КОВКА И ШТАМПОВКА ÃÎÐß×Àß ÎÁÚÅÌÍÀß ØÒÀÌÏÎÂÊÀ 2 КОВКА И ШТАМПОВКА Ñïðàâî÷íèê â 4-õ òîìàõ Ðåäàêöèîííûé ñîâåò Ïðåäñåäàòåëü ñîâåòà Å.È. Ñåìåíîâ, Çàñë. äåÿòåëü íàóêè è òåõíèêè ÐÔ, ä.ò.í., ïðîô. ×ëåíû ñîâåòà: Î.À. Ãàíàãî, ä.ò.í., ïðîô.; Â.À. Äåìèí, ä.ò.í., ïðîô.; À.Ì. Äìèòðèåâ, ÷ë.-êîð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô.; Ë.È. Æèâîâ, Çàñë. äåÿòåëü íàóêè è òåõíèêè ÐÔ, ä.ò.í., ïðîô.; À.Ã. Êîëåñíèêîâ, ä.ò.í., ïðîô.; Î.Ñ. Êîøåëåâ, ä.ò.í., ïðîô.; À.Ò. Êðóê, ä.ò.í., ïðîô. Ñ.Ñ. ßêîâëåâ, ä.ò.í., ïðîô. ÌÎÑÊÂÀ «ÌÀØÈÍÎÑÒÐÎÅÍÈÅ» 2010 КОВКА И ШТАМПОВКА 2 ÃÎÐß×Àß ÎÁÚÅÌÍÀß ØÒÀÌÏÎÂÊÀ 2-å èçäàíèå, ïåðåðàáîòàííîå è äîïîëíåííîå Ïîä ðåäàêöèåé Å.È. Ñåìåíîâà, Çàñë. äåÿòåëÿ íàóêè è òåõíèêè ÐÔ, ä.ò.í., ïðîô. ÌÎÑÊÂÀ «ÌÀØÈÍÎÑÒÐÎÅÍÈÅ» 2010 УДК 621.73(035) ББК 34.623я2 К 56 А в т о р ы т о м а: А.П. Атрошенко, О.А. Белокуров, Г.С. Гарибов, В.М. Гришин, С.А. Евсюков, И.С. Зиновьев, Л.Г. Костин, М.А. Крючков, В.М. Лялин, Н.И. Ляпунов, Б.С. Мороз, Е.Н. Мошнин, Н.Е. Мошнин, А.Г. Овчинников, А.С. Подольский, Ю.С. Радюченко, Ю.Л. Рождественский, А.В. Сафонов, Б.И. Семенов, Е.И. Семенов, И.Е. Семенов, С.А. Скородумов, О.М. Смирнов, Ю.П. Согришин, И.А. Церна, И.Н. Шубин Ковка и штамповка: справочник. В 4 т. Т. 2. Горячая объемная штампов@ К 56 ка. @ 2@е изд., перераб. и доп. / Под общ. ред. Е.И.Семенова. @ М.: Машино@ строение, 2010. 720 с.: ил. ISBN 978@5@217@03462@8 (Т.2) ISBN 978@5@217@03459@8 Во втором томе даны рекомендации по назначению допусков, припусков и напусков на штампованные поковки по новым стандартам. Приведены классификация поковок, разра@ ботка чертежа штампованной поковки, примеры проектирования технологических процес@ сов, рекомендации для конструирования и расчета штампов и выбора оборудования. Уделе@ но внимание специальным видам штамповки: накатке, электровысадке, на высокоскорост@ ных молотах, раскатке и т.д. Изложены особенности объемной горячей штамповки инстру@ ментальных и жаропрочных сталей, а также цветных сплавов. Приведены сведения по от@ делке и очистке поковок, контролю их качества, эксплуатации и ремонту штамповой осна@ стки. Во 2@м издании (1@е изд. 1987 г.) введены новые разделы по штамповке с обкатыванием, полугорячей штамповке, жидкой штамповке и др., значительно переработаны материалы по штамповке жаропрочных сталей и цветных металлов, отделке и очистке поковок, контролю качества, эксплуатации и ремонту штампов. УДК 621.73(035) ББК 34.623я2 Перепечатка, все виды копирования и воспроизведения материалов, опубликованных в данной книге, допускаются только с разрешения издательства и со ссылкой на источник информации ISBN 9785217034628 (Т.2) ISBN 9785217034598 © ОАО «Издательство «Машиностроение», 2010 ОГЛАВЛЕНИЕ Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НА ПУСКИ НА ПОКОВКИ, ШТАМ ПУЕМЫЕ НА МОЛОТАХ, ПРЕС САХ И ГОРИЗОНТАЛЬНОКО ВОЧНЫХ МАШИНАХ (О.А.Бело куров, Б.С.Мороз) . . . . . . . . . . . . 7 Глава 2. ШТАМПОВКА В ПОДКЛАД НЫХ И СЕКЦИОННЫХ ШТАМПАХ (Е.И.Семенов) . . . . 39 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ (Е.И.Семенов) . . . . . . . . . . . . . 47 1. Разработка чертежа поковки (А.С.Подольский) . . . . . . . . . . . 47 2. Классификация молотовых поковок . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3. Молотовые штампы . . . . . . . 64 4. Классификация ручьев молото@ вых штампов и переходов штам@ повки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5. Облой и облойные канавки . . 75 6. Выбор переходов штамповки в открытых штампах и определе@ ние размеров заготовки . . . . . . 78 7. Особенности выбора переходов и определения размеров исходной заготовки при штамповке в закры@ тых штампах . . . . . . . . . . . . . . 93 8. Раскрой металла и расчет отходов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 9. Конструирование и расчет ручьев молотового штампа. . . . 95 10. Конструирование молотового штампа . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 11. Блоки и сменные детали универсально@переналаживае@ мых молотовых штампов (со сменными вставками) . . . . . . 130 12. Крепление штампов в бабе и подушке . . . . . . . . . . . . . . . 150 13. Контрольный угол . . . . . . 154 14. Определение массы падаю@ щих частей штамповочного молота. . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 15. Технологическая карта . . . 156 16. Примеры штамповки в откры@ тых штампах . . . . . . . . . . . . . . 162 17. Примеры штамповки в закры@ тых штампах (О.А.Белокуров, А.С.Подольский). . . . . . . . . . . . 181 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВО ШИПНЫХ ГОРЯЧЕШТАМ ПОВОЧНЫХ ПРЕССАХ (Н.И.Ляпунов) . . . . . . . . . . . . 191 1. Особенности технологии штамповки на кривошипных горячештамповочных прессах . . 191 2. Классификация поковок. . . 192 3. Исходные заготовки . . . . . . 194 4. Разработка чертежа поковки . 195 5. Разработка технологического процесса . . . . . . . . . . . . . . . . 196 6. Определение силы штам@ повки . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 7. Смазочные материалы . . . . 220 8. Штампы . . . . . . . . . . . . . . 221 Глава 5. ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИ ЧЕСКИХ ПРЕССАХ (А.Г.Овчин ников, И.Е.Семенов) . . . . . . . . . 230 Глава 6. ШТАМПОВКА НА ВИНТОВЫХ ПРЕССАХ (А.Г.Овчинников, А.В.Сафонов, И.Н.Шубин) . . . . . 247 1. Основные технологические операции и классификация поковок. . . . . . . . . . . . . . . . . 247 2. Проектирование технологи@ ческих процессов штамповки . . 249 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИ ЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МА ШИНАХ (Е.И.Семенов, И.С.Зиновь ев) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 1. Классификация поковок. . . 265 2. Классификация ручьев штам@ пов ГКМ . . . . . . . . . . . . . . . . 277 3. Штамповое пространство и блоки штампов . . . . . . . . . . 278 4. Определение необходимой силы штамповки и выбор ГКМ. . . . . 284 5. Составление чертежа по@ ковки . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 6. Технологический процесс штамповки . . . . . . . . . . . . . . 292 7. Примеры расчетов и конст@ руирования штампов . . . . . . . 357 Глава 8. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА (В.М.Лялин). . . 365 6 ОГЛАВЛЕНИЕ Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ. . 391 1. Гибочные работы (Е.Н.Мош нин) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 2. Обработка на вертикально@ ковочных машинах (Ю.С.Радю ченко) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 3. Обработка на ротационно@об@ жимных и радиально@обжимных машинах (Ю.С.Радюченко) . . . . 410 4. Вальцовка (Л.Г.Костин) . . . 422 5. Продольно@периодическая прокатка (Л.Г.Костин) . . . . . . 441 6. Поперечная, поперечно@кли@ новая, поперечно@винтовая про@ катка (Л.Г.Костин) . . . . . . . . . 449 7. Раскатка кольцевых заготовок (Ю.Л.Рождественский). . . . . . . 457 8. Накатка зубчатых колес и звездочек (М.А.Крючков) . . . . . 