Сутність процесів обробки тиском

Самостійна робота

Тема: Види обробки матеріалів тиском, їхні переваги і недоліки

Література: (1, с.337-377; 3, с.186-210; 4, с.201-261)

Технологічний процес отримання фасонних деталей і заготовок у спосіб пластичного деформування металу в холодному та гарячому стані називають обробкою металів тиском. При цьому використову­ють одну з основних властивостей металів — здатність до пластичного деформування. Пластичністю називають здатність металів до залишкової зміни форми. Обробка тиском дозволяє отримувати вироби різного призначення і форми у вигляді заготовок для подальшої обробки різанням, а також готових деталей високої точності виготовлення і якості поверхні.

Процеси обробки тиском поділяють на шість основних видів:

• прокатування;

• волочіння;

• пресування;

• кування;

• об'ємне штампування;

• листове штампування.

Застосування того чи іншого виду обробки тиском зумовлене можливостями формоутворення виробів і підвищення механічних властивостей металу внаслідок пластичного деформування, технологічною та економічною доцільністю.

Фактори, що впливають на процес обробки, і обладнання для нагрівання металу:

Обробка тиском заснована на здатності металів (полікристалів) за певних умов до пластичної деформації. Пластична деформація мета­лу здійснюється за рахунок зсувів між окремими кристалітами (зер­нами) та за їх власної деформації. Розрізняють два механізми плас­тичної деформації: деформація ковзанням; деформація двійникуванням.

Ковзання — це зсув однієї частини кристала відносно іншої під дією дотичних (зсувних) напружень по певних кристалографічних площинах і напрямках.

Двійникування — це перехід частини кристала в положення, симетричне іншій його частині. Пластична деформація зерен металу призводить до змін його фізико-механічних властивостей. Якщо ці зміни зберігаються після деформування, то її називають холодною пластичною деформацією, а явище зміни властивостей у сукупності — наклепом або зміцненням.

Під час нагрівання зміцненого у такий спосіб металу відбувається перебудова його кристалічної структури і за певних умов заміна деформованих зерен новими, рівновісними. Це явище називають рекристалізацією, а деформацію, під час якої вона відбувається по всьому об'єму металу, називають гарячою. Слід пам'ятати, що про­мислові сплави мають неметалічні вкраплення, які розміщуються між зернами полікристала. При деформуванні металу ці вкраплення витягуються, формуючи волокнисту структуру (текстуру), що зумов­лює різний рівень властивостей (анізотропію) вздовж і впоперек виробу. Це враховують при виготовленні конкретних деталей, додер­жуючись двох правил:

• волокна металу мають відповідати контуру деталі й не пе­рерізатися;

• розтягуючи зусилля повинні діяти вздовж волокон.

У процесі обробки тиском (за пластичного деформування) змі­нюються не лише форма заготовки, але й властивості металу. Основ­ні технологічні властивості металу, який піддають обробці тиском, це пластичність і опір деформуванню (поріг текучості й міцність). Вони залежать від хімічного складу сплаву, його чистоти, температури та швидкості деформації. Відомо, що при підвищенні температури пластичність зростає, а міцність зменшується. Проте у вуглецевих сталях в інтервалі 100...400 °С можливий зворотний процес. Цей інтервал температур називають зоною крихкості, або синьоламкості. Зi зростанням швидкості деформації пластичність знижується, хоча поріг текучості зростає. На технологічні властивості деталей впливає також фазовоструктурний стан металу, що оброблюється. Так, механічне нагартування зменшує пластичність металу. Важливе зна­чення при обробці тиском має схема прикладання зусиль і напруже­ного стану заготовки.

Нагрівання металу перед деформуванням — важлива операція при обробці тиском, яка забезпечує необхідне підвищення пластич­ності та знижує опір деформації. Температурний інтервал обробки характеризують верхня (Т_в) і нижня (Т_н) температури нагрівання. Температурний інтервал обробки вибирають за діаграмою стану, оскільки температура плавлення сталі й чавуну (Т_пл) залежить від вмісту в них вуглецю.

