ ным (плюсовое отклонение) и минимальным (минусовое отклоне­ ние) весом заготовки.

Соотношение между размерами выдавливаемого изделия и заго­ товки, т. е. степень деформации, оказывает влияние на процесс

выдавливания и на качество получаемого изделия. Чем выше сте­ пень деформации, тем больше степень измельчения зерна металла, тем лучше качество изделия. Для получения пустотелых изделий

способом прямого выдавливания применяются фасонные заготовки:

круглые полые с толстыми стенками, полученные холодной вытяж­

кой, либо обратным способом выдавливания, и шайбы, отрезанные от трубы или вырубленные в штампе из полосы. Шайбы целесо­ образно брать при выдавливании изделий с большим объемом.

Проводились опыты [42] по получению заготовок для выдавливания из цинка методом литья под давлением, что дало положительные

результаты. Соотношение толщины стенок изделия и фасонной за­ готовки для цветных металлов может быть от 4 : 1 до 25 : 1. Боль­ шие значения следует брать для мягких и чистых металлов типа свинца, олова, цинка, алюминия и меди. Замечено, что качество по­ верхности выдавленного изделия зависит от качества поверхности заготовки. Для получения чистой поверхности рекомендуется штуч­

ную заготовку зачистить в специальных зачистных штампах или

обточить на станке. Припуск на зачистку в штампах (в зависимости от толщины (высоты) заготовки принимается: для цинка и алюми­ ния от 0,05 до 0,6S; для дуралюмина и меди от 0,06 до 0,075; для

латуни от 0,07 до 0,8S, где S—толщина (высота) заготовки.

Для получения чистой поверхности по контуру вырубаемой из листа (без дополнительной операции зачистки) заготовки рекомен­

дуется применять матрицы со скошенной кромкой под углом 45° и глубиной скоса, равной от 0,1 до 1,0 мм, в зависимости от толщи­ ны листовой заготовки. При этом зазор между матрицей и выруб­ ным пуансоном должен быть равным от 0,05 до 0,1 мм. Поверх­

ность вырубной матрицы рекомендуется полировать.

Материал, подлежащий выдавливанию, для умягчения его и сня-

233

тия внутренних напряжений, должен быть отожжен. Заготовка пе­ ред выдавливанием должна быть очищена от окалины, ржавчины,

грязи и заусенцев. С этой целью очистку и галтовку заготовок

проводят в галтовочных барабанах с добавкой древесных опилок, смоченных бензином. Для очистки, например, цинковых заготовок на каждые 20 кг требуется в барабане иметь 0,5 кг опилок, увлаж­ ненных бензином в количестве 0,075 кг. Для очистки стальных за­ готовок рекомендуется в барабан засыпать стальную крошку, смо­

ченную обезжиривающим

Таблица 35 раствором. Крупные стальные заготовки очи­ щают с помощью песка. Очистку от грязи и зау­ сенцев мелких деталей це­ лесообразно осуществ­ лять в ультразвуковом по­ ле с применением генера­

торов.

Очистка заготовок от опилок после галтовки может быть произведена

на вибрационном сите, после чего заготовки про­ мывают в бензоле или бен­ зине. Производить очист­

ку заготовок травлением не рекомендуется, так как

в результате травления металл приобретает «во­ дородную» хрупкость, ко­ торая способствует обра­ зованию трещин при вы­ давливании.

Смазка является обя­ зательным условием успешной операции выдавливания. Одно из основных назначений смазки уменьшить трение деформируемого

металла о штамп и, как следствие, снизить удельное давление

прессования. В табл. 35 [29] приведены данные, характеризующие влияние отдельных смазок на силовой режим при прямом горячем выдавливании стали.

Кроме снижения потребного усилия прессов, смазки улучшают

чистоту поверхности выдавливаемых изделий, предупреждают об­ разование дефектов (надрывов, трещин), способствуют увеличению

стойкости штампов, а также позволяют получать изделия относи­

тельно более сложной формы.

Рассмотрим применение смазок стальных заготовок перед вы­ давливанием.

Применявшиеся ранее жирные смазочные материалы (живот­ ные и растительные масла и жиры, мыло, вазелин, сало) оказыва-

234

Таблица 36

Сравнительные усилия прессования стальных изделий методом выдавливания

ются неэффективными в условиях высокой температуры, до кото­ рой нагреваются штампы в процессе холодного выдавливания. При­ бавка наполнителей в виде аморфного угля и графита также не улучшает качества смазки. Наилучшим!и смазками для холодного

выдавливания фасонных пустотелых изделий являются электроли­ тические покрытия стальных заготовок губчатой медью и цинком и фосфатирование. Существуют два способа нанесения смазоч­ ных покрытий на заготовку и на штамп (нанесение смазки на штамп

будет рассмотрено ниже).

