Ермолаев Технологические процессы в машиностроении 2011

закрепление слоя смазки на протягиваемом металле, затем обжатия повышают, а в последних проходах снижают.

Выбор обжатия и скорости волочения зависит от химического состава металла, свойств материала волоки, профиля и размеров изделия. Например, при волочении проволоки из среднеуглеродистой стали диаметра 4,2 до 2,0 мм суммарное обжатие

λ∑ = 4,22 −2 22 100 % =73 %, 4,2

а суммарная вытяжка

μ= 4,22 =

∑22 4,41.

Приняв среднюю вытяжку μср =1,30 , находим число проходов:

Принимаем шесть проходов. Для осуществления процесса волочения выбираем стан многократного волочения без скольжения типа 6/550 со скоростью волочения 400–600 м/мин.

Взяв среднее частное обжатие 25 %, получаем ряд частных обжатий: 15–20–25–25–25–22 %, что соответствует следующему мар-

шруту волочения 4,2 →3,87 →3,46 →3,0 →2,6 →2,25 →2,0 мм.

Волочение производится без промежуточного отжига. Иногда в качестве заключительной операции перед отделкой применяют термическую обработку (отжиг, нормализацию и др.) для получения заданной структуры и свойств готовых изделий.

Процесс волочения осуществляют обычно при комнатной температуре. Выделяющееся при деформации металла тепло отводят непрерывным охлаждением прутка эмульсией, водой или воздухом. В процессе волочения металл наклепывается и приобретает волокнистое строение (текстуру). Это обусловливает изменение физических, химических и особенно механических свойств металла.

Сортамент изделий. Сортамент изделий, изготавливаемых волочением, очень разнообразен: проволока диаметром 0,002–5 мм и фасонные профили, примеры которых показаны на рис. 4.12 (призматические и фасонные направляющие; сегментные, приз-

111

матические и фасонные шпонки; шлицевые валики; опорные призмы и ножи и т. д.). Волочением калибруют стальные трубы диаметрами от капиллярных до 200 мм, стальные прутки диаметрами 3–150 мм.

Рис. 4.12. Профили прутков и труб, получаемых волочением

Поскольку волочение производят в условиях холодной деформации, оно обеспечивает точность размеров (стальная проволока диаметром 1–1,6 мм имеет допуск 0,02 мм), низкую шероховатость поверхности, получение очень тонкостенных профилей.

Контроль качества. При выполнении всех операций выполняется контроль качества поверхности металла, формы, размеров и

112

Процесс калибрования прокатных изделий состоит примерно из тех же операций, которые применяют при волочении.

Суммарное обжатие при калибровании проката достигает 20 %.

4.6. Ковка металлов

Сущность процесса ковки. Процесс ковки состоит из чередования в определенной последовательности основных и вспомогательных операций. Каждая операция определяется характером деформирования и применяемым инструментом.

К основным операциям ковки относятся: осадка, прошивка, отрубка, гибка.

Осадка – операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения.

Осаживают заготовки между бойками или подкладными плитами. Разновидностью осадки является высадка, при которой металл осаживают лишь на части длины заготовки (рис. 4.14).

Протяжка – операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения пло- Рис. 4.14. Схема осадки щади поперечного сечения.

Протяжку производят последовательными ударами или нажатиями на отдельные участки заготовки, примыкающие один к другому, с подачей заготовки вдоль оси протяжки и поворотами ее на 90 градусов вокруг этой оси. При каждом нажатии уменьшается высота сечения, увеличиваются ширина и длина заготовки.

Протягивают плоскими и вырезанными бойками (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Схема протягивания плоскими (а) и вырезными (б) бойками

113

Протяжку применяют не только для получения поковок с удлиненной осью (валы, рычаги, тяги и т.д.), но и в чередовании с осадкой – для большей уковки металла заготовки.

Протяжка имеет ряд разновидностей.

Разгонка – операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины (рис. 4.16).

Протяжка с оправкой – операция увеличения длины пустотелой заготовки Рис. 4.16. Разгонка за счет уменьшения толщины ее стенок.