Т_в відповідає температурі, нижчій від температури плавлення на

150...250 °С. Т_н на 30...50 °С перевищує температуру закінчення фазових перетворень. Температурний інтервал гарячої обробки тиском вуглецевих сталей з 0,2...0,7 % С дорівнює 1280...850 °С, а з 0,8... 1,3 % С, відповідно, 1100...760 °С. Сплави міді оброблюють в інтервалі 900...700 °С, дюралюмінію - 470...400 °С, титану - 1100...900 °С.

Метал необхідно нагрівати за режимами, що запобігають утворен­ню термічних тріщин. Так, заготовки вуглецевих сталей діаметром понад 150 мм і заготовки легованих сталей нагрівають поступово у два етапи: повільне нагрівання з видержуванням при 700...800 °С; нагрівання до необхідної температури з максимально можливою швидкістю.

У разі нагрівання сталі до температури, що наближається до температури плавлення, на границях зерен інтенсивно утворюються оксиди, відбувається розплавлення легкоплавких міжзеренних прошарків. Це призводить до утворення тріщин і втрати пластич­ності. Такий вид браку називають перепалом, його не можна випра­вити термічною обробкою, тому перепалений метал відправляють на переплавку.

Для нагрівання заготовок перед обробкою тиском використову­ють печі й електронагрівачі: печі — для нагрівання зливків і великих заготовок, електронагрівачі — для нагрівання середніх і дрібних заготовок.

Печі, залежно від джерела енергії, бувають полуменеві й електричні (найпоширеніші). У полуменевих печах тепло одержують завдяки згорянню рідкого (мазуту) або газоподібного палива. За принципом дії розрізняють печі камерні й методичні.

Камерні печі бувають стаціонарними і переносними (для заготовок діаметром до 150 мм), карусельні, конвеєрні, з висувним подом, оснащені різними допоміжними пристроями. Різновидом камерних печей є нагрівальні колодязі, що використовуються для нагрівання зливків великих розмірів при прокатуванні й куванні.

Методичні печі характеризуються наявністю трьох зон з різними температурами і значною довжиною (8...22 м). У серійному вироб­ництві вони призначені для нагрівання великогабаритних заготовок під прокатування. Для нагрівання заготовок діаметром до 120 мм використовують печі з двома температурними зонами. Такі печі називають напівметодичними.

В електричних нагрівальних пристроях використовують індук­ційний або електроконтактний нагрів. Перший заснований на ви­никненні в заготовці, розміщеній в електромагнітному полі, вихро­вих струмів. Взаємодія цих струмів із заготовкою призводить до її нагрівання. Електроконтактне нагрівання відбувається завдяки виді­ленню тепла під час безпосереднього проходження струму через заготовку. Його застосовують для нагрівання сталевих заготовок діаметром до 75 мм. Швидкість електронагріву, порівняно з нагрі­ванням у печах, у 8... 10 разів вища, а інтенсивність утворення жаровини — у 4...5 разів менша.

Прокатування листового та профільного металу

Прокатування — це обробка металу тиском, за якої заготовка обтискується валками прокатного стану, що обертаються. Метал деформують у гарячому або холодному стані, конфігурація і взаємне розташування валків (частіше двох) різні. Основні види прокатування:

• поздовжнє;

• поперечне;

• гвинтове (рисунок 1).

а — поздовжнє; б — поперечне; в — гвинтове

Рисунок 1 - Основні способи прокатування:

За поздовжнього прокатування (рисунок 1а) заготовка перемі­шуються перпендикулярно вісі валків, що обертаються у протилежних напрямках. За цією схемою виготовляють до 90 % прокату. Під час поперечного прокатування (рисунок 1б) валки з паралельними осями обертаються в одному напрямку і обертають заготовку, яка, дефор­муючись, переміщується вздовж осі валків. За такої схеми частіше використовують не два, а три валки. Поперечно-гвинтове прокатування (рисунок 1 в) здійснюється за допомогою валків, що обертаються в одному напрямі й розташовані під кутом один до одного. Таке розташування валків забезпечує виникнення осьового зусилля, яке переміщує заготовку.

Найбільш важливими параметрами процесу прокатування є відносне обтискування (або ступінь деформації, %) і коефіцієнт витягування.

Відносне обтискування визначають за формулою

де — товщина заготовки відповідно до і після обтискування.

Коефіцієнт витягування

де — довжина заготовки відповідно до і після прокатування.