473 9. Штамповка на горячештам@ повочных автоматах (Н.И.Ляпу нов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484 10. Штамповка на высокоскорост@ ных молотах (Ю.П.Согришин) . . 499 11. Электровысадка (И.Е.Семе нов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 12. Штамповка обкатыванием и торцовой раскаткой (А.В.Сафо нов, И.А.Церна) . . . . . . . . . . . . 520 13. Штамповка с использова@ нием сверхпластичности (О.М.Смирнов) . . . . . . . . . . . . 532 14. Штамповка жидкого металла (ШЖМ) (В.М.Гришин) . . . . . . . 546 15. Штамповка в твердожидком состоянии (тиксоштамповка) (Б.И.Семенов) . . . . . . . . . . . . . 564 16. Горячее изостатическое прессование гранул жаропроч@ ных сплавов (Гарибов Г.С.) . . . . 580 Глава 10. ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ИНСТРУМЕН ТАЛЬНЫХ И ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ, ЖАРОПРОЧНЫХ И ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ (С.А.Ев сюков, С.А.Скородумов) . . . . . . . 591 Глава 11. ОТДЕЛКА И ОЧИСТКА ПОКО ВОК (А.П.Атрошенко). . . . . . . . 613 1. Обрезка облоя и пробивка перемычек . . . . . . . . . . . . . . . 613 2. Правка поковок . . . . . . . . . 666 3. Калибровка поковок. . . . . . 669 4. Очистка поковок и загото@ вок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678 Глава 12. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ШТАМПОВ (Е.И.Семенов) . . . 689 Глава 13. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ШТАМПОВАННЫХ ПОКО ВОК (Н.И.Ляпунов) . . . . . . . . 703 1. Виды брака поковок . . . . . . 703 2. Контроль штампованных поковок. . . . . . . . . . . . . . . . . 709 Глава 1 ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ НА ПОКОВКИ, ШТАМПУЕМЫЕ НА МОЛОТАХ, ПРЕССАХ И ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Материал, приведенный в главе, со@ ответствует ГОСТ 7505–89. Общие положения. Поковки в зави@ симости от конструктивных характе@ ристик подразделяют: по точности изготовления: класс точности поковки устанавливают в за@ висимости от особенностей техноло@ гического процесса и оборудования для ее изготовления (табл. 1), а также исходя из предъявляемых требований к точности размеров поковки; допус@ кают различные классы точности для разных размеров одной и той же по@ ковки, но в этом случае класс точности определяют по преобладающему числу размеров одного класса точности, пре@ дусмотренному чертежом поковки, и согласовывают между изготовителем и потребителем; по группам стали: группа M1 — по@ ковки из стали с массовой долей угле@ рода до 0,35 % включительно и сум@ марной массовой долей легирующих элементов до 2,0 % включительно; группа М2 — поковки из стали с мас@ совой долей углерода свыше 0,35 до 0,65 % включительно или суммарной массовой долей легирующих элемен@ тов свыше 2,0 до 5,0 % включительно; группа М3 — поковки из стали с мас@ совой долей углерода свыше 0,65 % 1. Выбор класса точности поковок Основное деформирующее оборудование, технологические процессы Класс точности Т1 Т2 Т3 + + Т4 Т5 + + Кривошипные горячештамповочные прессы: открытая (облойная) штамповка закрытая штамповка + выдавливание + Горизонтально@ковочные машины + + Прессы винтовые, гидравлические + + + + + Горячештамповочные автоматы Штамповочные молоты Калибровка объемная (горячая и холодная) + Прецизионная штамповка + + + П р и м е ч а н и я: 1. Прецизионная штамповка — способ штамповки, обеспечивающий устанав@ ливаемую точность и шероховатость одной или нескольких функциональных поверхностей по ков@ ки, которые не подвергают окончательной обработке. 2. При пламенном нагреве заготовок допускается снижение точности для классов Т2–Т4 на один класс. 3. При холодной или горячей плоскостной калибровке точность принимают на один класс выше 8 Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ Рис. 1. Геометрические фигуры, в которые могут быть вписаны поковки или суммарной массовой долей леги@ рующих элементов свыше 5,0 % (при назначении группы стали определяю@ щим является среднее массовое содер@ жание углерода и легирующих элемен@ тов — Si, Mn, Cr, Ni, Mo, W, V); по конфигурации поверхности разъе ма используемого штампа: с плоской ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ поверхностью — П, с симметрично изогнутой — Ис и несимметрично изо@ гнутой — Ин; по степени сложности: первой сте@ пени сложности — С1, второй — С2, третьей — С3 и четвертой — С4. Степень сложности С поковки яв@ ляется одной из конструктивных ха@ рактеристик формы поковки, качест@ венно оценивающей ее, и использу@ ется при назначении припусков и до@ пусков. Степень сложности опреде@ ляют путем вычисления отношения массы (объема) G п поковки к массе (объему) G ф геометрической фигуры, в которую вписывается форма поков@ ки [фигура может быть шаром, па@ раллелепипедом, цилиндром с пер@ Степень сложности. . . . . . С1 Значения отношения . . Св. 0,63 пендикулярными к его оси торцами или прямой правильной призмой (рис. 1), при расчетах принимают ту из фигур, масса (объем) которой наи@ меньшая]: С = G п / G ф. (1) При определении размеров геомет@ рической фигуры, описывающей по@ ковку, допускается исходить из увели@ чения в 1,05 раза габаритных линей@ ных размеров детали, определяющих положение ее обработанных поверх@ ностей. Степеням сложности поковок со@ ответствуют следующие численные значения отношения G п / G ф : С2 Св. 0,32 С3 Св. 0,16 до 0,63 вкл до 0,32 вкл Степень сложности С4 устанавлива@ ют для поковок с тонкими элементами, 9 С4 До 0,16 например, в виде диска, фланца, коль@ ца (рис. 2), в том числе с пробиваемы@ Рис. 2. Поковки с тонкими элементами Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 10 ми перемычками, а также для поковок с тонким стержневым элементом, если отношения t/D; t/L; t/(D — d) не превы@ шают 0,2 и t не более 25 мм (где D — наибольший размер тонкого элемента, t — толщина тонкого элемента, L — длина тонкого элемента, d — диаметр элемента поковки, толщина которого превышает величину t). Для поковок, полученных на гори@ зонтально@ковочных машинах, допус@ кается определять степень сложности формы в зависимости от числа перехо@ дов: С1 — не более чем при двух перехо@ дах; С2 — при трех переходах; С3 — при четырех переходах; С4 — более чем при четырех пере@ ходах или при изготовлении на двух ковочных машинах. Для определения припусков, до@ пусков и напусков по чертежу детали выполняют предварительный расчет массы поковки. Расчетную массу по@ ковки определяют как массу подвер@ гаемых деформации поковки или ее частей. В расчетную массу поковки не входят масса облоя и перемычки про@ битого отверстия. При высадке поковок на горизон@ тально@ковочных машинах или при местной штамповке на молотах и прессах масса поковки включает массу части стержня, зажатого штампами. Расчетную массу поковки определя@ ют исходя из ее номинальных размеров. Ориентировочно расчетную массу поковки (M п.р ) вычисляют по формуле: M п.