35. Горячая объемная штамповка. Сущность. Штамповка в открытых штампах.

Наличие большого разнообразия форм и размеров штампованных поковок обусловливает существование различных способов штамповки. Так как характер течения металла в процессе штамповки определяется типом штампа, то этот признак можно считать основным для классификации способов штамповки. Заготовками для горячей штамповки в подавляющем большинстве случае служит прокат круглого, квадратного или прямоугольного профилей. В зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых и закрытых штампах. Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла- облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет основной металл целиком заполнить всю полость . В конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять высоких требований к точности заготовок по массе. Облой затем обрезается в специальных штампах. Штамповкой в открытых штампах можно получать поковки практически всех типов.

36.Одно- и многоручьевая штамповка. Назначение ручьев многоручьевых штампов.

Поковки простой конфигурации обычно изготовляют в одном штампе, имеющим одну рабочую поверхность или ручей – одноручьевые штампы. Поковки сложных форм, с резкими изменениями сечения по длине, с изогнутыми осями штампуют в многоручьевых штампах или в нескольких штампах. В многоручьевых штампах ручьи подразделяют на заготовительные и штамповочные. Заготовительные – протяжные, подкатные, гибочные, площади под осадку. Протяжный ручей служит для увеличения длины отдельных участков заготовки за счет уменьшения площади поперечного сечения. Подкатной ручей служит для увеличения сечения заготовки за счет уменьшения сечений рядом лежащих участков, т.е. для перераспределения объема вдоль оси. Гибочный ручей – для изготовления поковок с изогнутой осью. Штамповочный ручей – окончательный – чистовой и предварительный – черновой. Чистовой ручей служит для окончательного оформления поковки форма ч.р. также близка к форме поковки. Черновой ручей – для снижения износа чистового ручья. Если есть черновой ручей, то формообразование происходит в нем, а чистовой ручей для доводки. В многоручьевом штампе чистовой ручей располагается в центре штампа, т.к. основное усилие возникает в нем.

37.Листовая штамповка – листовое штампование, изготовление полуфабрикатов, деталей и готовых изделий из листовых металлических заготовок деформированием их под действием давления.

1. Сущность процесса листовой штамповки

Листовая штамповка может быть отнесена к числу наиболее прогрессивных высокопроизводительных спо-собов изготовления деталей сложной формы с тонкими стенками. Детали, изготовляемые штамповкой, отлича-ются, достаточной точностью (класс точности 3--4), однотипностью, хорошей взаимозаменяемостью. Их обычно не требуется обрабатывать на металлорежущих станках. Штампованные детали из листового металла изготовляют за одну или несколько последовательно выполняемых операций.

2. Основные операции листовой штамповки

Операции листовой штамповки подразделяют на раз-делительные (разъединительные), формоизменяющие, прессовочные, комбинированные и штампо-сборочные. К разделительным операциям относятся отрезка, выруб-ка-вырезка, разрезка, обрезка, надрезка, пробивка, про-сечка и зачистка. К формоизменяющим операциям, свя-занным с превращением плоской заготовки в пространст-венную деталь заданной формы без изменения толщины листового материала, относятся вытяжка, формовка, гибка и закатка края, отбортовка, правка, рельефная штамповка, обжим и раздача. К этим же операциям от-носится вытяжка с уменьшением (утонением) толщины материала стенок. К прессовочным операциям, изменяю-щим толщину исходной листовой заготовки, относятся холодное выдавливание, чеканка, клеймение (маркировка) и кернение (разметка). Комбинированная листовая штамповка заключается в совмещении двух и более технологически различных отдельных операций штамповок в одну, например вырубка и вытяжка, отрезка и гибка и другие комбинации.

Штампо-сборочные операции применяются для сое-динения нескольких деталей в одно изделие (узел); при этом используются процессы запрессовки, клепки, гибки, закатки, холодной пластической сварки давлением и др.

Резка листового материала на мерные заготовки про-изводится в заготовительных отделениях штамповочных цехов. Резку производят на ножницах или на прессах при помощи отрезных штампов. Ножницы в основном применяются трех типов: с параллельными ножами; с наклонными ножами -- гильотинные и дисковые.

Ножи у всех ножниц изготовляют из стали марок: Х12М, 5ХВ2С, 6ХС, У8А и др. с последующей закалкой. Твердость ножей составляет HRC 54--60.

При резке (вырубке) листового материала в штампах роль верхнего ножа выполняет пуансон, а нижнего, неподвижного -- матрица. При этом пуансон имеет мень-шие размеры, чем отверстие в матрице. При помощи штампов можно производить следующие основные про-цессы резки: отрезку, вырубку-вырезку, пробивку, надрезку, разрезку (отделение штамповок друг от друга), обрезку, зачистку. Некоторые из операций могут быть объединены в одном штампе.

38.При штамповке взрывом в качестве источника энергии применяют взрывчатые вещества: тротил, гексоген, аммонит. Те самые, что раньше служили только для разрушения. Матрицу с заготовкой располагают в бассейне, заполненном водой (рис. 86).

схема штамповки взрывом

При взрыве заряда воздушный газовый шар под высоким давлением возбуждает в воде ударную волну, давление которой через слой воды передается на поверхность заготовки! В результате взрыва ударная волна в жидкости деформирует заготовку, придавая ей нужную форму. Используют также энергию взрыва сжатых газов (как в двигателях внутреннего сгорания) и электрического разряда.

Взрывной штамповкой изготавливают многие самолетные и ракетные детали: обшивка сверхзвуковых самолетов и ракет, пустотелых лопаток; ступицы вентилятора и др.