Коефіцієнт витягування є основною характеристикою процесу про­катування. За один прохід заготовки він дорівнює 1,1...1,6 (іноді 2...2,5).

Величину деформації за один прохід обмежують умови захвату металу валками, тертя між валками і заготовкою. Умову захвату заготовки валками описує формула

f > tg а,

де f — коефіцієнт тертя; α— кут захвату.

Кут захвату α— центральний кут (рисунок 1а). Він спирається на дугу захвату, завдяки якій валок контактує із заготов­кою. За гарячого прокатування α = 15...24°, а за холодного — 3...10 °. Швидкість виходу металу з валків більша за швидкість металу на вході, яка менша за швидкість обертання валків.

Основний інструмент прокатування — валки. Вони бувають: гладкі; калібровані (рівчакові).

Гладкі валки бочкоподібні, використовують їх для прокатування листа, смуг тощо. На каліброваних валках одержують прокат складно­го профілю. Робоча поверхня каліброваних валків має спеціальні канавки — рівчаки. Сукупність рівчаків пари валків називають калібром. На кожній парі валків розміщується кілька калібрів. За призначенням калібри прокатних валків поділяють на:

• обтискні (витяжні);

• чорнові (або підготовчі);

• чистові.

Обтискні калібри призначені лише для зменшення перерізу прокатуваного металу. Вони переважно мають прямокутну, ромбічну або овальну форми. У чорнових калібрах змінюють форму поперечного перерізу металу, поступово наближаючи її до форми готового виробу. Чистові калібри формують кінцевий профіль прокату, враховуючи коефіцієнт лінійного розширення і допуски щодо розмірів профілю. Сортамент одержаного прокату визначається сукупністю профілів і розмірів прокатаного металу. Профіль — це форма поперечного перерізу прокату. За сортаментом продукцію прокатного вироб­ництва поділяють на чотири групи:

• сортовий прокат;

• листовий;

• спеціальний;

• періодичний прокат.

Сортовий прокат поділяють на профілі простої геометричної форми

Рисунок 3 - Сортамент прокату:

1 — круг; 2 — квадрат; 3— шестигранник; 4 — смуга; 5 — лист;

6 — сегментна сталь; 7 — овальна сталь; 8— тригранна сталь;

9— рівнобокий кутик; 10— нерівнобокий кутик; 11 — таврова балка; 12— швелер; 13 — двотаврова балка; 14 — рейка

Листову сталь поділяють на тонколистову (завтовшки до 4 мм) і товстолистову. Деякі сорти листової сталі призначені для певних галузей промисловості: котельна, автотракторна, електротехнічна.

Трубний прокат поділяють на зварний і безшовний.

До спеціальних видів прокату відносять: вагонні та зубчасті колеса; кульки; періодичний і гнутий профіль.

Заготовками для сортового прокату є блуми (у перерізі від 150 х 150 до 450 х 450 мм), а для листового — сляби (плити завтовшки до 350 мм). Прокат використовують також як заготовки для ко­вальсько-штампувального виробництва, механічної обробки різан­ням і зварних конструкцій. Продукцію прокатного виробництва одержуюсь на прокатних станах з однією або кількома робочими клітями, прокатними валками і приводом, що складається з елект­родвигуна і передавального механізму.

Прокатування труб

Прокатуванням одержують два види труб: • безшовні; • зварні. Заготовками для безшовних труб служать зливки і катані круглі профілі діаметром 120...320 мм. Операції з виготовлення безшовних труб такі:

• прошивка отвору в заготовці й одержання товстостінної гільзи;

• прокатування гільзи у трубу;

• обробка готової труби.

Прошивку отвору здійснюють на прошивному стані, використову­ючи схему поперечно-гвинтової прокатки (рисунок 3). Радіальні роз­тягуючі напруження, що виникають у металі, сприяють легшій прошивці отвору оправкою (2) за допомогою бочкоподібних валків (1 і 3), осі яких розташовані під кутом 4... 14°. Після прошивки і нагрівання гільза розкатується між двома валками на оправці (2) — дорні (рисунок 4) розкатного стану. Зазор між оправкою і калібром валка визначає товщину стінки труби. Прокатують трубу за два проходи з поворотом на 90°.