р = M д K р , (2) где M п.р — расчетная масса поковки, кг; M д — масса детали, кг; K р — рас@ четный коэффициент, устанавливае@ мый в соответствии с табл. 2. Определение исходного индекса. Ис@ ходный индекс — условный показатель, учитывающий в обобщенном виде сум@ му конструктивных характеристик (класс точности, группу стали, степень сложности) и массу поковки. Исходный 2. Коэффициент (Kp) для определения ориентировочной расчетной массы поковки Группа Характеристика детали Типовые представители Kр 1 Удлиненной формы: 1.1 с прямой осью Валы, оси, цапфы, шатуны 1,3…1,6 1.2 с изогнутой осью Рычаги, сошки рулевого управления 1,1…1,4 2 Круглые и многогранные в плане: 2.1 круглые Шестерни, ступицы, фланцы 1,5…1,8 2.2 квадратные, прямоугольные, мн огогранные Фланцы, ступицы, гайки 2.3 с отростками Крестовины, вилки 3 Комбинированной конфигурации (сочетаю щей элементы групп 1 и 2) Кулаки поворотные, коленчатые валы 4 С большим объемом необрабаты@ ваемых поверхностей Балки передних осей, рычаги переключе@ 1,1…1,3 ния коробок передач, буксирные крюки 5 С отверстиями, углублениями, поднутрениями, не оформляемы@ ми в поковке при штамповке Полые валы, флан цы, блоки шестерен 1,3…1,7 1,4…1,6 1,3…1,8 1,8…2,2 ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 3. Значение исходного индекса 11 12 Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ индекс для последующего назначения основных припусков, допусков и допус@ каемых отклонений определяют в зави@ симости от массы поковки, марки ста@ ли, степени сложности и класса точно@ сти поковки по табл. 3. Для определения исходного индекса по табл. 3 в графе «Масса поковки» на@ ходят соответствующую данной массе строку и, смещаясь по горизонтали вправо (рис. 3) или по утолщенным на@ клонным линиям вправо вниз до пере@ сечения с вертикальными линиями, соответствующими заданным значени@ ям группы стали M, степени сложности C, класса точности T, устанавливают исходный индекс (от 1 до 23). Пример 1 (см. рис. 3). Поковка мас@ сой 0,5 кг, группа стали Ml, степень сложности С1, 2@й класс точности Т2. Исходный индекс — 3. Пример 2. Поковка массой 1,5 кг, группа стали М3, степень сложности С2, 1@й класс точности Т1. Исходный индекс — 6. Общие требования. Чертеж поковки должен быть выполнен в соответствии с ГОСТ 3.1126–88. На чертеже поковки должны быть указаны класс точности, группа стали, степень сложности и при@ ведены технические требования. Техни@ ческие требования к поковке устанавли@ вают по ГОСТ 8479–70 (в ред. 1986 г.). Линейные размеры на чертеже по@ ковки проставляют от указанных ис@ ход ных баз механической обработки (рис. 4), согласованных между изгото@ вителем и потребителем. Допускаемые отклонения формы и расположения поверхностей должны быть проставлены на чертеже поковки в соответствии с требованиями ГОСТ 2.308–79 (в ред. 1984 г.). Допускаемые отклонения радиуса закругления и штамповочного уклона могут быть указаны в чертеже поковки по требо@ ванию заказчика. Припуски назначают на все обра@ батываемые поверхности, допуски — на все номинальные размеры поковки. Для 1@го класса точности T1 допус@ ки устанавливают на те функциональ@ ные поверхности, которые не подвер@ гаются окончательной обработке. Рис. 3. Примеры определения исходного индекса поковки ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 13 Рис. 4. Пример простановки размеров на чертеже поковки от баз, исполь зуемых при обработке резанием Назначение припусков. Припуск — предусмотренное увеличение размера поковки по сравнению с номиналь@ ным размером детали (рис. 5), обеспе@ чивающее после обработки резанием требуемые, проставленные на чертеже размеры детали и шероховатость ее поверхности. Припуск на механическую обработку включает основной, а также дополнитель ные припуски, учитывающие отклоне@ ния формы поковки. Величины при@ пусков следует назначать на одну сторо@ ну номинального размера поковки. При назначении припусков разрешается ок@ руглять линейные размеры поковки с точностью до 0,5 мм. При назначении величины припус@ ка на поверхность, положение которой определяется двумя и более размерами поковки, устанавливают наибольшее Рис. 5. Схема, иллюстрирующая раз меры и поля допусков поковки: 1 — деталь; 2 — размер детали; 3 — номинальный размер поковки; 4 — наименьший предельный размер поковки; 5 — наибол ьший пре@ дельный размер поковки; 6 — вели@ чина припуска; 7 — допуск (поле допуска); 8 — положительная вели@ чина допускаемого отклонения; 9 — отрицательная величина допускае@ мого отклонения значение припуска для данной поверх@ ности. Основные припуски на механическую обработку поковок в зависимости от исходного индекса, линейных разме@ ров и шероховатости поверхности дета@ ли по ГОСТ 2789–73 (в ред. 1987 г.) ус@ танавливают по табл. 4. При пуски на толщину поковки, подвергаемой хо@ лодной или горячей калибровке, уста@ навливают согласно табл. 5. Ширину, длину и диаметр поковки или ее эле@ ментов, изменяющихся при калибров@ ке, устанавливают по согласованию между изготовителем и потребителем. Дополнительные припуски на ме@ ханическую обработку, учитывающие смещение поковки (табл. 6), изогну@ тость и отклонения от плоскостности и прямолинейности (табл. 7), межцен@ трового и межосевого расстояний 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Исходный индекс До 25 25…40 40…63 Толщина детали, мм 63…100 100…160 160…250 Св. 250 Длина, ширина, диаметр, глубина и высота детали, мм До 40 40…100 100…160 160…250 250…400 400…630 630…1000 1000…1600 1600…2500 Шероховатость поверхности, мкм 100 10 100 10 100 10 100 10 100 10 100 10 100 10 100 10 100 10 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 12,5 1,6 12,5 1,6 12,5 1,6 12,5 1,6 12,5 1,6 12,5 1,6 12,5 1,6 12,5 1,6 12,5 1,6 0,4 0,6 0,7 0,4 0,6 0,7 0,5 0,6 0,7 0,6 0,8 0,9 0,6 0,8 0,9 – – – – – – – – – – – – 0,4 0,6 0,7 0,5 0,6 0,7 0,6 0,8 0,9 0,6 0,8 0,9 0,7 0,9 1,0 0,8 1,0 1,1 – – – – – – – – – 0,5 0,6 0,7 0,6 0,8 0,9 0,6 0,8 0,9 0,7 0,9 1,0 0,8 1,0 1,1 0,9 1,1 1,2 1,0 1,3 1,4 – – – – – – 0,6 0,8 0,9 0,6 0,8 0,9 0,7 0,9 1,0 0,8 1,0 1,1 0,9 1,1 1,2 1,0 1,3 1,4 1,1 1,4 1,5 – – – – – – 0,6 0,8 0,9 0,7 0,9 1,0 0,8 1,0 1,1 0,9 1,1 1,2 1,0 1,3 1,4 1,1 1,4 1,5 1,2 1,5 1,6 1,3 1,6 1,8 – – – 0,7 0,9 1,0 0,8 1,0 1,1 0,9 1,1 1,2 1,0 1,3 1,4 1,1 1,4 1,5 1,2 1,5 1,6 1,3 1,6 1,8 1,4 1,7 1,9 1,5 1,8 2,0 0,8 1,0 1,1 0,9 1,1 1,2 1,0 1,3 1,4 1,1 1,4 1,5 1,2 1,5 1,6 1,3 1,6 1,8 1,4 1,7 1,9 1,5 1,8 2,0 1,7 2,0 2,2 0,9 1,1 1,2 1,0 1,3 1,4 1,1 1,4 1,5 1,2 1,5 1,6 1,3 1,6 1,8 1,4 1,7 1,9 1,5 1,8 2,0 1,7 2,0 2,2 1,9 2,3 2,5 1,0 1,3 1,4 1,1 1,4 1,5 1,2 1,5 1,6 1,3 1,6 1,8 1,4 1,7 1,9 1,5 1,8 2,0 1,7 2,0 2,2 1,9 2,3 2,5 2,0 2,5 2,7 1,1 1,4 1,5 1,2 1,5 1,6 1,3 1,6 1,8 1,4 1,7 1,9 1,5 1,8 2,0 1,7 2,0 2,2 1,9 2,3 2,5 2,0 2,5 2,7 2,2 2,7 3,0 1,2 1,5 1,6 1,3 1,6 1,8 1,4 1,7 1,9 1,5 1,8 2,0 1,7 2,0 2,0 1,9 2,3 2,5 2,0 2,5 2,7 2,2 2,7 3,0 2,4 3,0 3,3 1,3 1,6 1,8 1,4 