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

В номинальном припуске следует различать две части — услов­ ное постоянную и переменную. Условно постоянная часть харак­ теризуется минимальным припуском, численное значение которого определяется нормативными данными

тивным таблицам); Д2—абсолютная величина отрицательного допуска на

размер.

Обезуглероженный слой

U " ’; LJ Зона Возможного проникновения дефектов

Фиг. 10. Схема дефектного поверхностного слоя поковки:

а — при штамповке обычной точности с окислительным нагревом; б —- при штамповке повышен­

ной точности с безокислительным нагревом.

Переменная часть припуска характеризуется полем допуска, которое выражается

2/7Шах — 2/7min = (2ПН + AJ — (2/7„ — Д2) — Дх 4- Д2,

где Дх— абсолютная величина положительного отклонения на размер;

Д2 — абсолютная величина положительного отклонения на размер.

Таким образом, допуски при наличии припусков на обработку не имеют самодавлеющего значения, они лишь раскрывают физи­ ческую сущность номинального припуска, овеществляясь в дейст­ вительном припуске. Главной составной частью минимального припуска Пmin является дефектный поверхностный слой поковки. Дефектный слой (фиг. 10) состоит из: поверхностных материаль­ ных дефектов исходного прокатного металла и дефектов, возник­ ших в процессе формообразования поковки; поверхностного слоя,

пораженного окалиной и обезуглероженного слоя.

40

Кматериальным дефектам относятся мелкие риски и вмятины

впределах одностороннего припуска на данный размер исходной заготовки. Более крупные дефекты — трещины, плены, волосовины,

закаты и включения удаляются заводом-поставщиком путем поло­ гих вырубок или зачисток, согласно ГОСТу 1050-57.

При расчете величины припуска должна учитываться следую­ щая глубина вырубок материала: для заготовок диаметром мень­

больше суммарного допуска на размер.

Для заготовок, на которые чаще всего распространяется об­ ласть изготовления поковок повышенной точности, глубина выру­ бок составляет:

дят также зоны, пораженные окалиной и обезуглероживанием.

За последние годы в связи с внедрением в кузнечную практику малоокислительных и безокислительных нагревов (сопровождаю­ щихся незначительным обезуглероживанием) появилась реальная основа для уменьшения постоянной части припусков. При нагреве различными способами заготовок диаметром 50 мм, длиной 240 мм

циональна указанным весовым процентам потерь металла на угар.

Наконец, следует указать на необходимость учета при опреде­ лении припусков слоя металла, удаляемого в виде межоперацион­ ного припуска на механическую обработку, величина которого должна учитывать все требования, предъявляемые к механической обработке, и условия самой обработки.

Разнообразие и непостоянство факторов, влияющих на величи­

ну кузнечных припусков, являлось причиной долгого отсутствия

41

стандарта на припуски для поковок. Впервые стандарт на припус­ ки (поковки кованые ГОСТ 7829-55 и штампованные ГОСТ 7505-55) был введен лишь в 1956 г. Попытки найти аналитический метод расчета припусков не увенчались успехом. Нормирование припус­ ков сведено к установлению ряда численных значений припусков в зависимости от размеров и веса для кованых и штампованных поковок. Технически обоснованных припусков до сего времени нет. Под технически обоснованным припуском следует понимать такие

Фиг. 11. Максимальные размеры припусков для поковок повышенной точности при чистоте обрабатываемых поверхностей от vl до v3 (по ГОСТу 7505-55).

Припуски для поковок весом в кг:

минимальные припуски, которые слагаются из величины обезугле­ роженного и пораженного окалиной поверхностных слоев и глуби­

ны проникновения материальных дефектов в исходной заготовке.

Согласно ГОСТу 7505-55 нормативные припуски на механиче­

штампованные поковки, подвергаемые плоскостной калибровке для получения на отдельных участках более точных размеров, чем пре­

дусмотрено первыми тремя группами.

42

Нормативный припуск на сторону стандартом установлен в

зависимости от веса и основных габаритов поковки. Для наиболее

штамповочных прессах; соответственно 0,6, 1,0, 1,2 мм при штам­

повке на молотах и 0,9, 1,4, 1,8 мм при штамповке на горизонталь­

частую предусматриваются кроме припусков дополнительные из­ бытки металла, обусловленные технологическими требованиями. Эти

избытки, называемые напусками, оказывают существенное влияние на точность поковки. К напускам относятся участки с избыточным металлом, создаваемые штамповочными уклонами, перемычками в непрошитых (глухих) отверстиях, радиусами закруглений, необ­ житыми выемками и необжатыми мелкоступенчатыми переходами. Характер и распределение напусков зависят от выбранного способа штамповки (типа машины и конструкции штампа), от конфигура­ ции и размеров поковки. Это показано на примере трех способов

изготовления поковки фланца карданного вала (фиг. 12). В дан­ ном случае облегчение веса поковки, а следовательно и уменьше­ ние объема последующей механической обработки с переходом от грубых к более точным способам обработки, происходит главным образом за счет резкого сокращения кузнечных напусков. При штамповке напуски создаются главным образом за счет технологи­ ческих уклонов и глухих перемычек, а при свободной ковке — за

счет необжатых переходов и глухих перемычек.