Протяжку выполняют в вырезных бойках (или нижнем вырезном 3 и верхнем плоском 2) на слегка конической оправке 1 (рис. 4.17, а).

а б

Рис. 4.17. Протяжка с оправкой (а) и раскатка на оправке (б)

Протягивают в одном направлении – к расширяющемуся концу оправки, что облегчает ее удаление из поковки.

Раскатка на оправке – операция одновременного увеличения наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок.

Заготовка 5 (рис. 4.17, б) опирается внутренней поверхностью на цилиндрическую оправку 6, устанавливаемую концами на подставках 7, и деформируется между оправкой и узким длинным бойком 4. После каждого нажатия заготовку поворачивают относительно оправки.

Протяжку с оправкой и раскатку на оправке часто применяют совместно. Вначале раскаткой уничтожают бочкообразность предварительно осаженной и прошитой заготовки и доводят ее внут-

114

ренний диаметр до требуемых размеров. Затем протяжкой с оправкой уменьшают толщину стенок и увеличивают до заданных размеров длину поковки.

Прошивка – операция получения полостей в заготовке за счет вытеснения металла (рис. 4.18, а) Прошивкой можно получить сквозное отверстие или углубление (глухая прошивка).

Инструментом для прошивки служат прошивни (рис. 4.18, б) сплошные и пустотелые; последними прошивают отверстия большого диаметра (400–900 мм).

Рис. 4.18. Инструмент для прошивки

Отрубка – операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента – топора (рис. 4.19, а). Отрубку применяют для получения из заготовок большой длины нескольких коротких, для удаления излишков металла на концах поковок, а также прибыльной и донной частей слитков и т.п. Инструмент для отрубки – топоры различной формы (рис. 4.19, б).

Гибка – операция придания заготовке изогнутой формы по заданному контуру. Этой операцией получают угольники, скобы, крючки, кронштейны и др. Гибка сопровождается искажением первоначальной формы поперечного сечения заготовки и уменьшением его площади в зоне изгиба, называемым утяжкой. Для компенсации утяжки в зоне изгиба заготовке придают увеличенные поперечные размеры. При гибке возможно образование складок по внутреннему контуру и трещин по наружному. Во избежание этого явления по заданному углу изгиба подбирают соответствующий радиус скругления.

115

Рис. 4.19. Инструмент для гибки и отрубки

Перечисленными операциями ковки трудно изготовить поковки с относительно сложной конфигурацией. Поэтому при изготовлении небольшой партии таких поковок применяют так называемую штамповку в подкладных штампах (рис. 4.19, г). Подкладной штамп может состоять из одной или двух частей, в которых имеется полость с конфигурацией поковки или ее отдельного участка. В подкладных штампах можно изготовлять головки гаечных ключей, головки болтов, диски со ступицей, втулки с буртом и другие поковки.

Технологический процесс ковки. При выборе технологическо-

го процесса ковки исходят из того, чтобы получить поковки хорошего качества, достигнуть высокой производительности оборудования и иметь минимальный расход металла, а также обеспечить безопасность в работе.

Технологический процесс ковки состоит из операций:

1)подготовки исходного металла,

2)нагрева металла перед ковкой,

3)собственно ковки на молоте или прессе,

4)отделки поковки.

116

Основными документами для изготовления поковки являются чертеж поковки и технологическая карта. В карте указываются: марка стали поковки; размеры и масса заготовки, нормы расхода металла; основные, вспомогательные и отделочные операции; последовательность выполнения операций с указанием основного и вспомогательного инструмента и приспособлений; тип и силовые характеристики оборудования; режим нагрева заготовки, температура начала и конца ковки и другие данные.

Составление карты технологического процесса начинается с составления чертежа поковки и подбора заготовки по чертежу поковки.

Чертеж поковки составляют по чертежу готовой детали с учетом припуска на дальнейшую (после ковки) механическую обработку, допуска на номинальные размеры поковки (на точность изготовления поковки) и напуска (избытка металла) для упрощения очертаний поковки. Сначала вычерчивают тонкими линиями контур готовой детали. Затем устанавливают напуски, после чего в зависимости от типа поковки по соответствующим таблицам назначают припуски и допуски. После этого вокруг контура детали наносят жирными линиями контур поковки, проставляют размеры и допуски. Далее по чертежу поковки выбирают заготовку или слиток.