1,7 1,9 1,5 1,8 2,0 1,7 2,0 2,2 1,9 2,3 2,5 2,0 2,5 2,7 2,2 2,7 3,0 2,4 3,0 3,3 2,6 3,2 3,5 1,4 1,7 1,9 1,5 1,8 2,0 1,7 2,0 2,2 1,9 2,3 2,5 2,0 2,5 2,7 2,2 2,7 3,0 2,4 3,0 3,3 2,6 3,2 3,5 2,8 3,5 3,8 1,5 1,8 2,0 1,7 2,0 2,2 1,9 2,3 2,5 2,0 2,5 2,7 2,2 2,7 3,0 2,4 3,0 3,3 2,6 3,2 3,5 2,8 3,5 3,8 3,0 3,8 4,1 1,7 2,0 2,2 1,9 2,3 2,5 2,0 2,5 2,7 2,2 2,7 3,0 2,4 3,0 3,3 2,6 3,2 3,5 2,8 3,5 3,8 3,0 3,8 4,1 3,4 4,3 4,7 1,9 2,3 2,5 2,0 2,5 2,7 2,2 2,7 3,0 2,4 3,0 3,3 2,6 3,2 3,5 2,8 3,5 3,8 3,0 3,8 4,1 3,4 4,3 4,7 3,7 4,7 5,1 2,0 2,5 2,7 2,2 2,7 3,0 2,4 3,0 3,3 2,6 3,2 3,5 2,8 3,5 3,8 3,0 3,8 4,1 3,4 4,3 4,7 3,7 4,7 5,1 4,1 5,1 5,6 2,2 2,7 3,0 2,4 3,0 3,3 2,6 3,2 3,5 2,8 3,5 3,8 3,0 3,8 4,1 3,4 4,3 4,7 3,7 4,7 5,1 4,1 5,1 5,6 4,5 5,7 6,2 2,4 3,0 3,3 2,6 3,2 3,5 2,8 3,5 3,8 3,0 3,8 4,1 3,4 4,3 4,7 3,7 4,7 5,1 4,1 5,1 5,6 4,5 5,7 6,2 4,9 6,2 6,8 2,6 3,2 3,5 2,8 3,5 3,8 3,0 3,8 4,1 3,4 4,3 4,7 3,7 4,7 5,1 4,1 5,1 5,6 4,5 5,7 6,2 4,9 6,2 6,8 5,4 6,8 7,5 2,8 3,5 3,8 3,0 3,8 4,1 3,4 4,3 4,7 3,7 4,7 5,1 4,1 5,1 5,6 4,5 5,7 6,2 4,9 6,2 6,8 5,4 6,8 7,5 5,8 7,4 8,1 3,0 3,8 4,1 3,4 4,3 4,7 3,7 4,7 5,1 4,1 5,1 5,6 4,5 5,7 6,2 4,9 6,2 6,8 5,4 6,8 7,5 5,8 7,4 8,1 6,2 7,9 8,7 3,4 4,3 4,7 3,7 4,7 5,1 4,1 5,1 5,6 4,5 5,7 6,2 4,9 6,2 6,8 5,4 6,8 7,5 5,8 7,4 8,1 6,2 7,9 8,7 7,1 9,1 10,0 4. Основные припуски, мм, на механическую обработку (на сторону) 14 Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 15 5. Допуски и припуски на толщину поковок, подвергаемых холодной и горячей калибровке Площадь поверхности, подвергаемой калибровке, см2 Припуск, мм Поле допуска при K, мм До 0,5 вкл. Св. 0,5 До 2,5 вкл. 0,25 0,32 0,26 Св. 2,5 » 6,3 » 0,30 0,36 0,32 » 6,3 » 10,0 » 0,36 0,40 0,36 » 10,0 » 16,0 » 0,40 0,44 0,40 » 16,0 » 25,0 » 0,50 0,50 0,44 » 25,0 » 40,0 » 0,60 0,60 0,50 » 40,0 » 80,0 » 0,70 0,80 0,60 П р и м е ч а н и я: 1. Допуск на калибровку — это отклонение размера между калиброванными плоскостями в зависимости от площади, подвергаемой калибровке, и коэффициента K, определяе@ мого отношением толщины (расстояние между калиброванными плоскостями) к ширине поверх@ ности, подвергаемой калибровке поковки или ее элемента. 2. При одновременной калибровке нескольких плоскостей поковки площадь поверхности, под@ вергаемой калибровке, определяют как их сумму. Допуски и допускаемые отклонения устанавлива@ ют на все калиброванные элементы по наименьшему значению K. 3. При калибровке в холодном состоянии допускаемые отклонения принимают равными половине поля допуска. 4. При горячей калибровке припуски и допуски на толщину поковок могут быть увеличены до 1,5 раз. (табл. 8), угловых размеров, определя@ ют исходя из формы поковки, ее раз@ меров или массы, технологии изготов@ ления и класса точности. Величину дополнительного припус@ ка, учитывающего отклонения угловых размеров, устанавливают по согласова@ нию между изготовителем и потребите@ лем. При изготовлении стержневых по@ ковок с двухсторонней высадкой или Масса поковок, кг. . . . . . . . . . . До 3,2 Припуск, мм . . . . . . . . . . . . . . До 0,5 Кузнечные напуски. Напуски — уве@ личение припуска в целях упрощения конфигурации поковки из@за невоз@ можности или нерентабельности ее изготовления с контуром, соответст@ вующим контуру детали. Кузнечные напуски могут быть образованы на поковке штамповоч@ ными уклонами, радиусами закруг@ поковок, у которых стержни не под@ вергаются деформации, припуски на обработку должны устанавливаться с учетом приведенных допусков по дли@ не стержней (см. «Назначение допус@ ков»). При изготовлении поковок по классу точности Т5 с применением пламенного нагрева заготовок допус@ кается увеличение припуска на обра@ ботку: Св. 3,2 до 10,0 До 0,8 Св. 10,0 До 1,0 ления внутренних углов, непроби@ ваемой перемычкой в отверстиях и невыполнимыми в штамповочных операциях поднутрениями и полос@ тями. Штамповочные уклоны облегчают извлечение поковки из ручья штампа. Их назначают на все поверхности де@ тали, располагающиеся параллельно Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 16 6. Припуски на смещение по поверхности разъема штампа Припуск для классов точности, мм Плоская поверхность разъема (П) Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Симметрично изогнутая поверхность разъема (Ис) Масса поко вки, кг Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Несимметрично изо гнутая поверхность разъема (Ин) Т1 До 0,5 вкл. Св. 0,5 » 1,0 » » 1,0 » 1,8 » » 1,8 » 3,2 » » 3,2 » 5,6 » » 5,6 » 10,0 » » 10,0 » 20,0 » » 20,0 » 50,0 » » 50,0 » 125,0 » » 125,0 » 250,0 » 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,4 Т3 Т4 Т5 0,2 0,3 0,3 0,4 0,3 0,4 0,5 0,4 0,5 0,6 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 Т2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,4 0,5 0,6 0,7 0,9 0,5 0,6 0,7 0,9 1,2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,9 1,2 1,6 0,5 0,6 0,7 0,9 1,2 1,6 2,0 7. Припуски на изогнутость и отклонения от плоскостности и прямолинейности Припуски для классов точности, мм Наибольший размер поковки, мм Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 До 100 вкл. 0,1 0,2 0,2 0,3 0,4 Св. 100 » 160 » 0,2 0,2 0,3 0,4 0,5 » 160 » 250 » 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 » 250 » 400 » 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 » 400 » 630 » 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 » 630 » 1000 » 0,5 0,6 0,8 1,0 1,2 » 1000 » 1600 » 0,6 0,8 1,0 1,2 1,6 » 1600 » 2500 » 0,8 1,0 1,2 1,6 2,0 движению инструмента. При изготов@ лении поковок на горизонтально@ко@ вочных машинах штамповочные укло@ ны назначают на все замкнутые штам@ пом поверхности, располагающиеся перпендикулярно движению главного ползуна, на поверхности выступов и углублений, располагающиеся парал@ лельно к движению ползуна и выпол@ няемые пуансонами, а также на по@ верхности сквозных отверстий или глубоких впадин, выполняемых фор@ мовочными или прошивными пуансо@ нами. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 17 8. Припуски на отклонения межосевого расстояния Расстояние между центрами, осями, мм Припуски для классов точности, мм Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 До 60 вкл. 0,1 0,1 0,2 0,2 0,3 100 » 0,1 0,2 0,2 0,3 0,5 Св. 60 » » 100 » 160 » 0,2 0,2 0,3 0,5 0,8 » 160 » 250 » 0,2 0,3 0,5 0,8 1,2 » 250 » 400 » 0,3 0,5 0,8 1,2 1,6 » 400 » 630 » 0,5 0,8 1,2 1,6 2,0 » 630 » 1000 » 0,8 1,2 1,6 2,0 2,5 » 1000 » 1600 » 1,2 1,6 2,0 2,5 4,0 » 1600 » 2500 » 1,6 2,0 2,5 4,0 6,0 Штамповочные уклоны (как и все другие виды напусков) приводят к уве@ личению массы поковок, а следова@ тельно, к увеличению расхода металла и затрат на обработку резанием. Штам@ повочные уклоны не должны превы@ шать величин, приведенных в табл. 9. Минимальные радиусы закруглений наружных углов поковок в зависимо@ сти от глубины полости ручья штампа устанавливают по табл. 10. Радиусы внутренних сопряжений по@ ковки и соответствующие им радиусы выступов ручьев штампа должны быть в 2–3 раза больше радиусов закруглений наружных углов поковки. Величину ра@ диуса закругления внутренних углов ус@ танавливают по согласованию между из@ готовителем и потребителем. Впадины и углубления в поковке, когда их оси параллельны направлению движения одной из подвижных частей штампа, а диаметр или наименьший по@ перечный размер не менее 30 мм, вы@ полняют глубиной до 0,8 их диаметра или наименьшего поперечного разме@ ра — при изготовлении на молотах и прессах и до трех диаметров — при изго@ товлении на горизонтально@ковочных машинах. 