За последние годы, благодаря применению более совершенного инструмента, при свободной ковке удается уменьшить напуски или снять их полностью.

На фиг. 13 показаны примеры свободной ковки коромысла в от­ крытых плоских бойках и с применением подкладного инструмен­ та. По первому варианту поковка изготовлялась с заглушенными переходами от крайних головок к центральной (на фигуре пункти­

ром показан контур чистой детали). Вес поковки составлял 26 кг. После применения подкладного инструмента в виде прокладок, пе-

режимок и фасонных топоров вес поковки уменьшился до 16,5 кг

с резким повышением точности поковки.

Наиболее распространенным видом напусков при штамповке являются технологические (штамповочные) уклоны, предусматри­ ваемые на поковках в направлении хода верхнего штампа или хода ползуна пресса, для обеспечения возможности удаления поковки из ручья штампа. Угол уклона должен быть пропорционален коэф­ фициенту трения и напряжению сжатия данного металла, запрес­ сованного в полость ручья. Сила трения N, удерживающая поковку в ручье, будет зависеть от коэффициента тренияр , напряжения сжатия металла р, площади соприкосновения поковки со штампом

43

F и угла наклона стенок ручья а . Эта зависимость выражается

формулой

N = ppF cos а.

Коэффициент трения р. зависит от рода штампуемого металла,

его температуры и состояния контактной поверхности. Напряжение сжатия р меняется в зависимости от способа заполнения металлом полости ручья (осадкой или истечением), от нагруженности окон-

Фиг.12. Поковка фланца карданного вала автомобиля, откованная по трем способам:

а—чистая деталь; б — свободной ковкой; в — штамповкой на молоте; г — штамповкой на криво­ шипном прессе с последующей прошивкой втулки (затушевкой показан отход металла в стружку.

нательного ручья (в зависимости от количества ручьев в штампе) и колебаний объемов металла исходной заготовки. Величина штам­

при отношении веса падающих частей к весу шабота, равном 0,05, угол уклона в штампах составляет 7—10°, то при отношении, рав­

ном 0,03, он может оыть уменьшен до 3—5°. Величина штамповоч­

ного уклона зависит также от конструкции штампов и наличия вы­

44

талкивателей. При штамповке на горизонтально-ковочных маши­ нах в раздвижных матрицах с разъемом в двух взаимно-перпенди­ кулярных плоскостях на наружных поверхностях поковок уклоны являются излишними, а на внутренних поверхностях полостей они не превышают 3—5°. При штамповке на кривошипных горячештам­ повочных прессах с применением выталкивателей внешние уклоны не превышают 5°, а внутренние 7°. При изготовлении поковок спо­ собом выдавливания в закрытом штампе уклоны колеблются от О до 1°. Чтобы уменьшить уклоны, часто применяют газообразующие

смазки и подсыпки (мазут, древесные опилки), устраивают отду­ шины у основания полостей чистовых ручьев, конструктивно отра­ батывают ручьи, позволяющие течение металла осуществить в виде осадки. Наряду с этим уменьшению уклонов способствует примене­ ние двойных (ломаных) уклонов; применение безокислительного нагрева, обеспечивающего лучшее качество поверхности деформи­ руемой заготовки; высокая чистота поверхности полостей ручьев штампов; высокая стойкость штампов; комбинирование способов штамповки (штампосварные конструкции, комбинирование штам­ повки с высадкой, с вальцовкой, с чеканкой уклонов). Относитель­ ное представление об уменьшении объема последующей механиче­ ской обработки с уменьшением величины штамповочных уклонов на сопрягающихся поверхностях поковок дает табл. 14 [10].

Данные об относительной трудоемкости механической обработ­ ки в таблице получены по приближенной формуле

где д' — коэффициент отношения трудоемкостей сравнивае­ мых весов и

Qi и Q2 — сравниваемые веса снимаемой стружки.

45

Таблица 14

Соотношение объемов, весов и трудоемкостей при снятии в стружку избытка

Из таблицы следует, что при снижении уклонов с 10 до 7° ста­ ночное время механической обработки уклонов уменьшается на

13,3%; с 7 до 5° — на 18,8%; с 5 до 3° — на 27,3%, с 3 до 1° — на

53%. Расположение уклонов на необрабатываемых поверхностях является важным требованием при разработке чертежа детали.

