Тема 5. Внутригрупповые и межгрупповые конфликты

5. Листове штампування, технологія та устаткування.

2. Гаряче об'ємне штампування, технологія та устаткування.

1. Вільне кування, технологія та устаткування.

При одержанні виробів вільним куванням вихідну заготовку (злиток) обробляють багаторазовим впливом з боку бойка молота або преса до набуття тілом заданої форми та розмірів. Вільне кування застосовується в дрібносерійному та індивідуальному виробництві поковок різної маси, у тому числі, і найбільш важких (до 250...300 тонн). Малі га середні поковки (до 0,5 т) виготовляють із катаних заготовок. Більш важкі поковки виготовляють зі злитків круглого, квадратного або багатогранного перерізу.

Величина деформації при вільному куванні визначається або відносною зміною площ поперечного перерізу:

(7.1)

або коефіцієнтом укову:

(7.2)

де F₀, F₁ - площі поперечного перерізу поковки до та після деформації.

Уков показує, у скільки разів змінився поперечний переріз заготовки в процесі кування, тобто характеризує ступінь прокованості металу. Чим більший уков, тим вище механічні властивості металу. На практиці встановлено, що для одержання якісних поковок із конструкційних сталей коефіцієнт укову для злитків повинен бути не менше 2,5...3, а для прокату - 1,1... 1,3. При куванні високолегованих сталей, що містять важкоруйнівні карбіди та евтектики, коефіцієнт укову для злитків потрібно приймати не менше 10...12.

Гаряча обробка металів тиском суттєво впливає на структуру металу. При куванні литого металу первинні кристали (дендрити) дробляться та витягаються в напрямку найбільшої деформації. Метал набуває зернистої мікроструктури в результаті протікання процесів рекристалізації та волокнистої макроструктури через розташування домішок по границях деформованих зерен. У результаті кування метал стає більш міцним та пластичним. Однак внаслідок утворення волокнистої макроструктури метал набуває анізотропії. Збільшення коефіцієнта укову призводить до підвищення характеристик пластичності металу уздовж волокон та падіння їх у поперечному напрямку.

У зв'язку з анізотропією механічних властивостей металу при розробці технологічного процесу виготовлення деталей слід враховувати напрямок волокон: волокна повинні або обгинати контур деталі, або збігатися з напрямком дії напружень під час навантаження деталі і, по можливості, не повинні перерізатися.

Технологічний процес виготовлення поковки можна розділити на основні та допоміжні операції. Основними операціями кування є: осадка, витяжка, прошивання, гнуття, рубання, закручування та ін.

При розробці технологічних операцій виготовлення поковок перш за все роблять креслення самої поковки на підставі креслення готової деталі. З цією метою, відповідно до стандарту, вибираються припуски, допуски та приймаються, якщо потрібно, напуски.

Припуск - передбачене перевищення розмірів поковки проти номінальних розмірів деталі з метою одержання необхідних розмірів та чистої поверхні після остаточної обробки різанням.

Допуск - різниця між найбільшим та найменшим граничними розмірами поковки (припустимі відхилення розмірів).

Напуск - збільшення припуску, що спрощує конфігурацію поковки через неможливість або недоцільність виготовлення поковки за контуром деталі.

Маса поковки або заготовки визначається виходячи з об'єму, що обчислюється за розмірами, позначеними на кресленні. Для обчислення об'єму поковку ділять на частини, які мають найпростіші геометричні форми. Знаючи щільність металу, підраховують масу заготовки.

Загальна маса заготовки (злитка) виходить як сума маси поковки та маси відходів у вигляді прибуткової та донної частин злитка, що видаляються, обсічок поковки, угару металу при нагріванні та підігрівах заготовки.

Площа поперечного перерізу заготовки розраховується за заданим ступенем укову (відповідно до заданого ступеня укову).

Для зіставлення різних технологічних процесів та устаткування за їх ефективністю застосовують узагальнений показник точності, який зветься коефіцієнтом використання металу поковки при механічній обробці:

(7.3)

де G_д і G_п - маса готової деталі і маса кування.

Цей показник характеризує ступінь досконалості форми поковки.

Для поковок, які одержують вільним куванням, зазвичай =0,05...0,3.

Іншим важливим показником, який характеризує ступінь досконалості кувальської технології, є вихід придатного = G_п/G_з, де G_з - маса заготовки. При куванні зі злитка = 0,3...0,7, при куванні з катаної заготовки =0,7...0,9.

Добуток К_вм=К_вт є сумарним коефіцієнтом використання металу протягом усього технологічного циклу одержання готової деталі. При вільному куванні К_вм= 0,02... 0,3.

За розмірами заготовки (злитка) та схемою переходів при куванні визначають типорозмір основного кувального устаткування (молота, преса).

При цьому орієнтуються на найбільш важку операцію даного технологічного процесу.

При цьому способі обробки металів тиском плин металу обмежується поверхнями порожнин штампу. Метал заповнює порожнину (рівчак) штампу, що має форму виробу - поковки.

У порівнянні з вільним куванням об'ємне штампування забезпечує значно вищу продуктивність, точність розмірів та кращу якість поверхні виробів. Штампуванням можна одержати деталі винятково складної форми при значному скороченні кількості технологічних операцій.

Через те, що штампувальний інструмент (штамп) має значну вартість і придатний для виготовлення поковок тільки однієї конфігурації, штампування стає рентабельним тільки в умовах масового та крупносерійного виробництва.

Найбільш розповсюдженим методом гарячого штампування є штампування з облоєм у відкритих штампах (рис.1).