9. Штамповочные уклоны Оборудование Штамповочные уклоны, ° на наружной поверхности на внутренней поверхности Штамповочные молоты, прессы без выталкивателей 7 10 Прессы с выталкивателями, горизон@ тально@ковочные машины 5 7 Горячештамповочные автоматы 1 2 П р и м е ч а н и я: 1. На поверхностях отверстий в поковках, изготовленных на горизонтально@ко@ вочных машинах, штамповочный уклон не должен превышать 3°. 2. У изготовленных на штамповочных молотах и прессах без выталкивателей поковок, имеющих элементы в виде ребра, выступа, реборды с отношением их высоты к ширине более 2,5, допус@ кается штамповочный уклон до 10° на внешней поверхности и до 12° на внутренней. Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 18 10. Радиусы закруглений Rн наружных углов поковок Мин имальные значения радиусов закруглений, мм, при глубине полости ручья штампа, мм Масса поковки, кг До 10 вкл. 10…25 25…50 Св. 50 До 1,0 вкл. 1,0 1,6 2,0 3,0 Св. 1,0 » 6,3 » 1,6 2,0 2,5 3,6 » 6,3 » 16,0 » 2,0 2,5 3,0 4,0 » 16,0 » 40,0 » 2,5 3,0 4,0 5,0 » 40,0 » 100,0 » 3,0 4,0 5,0 7,0 » 100,0 » 250,0 » 4,0 5,0 6,0 8,0 В поковке выполняют сквозные от@ верстия при двухстороннем углубле@ нии, если при ее изготовлении их оси параллельны направлению движения одной из подвижных частей штампа, диаметр сквозного отверстия не менее 30 мм, а толщина поковки в месте про@ бивки — не более диаметра пробивае@ мого отверстия. Напуск на пробы должен соот@ ветствовать техническим требовани@ ям к поко вкам и предусматривается в месте, указанном на чертеже по@ ковки. Назначение допусков. Допуск — от@ клонение размера от номинального (абсолютная величина разности между наибольшим и наименьшим предель@ ными размерами), обусловленное не@ точностью изготовления, недоштам@ повкой, износом ручья и т.п. Допуск зависит от массы поков@ ки, степени ее сложности, группы стали, класса точности и размеров поковки. Допуски и допускаемые от@ клонения линейных размеров поко@ вок назначают в зависимости от ис@ ходного индекса и размеров поковки по табл. 11 и распространяют на все внешние и внутренние размеры по@ ковок. Класс точности . . . . . . . . T1 Допуск, мм. . . . . . . . . . . До 2 T2 До 3 Допуски по длине и ширине поков@ ки относятся к размерам тех ее поверх@ ностей, которые расположены с одной стороны поверхности разъема штам@ па, т.е. в одной ее части, и охватывают все отклонения. Допуски размеров и допускаемые отклонения размеров толщин T, t (рис. 6), учитывающие недоштампов@ ку, устанавливают по наибольшей тол@ щине поковки и распространяют на все размеры ее толщины. Допуски на внутренние размеры поковок (d, h1) принимают с обратны@ ми знаками, что связано с уменьшени@ ем выступов в ручье штампа вследст@ вие их износа. Допуски и допускаемые отклоне@ ния размеров, отражающие односто@ ронний износ штампов, равны 0,5 значений допусков, приведенных в табл. 11. Допуски на свободные размеры принимают равными 1,5 допуска соответствующего размера поковки с равными допускаемыми отклоне@ ниями. Для поковок, у которых стержень выходит за пределы штампа и не под@ вергается деформации, допуск длины стержня принимают равным: T3 До 4 T4 До 5 T5 До 6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 2,0 2,2 +0,4 -0,2 +0,5 -0,2 +0,5 -0,3 +0,6 -0,3 +0,7 -0,3 +0,8 -0,4 +0,9 -0,5 +1,1 -0,5 +1,3 -0,7 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 2,0 5 6 7 8 9 10 11 12 4 0,6 +0,3 -0,2 0,5 3 0,5 0,4 2 +0,3 -0,1 0,3 1 +1,4 -0,8 +1,3 -0,7 +1,1 -0,5 +0,9 -0,5 +0,8 -0,4 +0,7 -0,3 +0,6 -0,3 +0,5 -0,3 +0,5 -0,2 +0,4 -0,2 +0,3 -0,2 +0,3 -0,1 40…100 До 40 0,4 40…63 До 40 +0,2 -0,1 Исходный индекс 2,5 2,2 2,0 1,6 1,4 1,2 1,0 0,9 0,8 0,7 0,5 +1,6 -0,9 +1,4 -0,8 +1,3 -0,7 +1,1 -0,5 +0,9 -0,5 +0,8 -0,4 +0,7 -0,3 +0,6 -0,3 +0,5 -0,3 +0,5 -0,2 +0,4 -0,2 +0,3 -0,2 100…160 0,5 100…160 160…250 2,8 2,5 2,2 2,0 1,6 1,4 1,2 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 +1,8 -1,0 +1,6 -0,9 +1,4 -0,8 +1,3 -0,7 +1,1 -0,5 +0,9 -0,5 +0,8 -0,4 +0,7 -0,3 +0,6 -0,3 +0,5 -0,3 +0,5 -0,2 +0,4 -0,2 160…250 3,2 2,8 2,5 2,2 2,0 1,6 1,4 1,2 1,0 0,9 0,8 0,7 +2,1 -1,1 +1,8 -1,0 +1,6 -0,9 +1,4 -0,8 +1,3 -0,7 +1,1 -0,5 +0,9 -0,5 +0,8 -0,4 +0,7 -0,3 +0,6 -0,3 +0,5 -0,3 +0,5 -0,2 250…400 3,6 3,2 2,8 2,5 2,2 2,0 1,6 1,4 1,2 1,0 0,9 – +2,4 -1,2 +2,1 -1,1 +1,8 -1,0 +1,6 -0,9 +1,4 -0,8 +1,3 -0,7 +1,1 -0,5 +0,9 -0,5 +0,8 -0,4 +0,7 -0,3 +0,6 -0,3 – 400…630 4,0 3,6 3,2 2,8 2,5 2,2 2,0 1,6 1,4 1,2 – – +2,7 -1,3 +2,4 -1,2 +2,1 -1,1 +1,8 -1,0 +1,6 -0,9 +1,4 -0,8 +1,3 -0,7 +1,1 -0,5 +0,9 -0,5 +0,8 -0,4 – – 4,5 4,0 3,6 3,2 2,8 2,5 2,2 2,0 – – – – +3,0 -1,5 +2,7 -1,3 +2,4 -1,2 +2,1 -1,1 +1,8 -1,0 +1,6 -0,9 +1,4 -0,8 +1,3 -0,7 – – – – 1000…1600 Св. 250 630…1000 Длина, ширина, диаметр, глубина и высота поковки, мм 63…100 Наибольшая толщина поковки, мм 11. Допуски и допускаемые отклонения линейных размеров поковок 5,0 4,5 4,0 3,6 3,2 2,8 2,5 – – – – – +3,3 -1,7 +3,0 -1,5 +2,7 -1,3 +2,4 -1,2 +2,1 -1,1 +1,8 -1,0 +1,6 -0,9 – – – – – 1600…2500 ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 19 2,8 3,2 3,6 4,0 4,5 5,0 5,6 6,3 7,1 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2,8 3,2 3,6 4,0 4,5 5,0 5,6 6,3 7,1 8,0 +1,6 -0,9 +1,8 -1,0 +2,1 -1,1 +2,4 -1,2 +2,7 -1,3 +3,0 -1,5 +3,3 -1,7 +3,7 -1,9 +4,2 -2,1 +4,7 -2,4 +5,3 -2,7 +4,7 -2,4 +4,2 -2,1 +3,7 -1,0 +3,3 -1,7 +3,0 -1,5 +2,7 -1,3 +2,4 -1,2 +2,1 -1,1 +1,8 -1,0 +1,6 -0,9 9,0 8,0 7,1 6,3 5,6 5,0 4,5 4,0 3,6 3,2 +6,0 -3,0 +5,3 -2,7 +4,7 -2,4 +4,2 -2,1 +3,7 -1,9 +3,3 -1,7 +3,0 -1,5 +2,7 -1,3 +2,4 -1,2 +2,1 -1,1 +1,8 -1,0 100…160 2,8 100…160 160…250 10,0 9,0 8,0 7,1 6,3 5,6 5,0 4,5 4,0 3,6 3,2 +6,7 -3,3 +6,0 -3,0 +5,3 -2,7 +4,7 -2,4 +4,2 -2,1 +3,7 -1,9 +3,3 -1,7 +3,0 -1,5 +2,7 -1,3 +2,4 -1,2 +2,1 -1,1 160…250 11,0 10,0 9,0 8,0 7,1 6,3 5,6 5,0 4,5 4,0 3,6 +7,4 -3,6 +6,7 -3,3 +6,0 -3,0 +5,3 -2,7 +4,7 -2,4 +4,2 -2,1 +3,7 -1,9 +3,3 -1,7 +3,0 -1,5 +2,7 -1,3 +2,4 -1,2 250…400 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,1 6,3 5,6 5,0 4,5 4,0 +8,0 -4,0 +7,4 -3,6 +6,7 -3,3 +6,0 -3,0 +5,3 -2,7 +4,7 -2,4 +4,2 -2,1 +3,7 -1,9 +3,3 -1,7 +3,0 -1,5 +2,7 -1,3 400…630 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,1 6,3 5,6 5,0 4,5 +8,6 -4,4 +8,0 -4,0 +7,4 -3,6 +6,7 -3,3 +6,0 -3,0 +5,3 -2,7 +4,7 -2,4 +4,2 -2,1 +3,7 -1,9 +3,3 -1,7 +3,0 -1,5 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,1 6,3 5,6 5,0 +9,2 -4,8 +8,6 -4,4 +8,0 -4,0 +7,4 -3,6 +6,7 -3,3 +6,0 -3,0 +5,3 -2,7 +4,7 -2,4 +4,2 -2,1 +3,7 -1,9 +3,3 -1,7 1000…1600 Св. 250 630…1000 Длина, ширина, диаметр, глубина и высота поковки, мм 63…100 П р и м е ч а н и е. Толщина — высотный размер геометрического элемента поковки, получаемого в обеих частях штампа. 