На автоматичних станах прокатують труби діаметром понад 60 мм, а меншого діаметра (до 45 мм) — на періодичних (пілігримових) станах. Зменшення діаметра здійснюють на безперервних редукційних станах, в яких прокатування проводять без оправки, а далі — на станах холодного волочіння або прокатування. Обкатуван­ня (збільшення діаметра труб на оправці) здійснюють на обкатному стані, який за конструкцією аналогічний прошивному.

Рисунок 3 - Схема поперечно-гвинтового Рисунок 4 - Схема розкатування труб прокатування з прошивкою отвору труб

Зварні труби, діаметр яких досягає 2500 мм, значно дешевші за безшовні, проте поступаються їм у міцності. Як заготовку для них використовують стрічку (штрипс) або лист завширшки окружності труби. Операції з виготовлення зварної труби такі:

• формування плоскої заготовки в трубу;

• зварювання труби;

• обробка;

• правка і труби.

Для виробництва труб застосовують контактне зварювання опо­ ром, електродугове під флюсом, аргонодугове і безперервне пічне зварювання.

Волочіння

Волочіння — це процес протягування (часто в холодному стані) прокатних або пресованих заготовок крізь отвір у матриці (волока, фільєра), що поступово звужується. Волока (ціла або складна) має отвір (рисунок 5а), який складається з чотирьох зон: змащувальної, або вхідної (1), робочого конуса, або деформуючої зони (2), калібру­вального поясу (3) і вихідного конуса (4). Кут робочого конуса залежить від здатності металу деформуватися і дорівнює 6... 12°, ширина калібрувального поясу 2... 10 мм.

Схема волочіння:

а — прутка; б — труби

Робочу частину матриці виготовляють з інструментальних сталей, твердих сплавів і технічних алмазів. Волочінням одержують вироби точних розмірів із заданою якістю поверхні.

Основним параметром процесу волочіння є ступінь обтискуван­ня, який визначають так само, як і при прокатуванні, тільки замість товщин враховують площі поперечних перерізів заготовки. За одно­разового волочіння обтискування становить 30...35 %. Волочіння здійснюють за кілька проходів, застосовуючи змащувальні речови­ни — машинне масло, водяні емульсії, міднення заготовки. Перед­бачається також охолодження заготовок. Нагартування металу в процесі волочіння знімають відпалюванням.

Волочінням обробляють вуглецеві й леговані сталі, кольорові метали та їхні сплави. За технологією волочіння одержують пруток діаметром 3...150 мм, дріт діаметром 0,006...16,0 мм, труби діаметром від капілярних до 200 мм з товщиною стінки 1,5...12 мм.

Труби виготовляють за двома технологічними схемами: для змен­шення лише діаметра труби — без оправки (рисунок 5б); для одно­часного зменшення діаметра та товщини стінки — застосовуючи оправки.

Для волочіння використовують волочильні стани з прямоліній­ним рухом заготовки і намотуванням металу на барабан. Швидкість волочіння такого дроту на барабанних станах досягає 40 м/с.

Пресування

Обробка металу пресуванням зводиться до видавлювання металу із замкненого об'єму (контейнера) крізь отвір у матриці. Профіль пресованого виробу відповідає перерізові отвору і конфігурації матриці. При пресуванні використовують всебічне обтискування, що забезпечує високу пластичність металу порівняно з іншими проце­сами обробки тиском.

Пресування характеризують такі основні параметри.

1 Коефіцієнт витягування

де F_к — площа перерізу контейнера; F_м — площа перерізу матриці.

2 Ступінь деформації

3 Швидкість витікання металу з отвору матриці

не V_n — швидкість пресування.

Процеси пресування характеризуються значною нерівномірністю інформації, особливо при застосуванні багатоканальних матриць. Основною умовою успішного здійснення процесу є правильний вибіртемператури та швидкості пресування з урахуванням властивос­тей матеріалу. При пресуванні широко використовують змащування (графітовою пастою) або обміднення заготовки. Пресуванням оброб­люють пластичні та малопластичні матеріали. До недоліків цього процесу слід віднести значні відходи металу та інтенсивне спрацю­вання інструменту. Пресуванням одержують прутки діаметром 5...250 мм, дріт діаметром 5... 10 мм, труби із зовнішнім діаметром 20...400 мм і товщиною стінки 1,5...22 мм та інші вироби.