Рис. 1. Штампування з облоєм у відкритому штампі: 1 - верхній штамп; 2 - нижній штамп, 3-виріб, 4-облой.

Суть облойного методу полягає в тому, що внаслідок надлишку металу поковка виходить із задиркою (облоєм) по місцю роз'єму штампа. По закінченні пластичної обробки облой видаляється на обрізних штампах. Незважаючи на втрати металу у вигляді задирки цей спосіб штампування широко застосовується у виробництві, тому що забезпечує надійне заповнення порожнин штампа.

Заповнення рівчака штампа металом можна розділити на кілька стадій (рис.2).

На першій стадії відбувається вільна осадка заготовки. При складній формі штампа на цій стадії можливе часткове прошивання або видавлювання металу в поглиблення порожнини.

З моменту зіткнення заготовки з бічними стінками штампа починається друга стадія штампування. Зусилля деформації на цій стадії зростає через підпираючу дію бічних стінок штампа та виникнення сил тертя на бічній поверхні рівчака. Ця стадія штампування завершується в момент початку утворення задирки.

Рис.2 Заповнення рівчака штампа металом.

До початку третьої стадії штампування незаповненими металом залишаються лише кути порожнини штампа. Надлишковий метал заготовки витісняється до канавки. У цей час задирка виконує свою основну функцію – закриває порожнину штампа. Тепер опір плинові металу в незаповнені кути порожнини штампа стає меншим, ніж у канавку. До кінця третьої стадії рівчак штампа стає заповненим.

Якщо до моменту заповнення рівчака поковка має висоту більшу, ніж необхідно, буде потрібна четверта стадія процесу - доштампування, у процесі якої надлишковий метал буде витиснутий до задирки.

Видобування поковки зі штампа становить певні труднощі, оскільки вона утримується в порожнині штампа силами тертя. Для полегшення видалення поковки зі штампа бічні стінки порожнини роблять з ухилом, а поковка виконується з напуском, хоча це і пов'язано з перекручуванням форми поковки та додатковою витратою металу.

Штампи необхідно ретельно змащувати, тому що це дає можливість зменшити їхні ухили та напуски на поковках. Мащення необхідне також для підвищення стійкості штампів.

Деформуюча сила Р, яка необхідна для здійснення деформації в кінцевий момент штампування, є сумою зусилля, необхідного для деформації металу в штампі, та зусилля, необхідного для деформації задирки. Для поковок поздовженого типу, що мають у плані форму, близьку до прямокутника з довгою стороною а:

(7.4)

де s - ширина містка;

h₃ ~ товщина задирки;

- показник тертя;

F₃ - площа проекції містка задирки;

F_n - площа проекції поковки.

Метод безоблойного штампування в закритих штампах полягає в тому, що заготовка зміщується до порожнини штампа 1, до якої входить як до напрямної, інша його частина 2 (рис. 3, а, б).

У такому штампі весь об'єм металу заготовки залишається в поковці. Вихід для облою не передбачений. Такий штамп не забезпечує вільного видалення поковки з рівчака. Видаляють поковку з порожнини штампа за допомогою виштовхувача 3 (рис. 3, в) або застосовують штампи з роз'ємною матрицею. Для зменшення зусилля виштовхування застосовують штампувальні кути порівняно невеликих розмірів. При використанні роз'ємних штампів ухили не потрібні.

Рис. 3. Схеми штампування в закритих штампах

При штампуванні в закритому штампі коливання об'єму заготовки повинні бути незначними. Менший об'єм заготовки у порівнянні з потрібним призводить до незаповнення кутів штампа та браку поковок. Більший об'єм заготовки сприяє розпору штампа, зниження його довговічності і може призвести до поломки штампа.

Задирка, що утворюється в зазорі на місці роз'єму штампа, незначна; товщина її не змінюється в процесі штампування, а напрямок витікання збігається з напрямком руху штампа.

Суть процесу штампування видавлюванням полягає в тому, що заготовку встановлюють у порожнині закритого штампа, що має вихідний отвір, через який частина металу вичавлюється за межі основної порожнини (рис. 4).

Рис. 4. Схема штампування видавлюванням.

1 - роз'ємні частини штампу, 2- корпус поковки, 3- стрижнева частина поковки.

Відходи тут не передбачаються, за винятком надлишкової частини об'єму заготовки, що утворюється при нетечному обробленні металу на заготовку. На відміну від порожнин у закритому штампі для формування окремих елементів профілю у штампах для видавлювання порожнини наскрізні, з вихідним отвором. Одержана поковка складається з корпусу, що знаходиться в основній частині порожнини, та стрижневої частини, вичавленої через отвір у порожнині штампа.

Поковки, отримані видавлюванням, відрізняються високою якістю, відсутністю тріщин та ін. дефектів завдяки підвищенню пластичності в умовах усебічного стиску при високому гідростатичному тиску.

Кожний з описаних способів штампування має переваги та недоліки, однак штампування в закритих штампах є більш раціональним, тому що при ньому можлива тільки невелика задирка (0,5... 1%), якість поковок є більш високою, ніж у поковок з відкритих штампів. Основним недоліком способу штампування в закритих штампах є його не-універсальність та обмеженість раціональних форм поковок, що штампуються.

Листове штампування призначене для одержання виробів з листового, стрічкового, штабового матеріалу без значної зміни товщини заготовки. При листовому штампуванні використовують усі технічні метали та сплави, які мають достатню пластичність. Деформація металів зазвичаl

Дата добавления: 2014-01-11