2,5 14 2,5 +1,4 -0,8 40…100 До 40 2,2 40…63 До 40 13 Исходный индекс Наибольшая толщина поковки, мм 16,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,1 6,3 5,6 +10,0 -6,0 +9,2 -4,8 +8,6 -4,4 +8,0 -4,0 +7,4 -3,6 +6,7 -3,3 +6,0 -3,0 +5,3 -2,7 +4,7 -2,4 +4,2 -2,1 +3,7 -1,9 1600…2500 Окончание табл. 11 20 Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 21 Рис. 6. Внешние и внутренние размеры поковки: L, l — длина; B, b — ширина; D, d — диаметр; H, h — высота; h1 — глубина впадины; Rв, Rн — радиусы закруглений внутреннего и наружного угла поковки; T, t — толщина поковки Величину допуска длины недефор@ мированного стержня у поковок, по@ лученных двухсторонней высадкой, удваивают. Для поковок, полученных высадкой с последующей штамповкой и высадкой проката мерной длины, допуск длины стержня устанавливают по согласованию между изготовите@ лем и потребителем. В величину до@ пуска не входят отклонения по смя@ тию и неперпендикулярности торцов стержня. Для участка стержня, зажатого в штампе или в клещах (при штамповке от заднего упора), допускают увеличе@ ние диаметра стержня на величину уд@ военного положительного допускае@ мого отклонения по табл. 11 на рас@ стоянии до двух диаметров от головки поковки и полутора диаметров от тор@ ца стержня. Допускаемые отклонения размеров сечения стержня на недеформируемых участках поковки определяют по соот@ ветствующим стандартам на сорта@ мент проката с увеличением отрица@ тельного допускаемого отклонения не более чем на 0,5 мм. Допускаемое отклонение торца стер жня поковки после отрезки заготовок из прутка, не подвергаемого деформа@ ции при штамповке (рис. 7), опреде@ ляют по табл. 12 в зависимости от диа@ метра прутка. Допускается неперпен@ дикулярность поверхности среза к оси заготовки до 7°. Допускаемые отклонения межосево го расстояния (A1) в поковках (см. Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 22 Рис. 8. Пример простановки межосевых разме ров от установочных баз, используемых при об работке резанием Рис. 7. Схема к определению допускаемого от клонения торца стержня поковки 12. Допуски на отрезаемый торец прутка Диаметр прут@ Допускаемое отклонение, мм ка (d), мм х у До 40 вкл. 0,08d 1d Св. 40 0,07d 0,8d рис. 6) не должны превышать величин, указанных в табл. 13. Межосевые рас@ стояния в поковках измеряют относи@ тельно установочных измерительных баз (рис. 8). Допуски на межосевые расстояния определяют величину разностенности отверстий после механической обра@ ботки поковки и могут полностью пе@ реходить в готовую деталь. Чтобы из@ бежать ослабления стенок отверстий в деталях, при конструировании поко@ вок за счет этих допусков бобышкам придают овальную форму. Допускаемое отклонение межосе@ вого расстояния (A2) в поковке (см. рис. 8) устанавливают по согласова@ нию потребителя с изготовителем. Допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа опреде@ ляется в зависимости от массы поков@ ки, конфигурации поверхности разъе@ ма штампа и класса точности и не должна превышать значений, приве@ денных в табл. 14. 13. Допуски на межосевые расстояния поковок Допускаемые отклонения межосевого расстоя@ ния для классов точности, мм Межцентровое расстояние, мм До 60 вкл. Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 ±0,10 ±0,15 ±0,20 ±0,25 ±0,30 Св. 60 » 100 » ±0,15 ±0,20 ±0,25 ±0,30 ±0,50 » 100 » 160 » ±0,20 ±0,25 ±0,30 ±0,50 ±0,80 » 160 » 250 » ±0,25 ±0,30 ±0,50 ±0,80 ±1,20 » 250 » 400 » ±0,30 ±0,50 ±0,80 ±1,20 ±1,60 » 400 » 630 » ±0,50 ±0,80 ±1,20 ±1,60 ±2,00 » 630 » 1000 » ±0,80 ±1,20 ±1,60 ±2,00 ±3,00 » 1000 » 1600 » ±1,20 ±1,60 ±2,00 ±3,00 ±4,50 » 1600 » 2500 » ±1,60 ±2,00 ±3,00 ±4,50 ±7,00 ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 23 14. Допускаемое смещение по поверхности разъема штампа Допускаемое смещение по поверхности разъема штампа, мм Пл оская поверхность разъема штампа (П) Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Симметрично изогнутая поверхность разъема штампа (Ис) Масса поковки, кг Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Несимметрично изогнутая поверхность разъема штампа (Ин) Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 До 0,5 вкл. 0,1 0,2 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 1,0 » 0,2 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Св. 0,5 » » 1,0 » 1,8 » 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 » 1,8 » 3,2 » 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0 » 3,2 » 5,6 » 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0 1,2 » 5,6 » 10,0 » 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0 1,2 1,4 » 10,0 » 20,0 » 0,6 0,7 0,8 1,0 1,2 1,4 1,8 » 20,0 » 50,0 » 0,7 0,8 1,0 1,2 1,4 1,8 2,5 » 50,0 » 125,0 » 0,8 1,0 1,2 1,4 1,8 2,5 3,2 » 125,0 » 250,0 » 1,0 1,2 1,4 1,8 2,5 3,2 4,0 Смещение m определяют в месте наибольшего смещения контуров по@ ковки (рис. 9). Для штампов с одной поверхностью разъема (см. рис. 9, а) смещение вычисляют по формуле m = 0,5(a2 - a1 ), а для штампов с двумя и более поверх@ ностями разъема (см. рис. 9, б ) — по формуле m = (a2 - a1 ), где а1 и а2 — соответственно наиболь@ ший и наименьший размеры поковки в направлении линейного переноса. Допускаемую величину остаточ ного облоя (г) — выступа, оставшегося на поковке после обрезки облоя или Масса поковки, кг . . . До 1,0 вкл Высота заусенца, мм . . . . . 2 пробивки отверстия (рис. 10, а), опре@ деляют в зависимости от массы поков@ ки, конфигурации поверхности разъе@ ма штампа и класса точности и назна@ чают по табл. 15. Допускаемая величина остаточного облоя не зависит от других допусков и является дополнением к ним. В местах перехода для радиусов до 10 мм допускается назначение удвоен@ ной величины остаточного облоя. Величина срезанной кромки (ф) (рис. 10, б) не должна уменьшать уста@ новленный припуск. Допускаемая высота заусенца (к) (рис. 11, в) на поковке по контуру об@ резки облоя или пробивки отверстия не должна превышать следующих раз@ меров: Св. 1,0 до 5,6 вкл Св. 5,6 до 50,0 вкл Св. 50 3 5 6 24 Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ Рис. 9. Схема к определению смещения поверхности разъема штампа (а, б), неконцентричности (в) и отклонения от соосности (г) При пробивке отверстия эта ве@ личина может быть увеличена в 1,3 раза. Допускаемую величину заусенца (к), образовавшегося по контуру пуансона при штамповке в закрытых штампах — ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ безоблойной штамповке (рис. 11, а), определяют по табл. 16. У поковок, изготовленных на гори@ зонтально@ковочных машинах, допус@ каемая высота заусенца (к) (рис. 11, б) в плоскости разъема матриц не долж@ на превышать удвоенной величины остаточного облоя, определяемого по табл. 15. Заусенцы на необрабатываемых по@ верхностях поковок должны быть уда@ лены по требованию потребителя, ес@ ли форма поковки позволяет произво@ дить зачистку поверхности на зачист@ ных станках. Допускаемое отклонение от сооснос ти (е) непробитых отверстий (наметок) и оси поковки (см. рис. 9, г) принима@ ют не более 1,0 % глубины глухого от@ верстия (наметки). 