Серед методів пресування розрізняють:

• пряме;

• зворотне;

• суміщене з прошивкою;

• з протитиском;

• вакуумне тощо.

Ос­новними є методи прямого і зворотного пресування. За прямого пресування (рисунок 6а) напрямок виходу металу (3) крізь отвір матриці (5) збігається з напрямком руху пуансона (1), тиск якого на (заготовку передається через прес-шайбу (2). Ту частину заготовки, яка залишається в контейнері (4), називають прес-залишком (8... 12 % від маси заготовки).

Рисунок 6 - Основні схеми пресування:

о — пряме; б — з прошивкою; в — зворотне

При пресуванні труб заготовки спочатку прошивають голкою (6) (рисунок 6б), що проходить крізь пуансон (7). Під час подальшого переміщення пуансона і прес-шайби (2) метал видавлюється у вигляді труби (3) крізь кільцевий зазор між стінками отвору в матриці (5) і голкою (6).

За зворотного пресування (рисунок 6в) матрицю (5) встановлю­ють у кінці порожнистого пуансона (1) і метал пересувається у напрямку, протилежному рухові пуансона. Прес-залишок при цьому дорівнює 6... 10 % від маси заготовки. Швидкості пресування за основними методами досить високі. Так, при виготовленні сталевих труб швидкість пресування досягає 5 м/с і більше.

Основне обладнання, яке використовують при пресуванні, — це горизонтальні й вертикальні гідравлічні преси з зусиллям 3...250 МН і робочим тиском рідини до 40 МПа. Як допоміжне обладнання застосовують нагрівальне устаткування, механізми подачі й очи­щення заготовок, нанесення мастила, відокремлення виробів від прес-залишку тощо.

Серед нових методів поширені такі технології:

• пресування без прес-залишку;

• холодне швидкісне;

• пресування "з сорочкою";

• гідростатичне.

Пресування без прес-залишку застосовують для обробки алюмінію та його сплавів. За цією технологією після першого пресування прес-залишок не виймають з контейнера, а завантажують у нього повий зливок (заготовку). При наступному пресуванні прес-залишок зварюється з новим зливком так надійно, що визначити місце зварювання практично неможливо.

У разі холодного швидкісного пресування заготовка до контейнера надходить холодною, але швидкість пресування підвищують у кілька разів — до 10... 15 м/с. За рахунок тепла деформації метал нагрівається. За цим методом обробляють сплави алюмінію, титану, цирконію, оскільки деформація їх у гарячому стані ускладнюється значним окисленням поверхні заготовок.

Для пресування "з сорочкою" діаметр прес-шайби обирають дещо меншим від діаметра контейнера. За рахунок цього прес-шайба зрізує метал, і "сорочка" у формі тонкостінного циліндра залишається в контейнері. Всі поверхневі дефекти, що утворилися на заготовці під час лиття або нагрівання, залишаються у "сорочці" й разом із прес-залишком виводяться у відходи, не потрапляючи до виробів.

Метод гідростатичного пресування (гідроекструзія) зводиться до видавлювання металу рідиною під дуже високим тиском (до 3000 МПа). Заготовка не торкається стінок контейнера, від матриці вона також відділена тонким шаром рідини. Завдяки цьому в металі не виникають розтягуючи напруження. Цей метод дає можливість обробляти найбільш крихкі й важкооброблювані матеріали (вольф­рам, молібден, хром, швидкорізальні сталі тощо). Наприклад, за цією технологією з вольфраму одержують трубки з поліпшеними власти­востями металу, стінки яких завтовшки 0,2...0,3 мм.

Кування

Кування — це процес деформування нагрітої металевої заготовки між бойками молота або преса. Пластичне деформування при цьому здійснюється на окремих ділянках нагрітої заготовки. Метал вільно тече в напрямках, не обмежених поверхнями інструмента. Куванням одержують вироби відносно простої форми, що не потребують знач­ної оброки різанням. Для виготовлення куванням дрібних і середніх виробів використовують заготовки сортового прокату і блюми, для великих — зливки. Масу заготовки розраховують як суму об'ємів поковки і відходів. Поперечний переріз заготовки вибирають з ура­хуванням забезпечення необхідного укову, який показує, в скільки разів змінюється поперечний переріз заготовки у процесі кування. Чим більший уков, тим краще проковано метал і тим вищі його механічні властивості.