Покрытия заготовок медью и цинком, несмотря на их высокую эффективность, находят ограниченное применение главным обра­ зом в связи с трудностями удаления этих покрытий с изделий. Как видно из табл. 36, покрытия медью (при смазке жиром) по своему влиянию на величину удельных усилий хуже покрытий фосфатом и

цинком. Оба последние покрытия в сущности одинаковы. Интерес­ но отметить, что потребные удельные усилия выдавливания по мере

увеличения твердости стали (увеличения содержания углерода) увеличиваются в меньшей степени против увеличения твердости стали. Следовательно, применение указанных смазок для твердых сталей является относительно более эффективным.

Перед выдавливанием стальные заготовки проходят фосфатиро­ вание, для чего их окунают в кислый фосфатный раствор. Получа­ ющееся фосфатное кристаллическое покрытие имеет прочное сце­ пление с поверхностью металла. Фосфатированию обычно предше­ ствует обезжиривание поверхности заготовки, ополаскивание хо­ лодной и теплой водой. Фосфатирование производится в ванне при температуре 85—100°, в течение 4—12 мин. (в зависимости от фор­ мы изделия). Об окончании процесса фосфатирования судят по прекращению выделений водорода. Чтобы получить более прочную металлофосфатную пленку, заготовку, погруженную в ванну, встря-

235

хивают. Фосфатирование производят также и опрыскиванием фос­ фатным раствором. Толщина пленки должна быть тем толще, чем

больше степень деформации при выдавливании.

В Чехословацкой промышленности рекомендуется насыщение фосфатированной поверхности заготовки смесью известковой и мыльной воды, после чего производится сушка и, наконец, нанесе-

ние жировой эмульсии.

Наиболее удачным покрытием является цинкофосфатное, кото-

шать трение и заедание металла. Фосфатное покрытие применяет­ ся с последующей смазкой, в качестве которой рекомендуется жир­

ное кислое мыло. При погружении фосфатированной заготовки в раствор мыла образуется совершенно водонепроницаемая мыльная

пленка. Жировая эмульсия вместо «сухого» трения, образует при выдавливании жидкостное трение, облегчающее процесс деформа­ ции. Антифрикционная эффективность высококачественного фос­ фатного покрытия в сочетании с разбавленной смазкой эмульсион­ ного типа показана в табл. 37. Достигнутые успехи в конструирова­ нии штампов и в подборе смазок позволяют получать при выдавли­ вании стальных изделий сокращение поперечного сечения свыше 85fl/o за один проход.

Если при холодном выдавливании стальных поковок составы смазок определены, то при горячем выдавливании все еще продол­ жаются их изыскания. Смазка должна быть стойкой при темпера­ туре, превышающей 1000°, должна обладать способностью подвер­ гаться механическому распылению, быть бездымной, создавать-

пленку, предупреждающую непосредственный контакт поверхностей штампа и заготовки. Установлено, что применение графитовой смаз­ ки облегчает течение металла в ручье, повышает стойкость штампа;.

236

облегчает процесс штамповки и устраняет заедание и прилипание

металла к стенкам штампа.

В НИИАвтопроме были проведены испытания шестнадцати тех­ нологических смазок при горячем выдавливании стальных поковок.

Испытания производились по смазываемости ручья штампа, легко­ сти извлечения поковки из ручья, способности к газообразованию и пригару смазки к поверхности поковки. В результате испытаний выяснилось, что только пять типов смазок удовлетворяют техноло­

гическим требованиям. Результаты испытаний приведены в табл. 38. Недостатком смазок является быстрое сгорание смазок, содержа­ щих масляные эмульсии, при этом образуется большое количество газов, взрывающихся в процессе выдавливания и вредных для ор­ ганизма человека. Применение в качестве смазок соляных раство­ ров вызывает коррозию и прилипание поковок к штампу.

Нагрев заготовок. Изготовление фасонных изделий как из цвет­ ных металлов и сплавов, так и из стали методом выдавливания в

большинстве случаев производится в холодном виде. Из цветных

металлов нагреву подвергаются заготовки лишь из цинка и из неко­ торых сортов латуни. Нагрев заготовок при выдавливании приме­ няется главным образом по соображениям уменьшения потребного усилия пресса и увеличения пластичности металла заготовки. Прес­ сование слитков, как правило, производится в горячем состоянии.

Рассмотрим примеры прямого выдавливания наиболее харак­

терных деталей.