Исследованиями В. П. Черниченко установлено, что уменьшение штамповочных уклонов при всех прочих равных условиях не увели­

чивает, а уменьшает потребное деформирующее усилие. На запол­

нение металлом полостей штампа наибольшее влияние оказывает объем металла Vo, определяемый как произведение площади проек­ ции полости фигуры ручья на ее глубину. При этом с достаточной для практики точностью оправдывается эмпирически выведенная зависимость

VK = 0,55,

где Vк—объем металла затекшего в полость матрицы (ручья).

Установлено, что увеличение штамповочных уклонов при посто­ янном объеме полости ручья ухудшает условия заполнения ее ме­ таллом. Это подтверждается увеличением потребного деформирую­ щего усилия, особенно в интервале нарастания угла а уклона от 0 до 5°. Дальнейшее увеличение угла а дает менее интенсивное уве­ личение деформирующего усилия. Относительное заполнение полос­ ти ручья металлом уменьшается с увеличением угла а . Исходя из этого, на многих заводах за последнее время пересматривают ве­

личины углов уклона в существующих штампах и в некоторых слу­ чаях без всякого ущерба переходят на уклоны с меньшими углами.

Следующим видом кузнечных напусков являются участки с из­ быточным металлом в местах переходов от одного сечения поковки

к другому. На фиг. 14 показана поковка вала конической шестерни,

46

изготовленная штамповкой на горизонтально-ковочной машине по двум вариантам: в обычных штампах из прутковой заготовки диа­

метром 80 мм и в штампах со скользящей матрицей из заготовки диаметром 70 мм. Во втором варианте поковка получена без напус­ ков в средней части и с уменьшенными напусками по концам, что

позволило сократить количество снимаемой стружки на 2,7 кг на

1 изделие.

Уменьшение указанного вида напусков возможно путем:

1) перевода штамповки (с молотов) на горизонтально-ковоч­

ные машины;

Фиг. 14. Поковка вала конической шестерни, отштампованная на горизонтально-ковочной машине:

а— в обычных штампах; б — в штампах со скользящей матрицей.

2)комбинирования штамповки с раскаткой поковок типа про­ фильных колец;

3)применения (при высадке) скользящих матриц;

4)перевода с цельноштампованной на сварную конструкцию

5)применения трубчатых заготовок в поковках с пустотелыми стержнями;

6)увеличения числа переходов (ручьев) при штамповке по­

ковки;

7)перевода с обычной на жидкую штамповку;

8)перевода с молотовой штамповки на штамповку на криво­ шипных прессах и выдавливанием;

9)применения объемной калибровки (в штампах, роликами, шариком);

10)применения прошивки отверстий на вертикальных прессах.

Решение вопроса о напусках в местах переходов сечений нахо­ дится в связи с радиусами закруглений в этих переходах. Радиусы закруглений необходимы для облегчения процесса течения металла при его формоизменениях в штампах. В том случае, когда радиус закругления является сопряжением двух контактных поверхностей, он образует напуск, удаляемый в стружку при механической обра­

ботке. Напуск от радиусов закруглений является частью общего напуска, образуемого вместе со штамповочными уклонами. Умень­ шение радиусов закруглений с целью повышения точности поковок лимитируется соображениями сохранения стойкости штампов. Ра-

47

Таблица 15

Радиусы закруглений и штамповочные уклоны на поковках, отштампованных на молотах в безоблойных штампах

Штамповочные уклоны при hid, h.Jd, hjdlt hjd2 Наружный угол а° Внутренний угол 3°

болгше, но и не меньше величины припуска. В табл. 15 приведены значения радиусов закругления и штамповочных уклонов на по­ ковках, изготовляемых в безоблойных штампах. При изготовлении поковок на прессах указанные значения радиусов закруглений мо­ гут быть уменьшены.

ГОСТом предусмотрено, что сквозные отверстия и углубления в штампованных поковках на молотах и прессах выполняются во

всех случаях, когда оси отверстий и углублений совпадают с на­ правлением движения бабы или ползуна, а размеры отверстий и углублений — больше или равны высоте штампованных поковок.

Это положение распространяется на случаи, когда размеры отвер­

стий и углублений равны или больше 30 мм. Во всех прочих случаях рекомендуется применять впадины, не влияющие на стойкость

48

штампов. При изготовлении штампованных поковок на горизон­ тально-ковочных машинах выполнение сквозных отверстий и углуб­ лений является обязательным, если оси отверстий или углублений

в штампованных поковках совпадают с направлением движения

Фиг. 15. структурная схема точности поковок.

высадочного ползуна, а размеры прошиваемых отверстий и углуб­ лений больше 30 мм. Прошивка поковок на горизонтально-ковочных машинах обязательна также для размеров отверстий не менее 20 мм, при условии если длина прошиваемых отверстий не превы­ шает длины их трех диаметров. Применение калибровки отверстий пуансоном или шариком позволяет получать отверстия с мини­ мальным припуском или совершенно без припуска на обработку.

Если припуски в поковках определяют степень приближения их к размерам готовой детали, то напуски характеризуют степень приближения формы поковки к форме готовой детали. Наряду с на-