Деформацію металу при вільному куванні характеризує коефі­цієнт укову, який визначає співвідношення більшої площі попереч­ного перерізу до меншої. При обробці сталевих виливків уков має бути не меншим як 3...5, а прокатаних заготовок — 1,1…1,5.

Кування поділяють на ручне (для дрібних виробів) і машинне (для поковок більших типорозмірів). Залежно від цього виконуються різні технологічні операції з використанням відповідного інструмента.

Виконуючи в певній послідовності прості операції кування, одер­жують вироби складної конфігурації. Основними операціями проце­су кування є:

• осадка;

• висадка;

• прошивка;

• протяжка;

• розгонка;

• рубка;

• згинання та скручування;

• передача (рисунок 7).

Осадка — це збільшення поперечного перерізу вихідної заготовки за рахунок зменшення її висоти. Для правильного осаджування металу висота вихідної циліндричної заготовки має не перевищувати трьох діаметрів, торці мають бути рівними і паралельними (рисунок 7а).

Висадка використовується для одержання поковки з потовщен­ням на кінці або на середині заготовки. При цьому деформацію заготовки обмежують у деякій її частині, використовуючи кільцеві плитки (рисунок 7б). Так виготовляють поковки болтів, деталей з буртами, фланцями тощо.

Прошивка — це одержання в заготовці наскрізного отвору або заглиблення (рисунок 7в). Її також використовують для видалення неякісної серцевини зливка.

Протягуванням досягають збільшення довжини заготовки за раху­нок зменшення її поперечного перерізу (рисунок 7г). Це найпо­ширеніша операція вільного кування, що здійснюється послідов­ними ударами або натискуванням на окремі суміжні частини заго­товки. Протягуванням у вирізних бойках одержують поковки з подовженою віссю, з яких виготовляють вали, шатуни, важелі тощо.

Розгонка — це збільшення ширини частини заготовки за рахунок зменшення її товщини (рисунок 7д).

Рубка — відокремлення однієї частини заготовки від іншої (рисунок 7е). Інструментом для цього слугують прямі й фігурні сокири та зубила. Рубку часто використовують для видалення надлишків металу, а також для створення уступів, заплечиків тощо.

Згинання та скручування металу здійснюють з використанням різних пристроїв: підкладок, ключів, воротків, лебідок.

Передача металу зводиться до переміщення однієї частини заго­товки відносно іншої. Ця операція застосовується при виготовленні колінчастих валів і подібних до них деталей.

Основним технологічним обладнанням для кування є молоти і гідравлічні преси. Молоти відносять до машин динамічної дії, за допомогою яких пластична деформація металу заготовки здійсню­ється за тисячні частки секунди зі швидкістю деформування до 6,5 м/с. Деформування металу забезпечує енергія, накопичена пада­ючими частинами молота. Маса падаючих частин пневматичних молотів становить 50... 1000 кг, пароповітряних — 1000...8000 кг. Гідравлічні преси відрізняються від молотів тим, що статично впливають на метал заготовки. Тривалість деформації при цьому досягає десятків секунд, а швидкість деформації — 2...З м/хв. Максимальні зусилля гідравлічних пресів становлять 5...150 МН. Преси використовують для виготовлення поковок значних розмірів, а також для кування низькопластичних високолегованих сталей і сплавів кольорових металів.

Рисунок 7 - Схеми деяких операцій кування

Штампування

Гаряче об'ємне штампування — це процес виготовлення поковок у спеціальному інструменті (штампах), який обмежує плин металу в різні боки під час деформування. Робоча частина штампа (рівчак) при замиканні його складових частин після закінчення штампування відповідає формі поковки. Гаряче штампування, порівняно з куван­ням, дає змогу виготовити поковку за розміром і конфігурацією, що максимально наближена до готового виробу. Проте необхідність використання спеціального інструмента для кожного виробу робить цей процес доцільним лише за умов багатосерійного виробництва. Штампуванням виготовляють поковки масою до 100...200 кг (в окремих випадках — до 3 т).