25 Рис. 10. Схема измерения остаточного облоя (а) и срезанной кромки (б) 15. Допускаемая величина остаточного облоя Допускаемая величина остаточного облоя, мм Плоская поверхность разъема штампа (П) Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Симметрично изогну тая поверх@ ность разъема штампа (Ис) Масса по ковки, кг Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Несимметрично изо гнутая поверх@ ность разъема штампа (Ин) Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 До 0,5 вкл. 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 » 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Св. 0,5 » » 1,0 » 1,8 » 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 » 1,8 » 3,2 » 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 » 3,2 » 5,6 » 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 » 5,6 » 10,0 » 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 » 10,0 » 20,0 » 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,2 » 20,0 » 50,0 » 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,2 2,8 » 50,0 » 125,0 » 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,2 2,8 3,5 » 125,0 » 250,0 » 1,2 1,4 1,6 1,8 2,2 2,8 3,5 4,0 Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 26 Рис. 11. Схема измерения величины заусенца при безоблойной штамповке (а), при штамповке в штампах с разъемными матрицами (б) и при обрезке облоя и пробивке отверстия (в) 16. Допускаемая величина торцевых заусенцев Степень сложно@ сти по@ ковки Масса поковки, кг До Св. » » » » 0,5 3,2 5,6 20,0 50,0 » » » » 0,5 3,2 5,6 20,0 50,0 вкл. » » » » Допускаемая величина заусенца, мм, при макси@ мальном размере поперечного сечения поковки по поверх ности разъема штампа, мм До 40 40…100 100…160 160…250 Св. 250 С1, С2 1,0 2,0 – – – С3 2,0 3,0 – – – С4 3,0 4,0 – – – С1, С2 2,0 3,0 4,0 – – С3 3,0 4,0 5,0 – – С4 4,0 5,0 6,0 – – С1, С2 3,0 4,0 5,0 – – С3 4,0 5,0 6,0 – – С4 5,0 6,0 7,0 – – С1, С2 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 С3 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 С4 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 С1, С2 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 С3 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 С4 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 С1, С2 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 С3 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 С4 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ Допускаемое наибольшее отклоне ние от концентричности (см) пробито@ го в поковке отверстия (величина сме@ щения центра пробитого отверстия от заданных координат по чертежу по@ ковки — см. рис. 9, в) устанавливают по табл. 17. Приведенные допускаемые откло@ нения от концентричности отверстий соответствуют началу пробивки (со стороны входа пуансона в поковку). В конце пробивки (со стороны выхода 27 пуансона) эти отклонения могут быть увеличены на 25 %. Допускаемые отклонения по изо гнутости (Pи ), плоскостности (Pа ) и прямолинейности (Pб ) для плоских по@ верхностей (рис. 12), а также на ради альные биения (для цилиндрических поверхностей) назначают в соответст@ вии с табл. 18. В допусках на неплоскостность, не@ прямолинейность и на радиальные биения не учтены ранее рассмотрен@ 17. Допуски неконцентричности Наибольший размер поковки, мм Допускаемое наибольшее отклонение от концентричности пробитого отверстия для классов точности, мм Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 До 100 вкл. 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 100 » 160 » 0,5 0,6 0,8 1,0 1,5 » 160 » 250 » 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0 » 250 » 400 » 0,8 1,0 1,5 2,0 2,5 » 400 » 650 » 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 » 650 » 1000 » 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 Св. 18. Допускаемые отклонения по изогнутости, от плоскостности, прямолинейности и радиальные биения Допускаемые отклонения по изогнутости для классов точности, мм Наибольший размер поковки, мм До 100 вкл. Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 Св. 100 » 160 » 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 » 160 » 250 » 0,5 0,6 0,8 1,0 1,2 » 250 » 400 » 0,6 0,8 1,0 1,2 1,6 » 400 » 630 » 0,8 1,0 1,2 1,6 2,0 » 630 » 1000 » 1,0 1,2 1,6 2,0 2,5 » 1000 » 1600 » 1,2 1,6 2,0 2,5 3,2 » 1600 » 2500 » 1,6 2,0 2,5 3,2 4,0 П р и м е ч а н и я: 1. Длинномерные поковки с размерами свыше 1000 мм подвергают правке пе@ ред механической обработкой. 2. Допуск радиального биения цилиндрических поверхностей не должен превышать удвоенного значения, указанного в настоящей таблице (назначают по согласованию между изготовителем и потребителем). Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 28 Рис. 12. Схема к определению изогнутости, откло нения от плоскостности (а) и прямолинейности (б) ные допуски и перепады по толщине (высоте) или ширине поковок. При расположении отдельных эле@ ментов поковок под углом к оси (рис. 13) допускаемые угловые от клонения (a) этих элементов определя@ ют по табл. 19. Допуск радиусов закруглений внут ренних (Rв ) и наружных (Rн ) углов по@ ковок (см. рис. 6) устанавливают по табл. 20. Допускаемые отклонения штам@ повочных уклонов на поковках уста@ навливают в пределах ±0,25 их номи@ нальной величины, определенной по табл. 9. Допуски высоты (длины) стержня, втулки и отростка поковки, изготов@ 19. Допуски на угловые отклонения элементов поковок Допускаемые отклонения угловых элементов поковки для классов точности Длина элемента, мм До Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 25 вкл. ±0°45¢ ±1°00¢ ±1°30¢ ±2°00¢ ±2°30¢ Св. 25 » 60 » ±0°30¢ ±0°45¢ ±1°00¢ ±1°30¢ ±2°00¢ » 60 » 100 » ±0°15¢ ±0°30¢ ±0°45¢ ±1°00¢ ±1°30¢ » 100 » 160 » ±0°10¢ ±0°15¢ ±0°30¢ ±0°45¢ ±1°00¢ » 160 ±0°05¢ ±0°10¢ ±0°15¢ ±0°30¢ ±0°45¢ П р и м е ч а н и е. Допускаемые отклонения угловых размеров для поковок, скручивание или гиб@ ка элементов которых производится на отдельном оборудовании, увеличивают на 50 %. 