Магнитно-импульсная штамповка основана на использовании сил электромеханического взаимодействия между вихревымим токами, наведенными в стенке обрабатываемой детали при пересечений (силовыми линиями магнитного поля и самим импульсным полем, в результате чего возникают импульсные механические силы, деформирующие заготовку (рис. 87).

схема электромагнитной штамповки при обжиме и раздаче

Кратковременность приложения нагрузки и высокие скорости деформирования обеспечивают возможность изготовления инструмента (матрицы-оправки или пуансона-оправки) из конструкционных сталей, что резко снижает стоимость оснастки.

39.Структура холоднодеформированных металлов термодинамически неустойчива, она характеризуется повышенной энергией. При нагреве при увеличении диффузионной подвижности атомов становятся возможными процессы, уменьшающие свободную энергию Гиббса, повышение которой вызывается повышенной плотностью дефектов кристаллического строения и остаточными напряжениями, возникающими при х.п.д. Наиболее подвижными дефектами являются точечные, затем линейные, и самыми малоподвижными - поверхностные (в первом приближении). Процессы при отжиге принято разделять на несколько стадий, в функции повышения температуры, хотя эти стадии могут идти (и идут, как правило, параллельно).

1. Возврат, подразделяющийся в свою очередь на:

а) отдых

б) полигонизация

2. Рекристаллизация, подразделяющаяся на:

а) рекристаллизацию обработки

б) собирательною рекристаллизацию

в) вторичную рекристаллизацию

Возврат. Небольшой нагрев вызывает ускорение движения атомов, снижение плотности дислокаций, устранение внутренних напряжений и восстановление кристаллической решетки

Процесс частичного разупрочнения и восстановления свойств называется отдыхом (первая стадия возврата). Имеет место при температуре

Возврат уменьшает искажение кристаллической решетки, но не влияет на размеры и форму зерен и не препятствует образованию текстуры деформации.

Полигонизация – процесс деления зерен на части: фрагменты, полигоны в результате скольжения и переползания дислокаций.

Рекристаллизация – Процесс зарождения и роста новых зерен, с исходной, до деформации, плотностью дефектов кристаллического строения. Движущий термодинамический стимул – уменьшение объемной энергии Гиббса.

Собирательная рекристаллизация – Процесс укрупнения зерна. Движущий термодинамический стимул – уменьшение поверхностной энергии границ зерен.

Вторичная рекристаллизация – процесс лавинообразного роста одних зерен за счет соседних.

Движущей силой является поверхностная энергия зерен. При мелких зернах поверхность раздела большая, поэтому имеется большой запас поверхностной энергии. При укрупнении зерен общая протяженность границ уменьшается, и система переходит в более равновесное состояние.

Температура начала рекристаллизации связана с температурой плавления:

для металлов

для твердых растворов

для металлов высокой чистоты

На свойства металла большое влияние оказывает размер зерен, получившихся при рекристаллизации. В результате образования крупных зерен при нагреве до температуры t1 начинает понижаться прочность и, особенно значительно, пластичность металла.

Основными факторами, определяющими величину зерен металла при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень предварительной деформации (рис. 8.6).

С повышением температуры происходит укрупнение зерен, с увеличением времени выдержки зерна также укрупняются. Наиболее крупные зерна образуются после незначительной предварительной деформации 3…10 %. Такую деформацию называют критической. И такая деформация нежелательна перед проведением рекристаллизационного отжига.

Практически рекристаллизационный отжиг проводят для малоуглеродистых сталей при температуре 600…700oС, для латуней и бронз – 560…700oС, для алюминиевых сплавов – 350…450oС, для титановых сплавов – 550…750oС.

В полигонизированном состоянии кристалл обладает меньшей энергией, поэтому образование полигонов — процесс энергетически выгодный.

Процесс протекает при небольших степенях пластической деформации. В результате понижается прочность на (10…15) % и повышается пластичность (рис.8.4). Границы полигонов мигрируют в сторону большей объемной плотности дислокаций, присоединяя новые дислокации, благодаря чему углы разориентировки зерен увеличиваются (зерна аналогичны зернам, образующимся при рекристаллизации). Изменений в микроструктуре не наблюдается (рис.8.5 а). Температура начала полигонизации не является постоянной. Скорость процесса зависит от природы металла, содержания примесей, степени предшествующей деформации.

40. Холодная деформация — это деформация, которая происходит при температурах ниже температуры рекристаллизации. Такая деформация приводит к наклепу металла или сплава. Т<0,3Тпл

В результате холодной деформации прочностные характеристики и твердость с увеличением степени деформации возрас­тают, а пластические свойства уменьшаются, вплоть до полного их исчерпа­ния.

Горячая деформация — это деформация, при которой конечная структура оказывается без следов упрочнения. Т0,5-0,7Тпл

При этих температурах деформация также вызывает упрочнение («горячий наклеп»), которое полностью снимается рекристаллизацией, протекающей при температурах обработки и при последующем охлаждении.

При горячей деформации сопротивление металла деформированию уменьшается в 8—10 раз и остается неизменным в процессе обработки при условии, что температура металла остается выше, чем Трек..

Когда металл после деформации имеет частично рекристаллизованную структуру, то такую обработку правильнее называть неполной горячей, или теплой деформацией. Неполная горячая деформация приводит к получению неоднородной структуры, снижению проч­ностных и особенно пластических свойств.

При горячей деформации нужно поддерживать необходимую тем­пературу в ходе самого процесса обработки давлением, особенно при произ­водстве изделий небольшого объема и с развитой поверхностью. В этом слу­чае задача усложняется в связи с потерей теплоты при контакте с деформи­рующим инструментом