Вихідні заготовки зазвичай одержують з відрізного сортового про­кату різноманітного профілю. Для штампування виробів складної форми заготовку послідовно наближають до форми виробу попе­реднім деформуванням у так званих заготівельних рівчаках штампів, у ковальських вальцях тощо.

Розробка технології штампування починається зі створення штампа відповідно до креслення готової деталі та оптимального вибору площин роз'ємів на ньому, допусків, похилів, радіусів закруг­лення, розмірів. Розміри заготовки визначають виходячи з розмірів виробу і способу його штампування. Після штампування, для забез­печення точності розмірів, якості поверхні та властивостей виробу, поковку піддають обробці. До завершальних операцій відносять про­водку, термічну обробку, очищення від окислів, калібровку. Проводку здійснюють для усунення викривлень вісі поперечних перерізів поковки. Термічною обробкою (відпалом, нормалізацією) знімають за­лишкові напруження, поліпшують оброблюваність металу різанням. Вироби очищують від жаровини барабанами, дробометальними уста­новками, а також протравлюванням у 15... 18 %-му розчині H₂S0₄ при температурі до 60 °С. Вироби калібрують у холодному або піді­грітому стані.

Значна кількість способів гарячого об'ємного штампування пов'язана з різноманітністю розмірів і форм виробів, а також матеріалів для штампування. При класифікації способів штампування основ­ною ознакою є тип штампа, який визначає характер деформування металу. Розрізняють штампування у відкритих і закритих штампах (рисунок 8). Для штампування у відкритих штампах (рисунок 8а) характерним є утворення облою у проміжках між частинами штампа, який закриває вихід з порожнини штампа основної маси металу. Надлишок металу витісняється у завершальний момент деформуван­ня. У закритих штампах порожнина під час деформування залиша­ється закритою (рисунок 8б). Перевагою цього способу штампування є зменшення відходів металу, а недоліком — необхідність точного додержання рівності об'ємів заготовки і поковки.

Рисунок 8 - Схеми штампування

у відкритих (а)і закритих (б) штампах

Способи штампування розрізняють також залежно від обладнан­ня, що використовується. Штампування може проводитися паропо­вітряними молотами, кривошипними або гідравлічними пресами, на горизонтальних кувальних машинах. Процес штампування на кожній із цих машин має свої особливості, переваги і вади. Так, кривошипні гарячештампувальні преси забезпечують вищу точність виготовлення поковок порівняно з пароповітряними штампувальними молотами. Гаряче об'ємне штампування на горизонтальних машинах є про­дуктивнішим і економічно доцільнішим методом обробки висадкою, а також за використання технології прошивки.

Штампування без нагрівання заготовок називають холодним. Таке штампування дає змогу майже повністю уникнути обробки поковок різанням, забезпечує зменшення трудових витрат на 30...80 % і підвищення коефіцієнта використання металу до 50 %. Проте засто­сування холодного штампування досить обмежене у зв'язку зі значними зусиллями при деформації та низькою стійкістю інстру­мента.

Основними видами холодного об'ємного штампування є:

• видавлювання;

• висадка;

• об'ємне формування;

• калібрування.

Холодне видавлювання аналогічне пресуванню, а решта видів хо­лодної обробки аналогічні відповідним процесам гарячого штампу­вання.

При холодному видавлюванні, на відміну від пресування, заготов­кою є не зливок, а пруток, і продуктом обробки є не напівфабрикат, а готова деталь, яка потребує лише незначної обробки різанням. Цим способом одержують деталі типу стрижнів з потовщеннями, труби з фланцями, болти, клапани, стакани.

Холодну висадку застосовують для виготовлення широкого асорти­менту деталей серійного виробництва: болтів, гайок, гвинтів, шурупів, цвяхів, шліців тощо. Заготовкою є дріт або пруток діаметром 0,5...38 мм. Висадку здійснюють за 1...2 переходи (удари) залежно від форми і розмірів деталей. Співвідношення довжини висаджуваної частини заготовки і діаметра має не перевищувати 2,5 при висадці за один удар і 8 — при висадці за три удари.