Подготовка металла осуществляется в заготовительном отделении цеха, при этом удаляются поверхностные дефекты, иногда правятся штанги, производится резка или ломка заготовки на мерные длины.

Заготовки нагревают в кузнечных горнах, камерных или методических печах.

Нагретую заготовку подают к молоту или прессу для ковки. При ковке крупных поковок применяют кантователи или ковочные манипуляторы. Порядок выполнения кузнечных операций указан в технологической карте. Его устанавливают в зависимости от конфигурации поковки и технологических требований на нее, вида заготовки (слиток или прокат).

Оборудование для ковки. Оборудование выбирают в зависимости от режима ковки данного металла или сплава, массы поковки и ее конфигурации. Необходимую мощность оборудования обычно

117

определяют по приближенным формулам или справочным таблицам.

Ковку выполняют на ковочных молотах и ковочных гидравлических прессах.

Молоты – машины динамического, ударного действия. Продолжительность деформации на них составляет тысячные доли секунды. Металл деформируется за счет энергии, накопленной подвижными (падающими) частями молота к моменту их соударения с заготовкой. Поэтому при выборе молотов руководствуются массой их падающих частей. Энергия, накопленная падающими частями, не вся расходуется на деформирование заготовки. Часть ее теряется на упругие деформации инструмента и колебания шабота – детали, на которую устанавливают нижний боек. Чем больше масса шабота, тем больше КПД. Практически масса шабота бывает в 15 раз больше массы падающих частей, что обеспечивает КПД удара от

0,8 до 0,9.

Одним из основных типов молотов для ковки являются паровоздушные молоты. Такие молоты приводятся в действие паром или сжатым воздухом давлением 0,7 – 0,9 МПа. В зависимости от конструкции станины паровоздушные ковочные молоты бывают арочные, мостовые и одностоечные.

На станине 4 арочного молота (рис. 4.20) смонтирован рабочий цилиндр 1 с парораспределительным устройством 2. При нажатии педали или рукоятки управления сжатый пар или воздух по каналу 12 поступает в верхнюю полость цилиндра 1 и давит на поршень 2, соединенный штоком 3 с бабой 5, к которой прикреплен верхний боек 6. В результате падающие части 2, 3, 5 и 6 перемещаются вниз и наносят удары по заготовке, уложенной на нижний боек 7, неподвижно закрепленный на массивном шаботе 8. При подаче сжатого пара по каналу 10 в нижнюю полость цилиндра 1 падающие части поднимаются в верхнее положение. Перемещение бабы 5 происходит в направляющих 9. В ковочных молотах станина 4 и шабот 8 закреплены на фундаменте по отдельности, так как для того, чтобы манипулировать заготовками и кузнечным инструментом, необходимо иметь доступ к бойкам со всех сторон.

118

4.7. Объемная штамповка металла

Сущность процесса объемной штамповки металла. Сутью объемной штамповки является схема деформирования – затекание металла в полость инструмента.

Металл заготовки заполняет полость специального инструмен- та-штампа, называемую его ручьем, приобретая его форму и размеры. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа.

Затеканию металла в полость штампа препятствуют силы трения; схема напряженного состояния – всестороннее неравномерное сжатие. Чем больше отношение глубины к ширине полости, тем большее давление должно быть приложено к металлу для ее заполнения. Наличие большого разнообразия форм и размеров штампованных поковок, а также сплавов, из которых их штампуют, обусловливает существование различных способов штамповки.

Виды объемной штамповки. Так как характер трения металла в процессе штамповки определяется типом штампа, то этот признак можно считать основным для классификации способов штамповки. В зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых и закрытых штампах.

Штамповка в отрытых штампах характеризуется перемен-

ным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа (рис. 4.21, а). В этот зазор вытекает часть металла – облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл целиком заполнить всю полость.

Рис. 4.21. Штамповка в открытых (а) и закрытых (б) штампах..

В конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъяв-

120