Обычный способ штамповки клапанов путем высадки на гори­ зонтально-ковочных машинах является малопроизводительным и не обеспечивает необходимой размерной точности. Так, например, выхлопной клапан трактора имеет головку диаметром 83 мм, тол­ щиной 14 мм, при стебле диаметром 16,6 мм, длиной 190 мм. Вы­ садка такого клапана из прутка диаметром 17 мм потребовала бы

9—10 переходов и дополнительного подогрева.

Высадка клапана из прутка диаметром 19 мм потребовала бы применения штампа с семью ручьями, с последующей механической обработкой (обдирка и шлифовка) стебля. Тот и другой варианты экономически малоэффективны, поэтому в массовом производстве подобные заготовки целесообразно изготовлять способом прямого

выдавливания.

На Московском заводе малолитражных автомобилей освоено изготовление клапанов моторов способом прямого выдавливания в штампе, показанном на фиг. 136 [44].

Нижние и верхние плиты 1 и 2 штампа сцентрированы колонка­ ми 3, входящими во втулки 4. Для центрирования матриц 5 и 6 предварительного и окончательного ручья на нижней опорной их поверхности имеются выточки для захода в них направляющих стаканов 7. Направляющий стакан 7 опирается на прокладку 10,

диаметр которой сделан больше диаметра направляющего стакана,

чтобы увеличить площадь опоры на столе пресса. Прокладка 10 за­ креплена в плите винтом 11. Наружная боковая поверхность обеих матриц сделана конической. Крепление матриц к стакану 7 осуще-

237

Таблица 38

Результаты исследования технологических смазок при горячем выдавливании стальных поковок (НИИАвтопром)

238

ствляется коническим прижимным кольцом 12 с помощью прихва­ тов 13, подкладной шайбы 19 и болтов 14. Сферические шайбы 15

обеспечивают лучшую затяжку болтов 14. В штампе предусмотре­ ны каналы с внутренней стороны прижимных колец 12 в специаль­ ных вкладышах для охлаждения водой матриц. Смазка подается

непосредственно в штамп через штуцер 16 в кольцевую проточку

на боковой поверхности направляющего стакана, откуда по каналу С она должна поступать во внутреннюю часть 'стакана и ходом тол­ кателя подаваться в матрицу. Пуансоны крепятся с помощью дер­ жавки 24, которая закреплена в плите 2 болтами 17 и 18. Фиксация пуансонов в державке осуществляется в посадочных отверстиях, ку­ да входят соответствующие выступы на хвостовиках пуансонов 23. Хвостовики пуансонов зажимаются в державке накладками 25 с помощью шпилек 26 и гаек 27. Пуансоны 20 и 21 крепятся к хво­ стовикам посредством накидных гаек 22 за бурт, предусмотренный

в верхней части пуансона. Для получения заданной размерной точ­

ности поковок клапанов необходима точная и устойчивая настройка по высоте каждого ручья штампа. Это обеспечивается конструк­ цией штампа, в котором предусмотрены два регулировочных кли­ на 29, фиксируемых гайками 30. Регулируя клином и затягивая за­ тем хвостовик пуансона шпильками 26, пользуясь промежуточной подкладкой шайбой 28, можно точно установить пуансоны по вы­ соте. Для обеспечения соосности всего штампа с выталкивающими приспособлениями положение штампа на нижней плите пресса

фиксируется с помощью фиксаторов 31, заходящих в отверстия К.

Выталкивание поковки из первого и второго ручьев штампа осуще­ ствляется толкателями 9, движущимися по направляющим труб­

кам 8. Для выталкивания поковок типа клапанов целесообразно

239

применять не обычные выталкивающие механизмы, которые при рывках расклепывают конец стебля клапана и затрудняют его вы­ талкивание, а специальные пневматические выталкиватели, которые

обеспечивают плавное выталкивание, регулируя величину его скорости и ход толкания.

Фиг. 136. Штамп для точного горячего выдавливания клапана мотора.

Выдавливание клапана мотора автомобиля на Московском за­ воде малолитражных автомобилей производится на кривошипном

прессе усилием 450 т из заготовки диаметром 19 мм, длиной 32 мм.

Тарелка клапана оформляется во втором окончательном ручье штампа. Пуансон первой операции пригоняется по матрице с зазо­ ром до 0,09 мм на диаметр, что предупреждает образование торцо­ вых заусенцев. Для лучшего обеспечения соосности и увеличения

стойкости торец пуансона сделан с конусом под углом 150°. Матри­ ца ручья, где происходит окончательное оформление тарелки кла­

240