Холодне формування використовують для виготовлення складних за формою деталей з площею горизонтальної проекції до 5000 мм² і заввишки до 25 мм. Здійснюють її у відкритих і закритих штампах. За вихідну береться заготовка з сортового або листового прокату, а також виготовлена гарячим штампуванням або точним литтям. Хо­лодне формування в закритих штампах застосовують здебільшого для виготовлення деталей зі сплавів кольорових металів. При формуванні деталей за декілька переходів для підвищення пластичності прово­дять проміжне відпалювання. Холодне формування і видавлювання здійснюють з використанням змащування.

Холодне калібрування використовують для надання виробам кінцевих точних розмірів.

Листове штампування — це метод виготовлення плоских і об'єм­них виробів з листового матеріалу, стрічки або смуги з використан­ням штампів на пресах чи без них (безпресове штампування). Таке штампування можна здійснювати з нагріванням, проте найпоши­ренішим є холодне штампування смуг завтовшки 0,1...0,5 мм. На­грівання застосовують при товщині листа більшій як 5 мм. Про­дуктивність листового штампування досить висока — до 40 тис. деталей за зміну.

Технологічні операції листового штампування поділяють на дві групи:

• роздільні (відрізання, вирубка, вирізування, пробивання);

• формозмінні (згинання, витягування, обтискування, формоут­ворення).

Відрізання здійснюють ножами на приводних паралельних гільйо­тинах або дискових ножицях, а також на пресах з використанням штампів. Для одержання якісної поверхні зрізу зазор між різальними кромками ножів має становити 3...5 % від товщини листа.

Вирубка, вирізування і пробивання за своєю сутністю є різанням по замкненому контуру і відрізняються лише за призначенням. Для цих операцій штампи можуть бути простої дії (для виконання однієї операції) та багатоопераційні.

Під час вигину в кожному перерізі одночасно діють стисні й розтяжні напруження. Внаслідок цього пластична деформація може бути досить великою. Тому при згинанні слід враховувати кут, на який відпружинює виріб.

Витягування — це одержання порожнистої деталі замкненого контуру з плоскої листової заготовки. Цим способом можна виготов­ляти деталі з листа завтовшки 0,02...30 мм і розміром від десятих часток міліметра до кількох метрів. Основним параметром, що харак­теризує процес витягування, є коефіцієнт витягування — відно­шення зовнішнього діаметра деталі до діаметра заготовки (для пер­шого проходу 0,5...0,6). Витягуванням без зменшення товщини боко­вих стінок одержують порожнисту деталь з листа без зміни його товщини. Витягування зі стоншуванням бокових стінок застосовують як допоміжну операцію. Допустиме зменшення товщини стінок за один прохід дорівнює 40...60 %.

Формоутворення — це загальна назва операцій, що характеризу­ються місцевою (локальною) зміною форми заготовки. До формоут­ворення відносять:

• обтискування;

• рельєфне формування;

• розбортування тощо.

У малосерійному виробництві застосовувати складні за конст­рукцією штампи недоцільно. Тому для одержання порожнистих виробів використовують спрощені способи штампування: вибуховою хвилею, гумою або рідиною, електрогідравлічне, магнітно-імпульсне, ротаційне видавлювання на спеціальних верстатах або установках.

Штампування вибухом застосовують для виготовлення великога­баритних деталей складної форми зі сплавів, що важко деформують­ся. Енергія вибуху передається заготовці через рідку фазу (воду) в залізобетонному басейні. Під час вибуху у воді створюється ударна хвиля, що деформує заготовки. Швидкість деформування при цьому досягає 300 м/с. Для виробництва одиничних виробів матриця може виготовлятися з чавуну, бетону, дерева, гіпсу, картону, льоду.

Електрогідравлічне штампування подібне до штампування вибу­хом, але ударна хвиля при цьому створюється електричним розрядом у рідині. Такий вид штампування використовують для розвальцьову­вання труб апаратів високого тиску.

Магнітно-імпульсне (електромагнітне) штампування засноване на прямому деформуванні металу імпульсними електромагнітними полями. Застосовується воно для обтискування трубчастих заготовок, штампування плоских листових заготовок з електропровідних мета­лів, а також для виконання операцій запресовки, з'єднання труб, виготовлення балонів тощо.

Ротаційне видавлювання дає можливість одержувати, як і за витягування, порожнисті деталі типу тіл обертання з листа на універ­сальних токарно-гвинторізних і карусельних верстатах.

Дата добавления: 2014-01-07