20. Допуск радиусов закруглений углов поковок Допуск радиусов закруглений для классов точности, мм Радиус закругления, мм Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 До 4 вкл. 0,5 0,5 0,5 1,0 2,0 Св. 4 » 6 » 0,5 0,5 1,0 2,0 3,0 » 6 » 10 » 1,0 1,0 2,0 3,0 5,0 » 10 » 16 » 1,0 2,0 3,0 5,0 8,0 » 16 » 25 » 2,0 3,0 5,0 8,0 12,0 » 25 » 40 » 3,0 5,0 8,0 12,0 20,0 » 40 » 60 » 5,0 8,0 12,0 20,0 30,0 » 60 » 100 » 8,0 12,0 20,0 30,0 50,0 ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 29 Рис. 13. Поковки с угловым расположением элементов: L — длина элемента; a — угловые размеры элементов поковки ленной выдавливанием, устанавлива@ ют по согласованию между изготови@ телем и потребителем. На поковках допускаются следы в виде впадин или выступов, образую@ щиеся от выталкивателя или от за@ жимных элементов штампа. Глубина впадины не должна превышать 0,5 величины фактического припуска. Высота выступа допускается до 3,0 мм на обрабатываемой поверхности, а на необрабатываемой поверхности до@ пускаемая ее величина должна быть согласована между изготовителем и потребителем. Допуски толщины поковки, подвер@ гаемой холодной или горячей калиб@ ровке, устанавливают по табл. 5. Ширину, длину и диаметр поковки или ее элементов, изменяющихся при калибровке, устанавливают по согла@ сованию между изготовителем и по@ требителем. При этом одностороннее увеличение размеров не должно пре@ вышать удвоенного положительного отклонения, а уменьшение — удвоен@ ного отрицательного отклонения раз@ мера до калибровки. Отклонения от параллельности, плоскостности и прямолинейности калиброванных плоскостей допуска@ ются в пределах допуска размера после калибровки. Допускаемые отклонения формы и расположения поверхностей, на@ значенные по табл. 14–19, а также радиального биения, несоосности, штамповочных уклонов, высоты за@ усенца, величины срезанной кромки и следов от выталкивателя и зажим@ ных элементов штампа являются са@ мостоятельными и не зависят от до@ пускаемых отклонений размеров по@ ковки. На поковки с массой более 250 кг или с линейными размерами более 2500 мм, на поковки из жаропрочных, жа ростойких и коррозионно@стойких сталей и сплавов, а также на дополни@ тельные специальные элементы поко@ вок (пробы для механических испыт аний, захваты для подвешивания по@ ковок при термической обработке и для других технологических целей) до@ пуски размеров, отклонений формы, припусков, кузнечных напусков и наименьшие радиусы закругления на@ ружных углов устанавливают по согла@ сованию между заготовителем и по@ требителем. 30 Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ Рис. 14. Чертежи: а — детали «Рычаг»; б — поковки рычага Расчет припусков, допусков и напус ков на поковки. Пример 1. Поковки, штампуемые на молотах. Расчет выполняем на основании данных, приведенных на чертеже детали (рис. 14, а): деталь — рычаг; материал — сталь 12Х2Н4А (по ГОСТ 4543–71) с содержанием 0,09…0,15 % С; 0,17…0,37 % Si; 0,30…0,60 % Mn; 1,25… 1,65 % Cr; 3,25… 3,65 % Ni. Масса детали — 3,3 кг. Нагрев — пламенный газовый. Исходные данные для расчета. Расчетный коэффициент K р = 1,3 (см. табл. 2). Расчетная масса поковки [см. формулу (2)] M п.р = 3,3×1,3 = 4,29 кг. Класс точности — Т5 (см. табл. 1). Группа стали — М3, так как сред@ няя массовая доля углерода в стали 12Х2Н4А — 0,12 % С (менее 0,35 %), а суммарная массовая доля легирующих элементов — 5,62 % (0,27 % Si; 0,45 % Mn; 1,45 % Cr; 3,45 % Ni), что более 5 %. Размеры описывающей поковку фигуры (параллелепипед), мм: дли@ на — 340; высота — 67 (определяем графически); ширина — 67 (из черте@ жа детали). Объем описывающей поковку фи@ гуры определяем с увеличением ее га@ ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 31 Рис. 14. Окончание баритных линейных размеров в 1,03 раза: V ф = 1,033×34×6,7×6,7 = 1667,8 см3. Расчетная масса описывающей фи@ гуры: 1667,8×7,85 = 13092 г = 13,09 кг. Отношение G п / G ф = 4,29 / 13,09 = 0,328, что соответствует степени слож@ ности поковки С2 (см. «Общие поло@ жения»). Конфигурация разъема штампа — Ин (изогнутая несимметрично). Исходный индекс — 16 (см. табл. 3). Припуски и кузнечные напуски. Основные припуски на размеры (см. табл. 4): Размер детали, мм Ra Припуск, мм Толщина 50 3,2 2,7 Толщина 35 3,2 2,5 Диаметр 40 1,6 2,3 Диаметр 28 1,6 2,3 Дополнительные припуски, учиты@ вающие: смещение поковки по поверхности разъема штампа для диаметра 40 мм — Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 32 0,6 мм; для диаметра 28 мм — 0,6 мм (см. табл. 6); отклонения от прямолинейности (при наибольшем габаритном размере поковки, равном 310 мм) для толщины 50 мм — 0,8 мм, для толщины 35 мм — 0,8 мм (см. табл. 7); отклонение межцентрового расстоя@ ния на размер 245 мм — 1,2 мм (см. табл. 8). Штамповочные уклоны (см. табл. 9): на наружной поверхности (не более 7°) принимаем 7°, на внутренней поверхно@ сти (не более 10°) принимаем 10°. Так как поковка относится к группе точности Т5, имеет массу 4,29 кг и бу@ дет нагреваться в пламенной печи, до@ пускается увеличение припуска на об@ работку до 0,8 мм (см. «Дополнитель@ ные припуски»). Размеры поковки и их допускаемые отклонения (рис. 14, б). Размеры детали, мм Припуск, мм Размер поковки, мм Толщина (2,7 + 0,8)×2 57; принимаем 57 50 Толщина 35 (2,5 + 0,8)×2 41,6; принимаем 41,5 Диаметр 40 -(2,3 + 0,6 + 1,2)×2 31,8; принимаем 31,5 Диаметр 28 -(2,3 + 0,6 + 1,2)×2 19,8; принимаем 19,5 Высота 100 (2,7 — 2,5) 100,2; принимаем 100 Минимальный радиус закругления наружных углов для глубины ручья 10…25 мм — 2,0 мм, для глубины ручья 25…50 мм — 2,5 мм (см. табл. 10). При@ нимаем Rн = 3 мм, Rв = 5 мм. Допускаемые отклонения размеров (см. табл. 11), мм: толщина 57+-21,,42 ; высота 100+-21,,73 ; толщина 415 , +-21,,42 ; ширина 60+-21,,42 ; диаметр 50+-21,,42 ; длина 310+-31,,97 ; диаметр 315 , +-12,,11; диаметр 19,5+-12,,11. Неуказанные предельные отклоне@ ния размеров принимаем равными 1,5 допуска соответствующего размера по@ ковки с равными допускаемыми откло@ нениями. Допуски, мм, радиусов закругле@ ний (см. табл. 20): R3+2; R5+3. Допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа (см. табл. 14) — 1,2 мм. Допускаемое отклонение от пло@ скостности и прямолинейности (см. табл. 18) — 1,6 мм. Допускаемая величина остаточно@ го облоя или срезанной кромки (см. табл. 15) — 1,6 мм. Допускаемое отклонение от меж@ центрового расстояния (см. табл. 13) ±1,2 мм. Чтобы убедиться в правильном на@ значении всех припусков, напусков и допусков, необходимо рассчитать мас@ су поковки с учетом 0,5 положитель@ ного допуска для наружных размеров и 0,5 отрицательного допуска для раз@ меров полостей и отверстий. Если рас@ считанная масса не останется в преж@ нем диапазоне, припуски и допуски необходимо пересчитать. Пример 2. Поковки, штампуемые на кривошипных горячештамповочных прес сах. Расчет выполняем на основании данных, приведенных на чертеже дета@ ли (рис. 15, а): деталь — шестерня; ма@ териал — сталь 45ХН2МФА (по ГОСТ 4543–71) с содержанием 0,42…0,50 % С; 0,17…0,37 % Si; 0,5…0,8 % Mn; 0,8… 0,11 % Cr; 1,3…1,8 % Ni; 0,2…0,3 % Mo; 0,10…0,18 % V. Масса детали — 1,83 кг. Нагрев — индукционный. Исходные данные для расчета. Расчетная масса поковки ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 33 Рис. 15. Чертежи: а — детали «Шестерня»; б — поковки шестерни M п.р = 1,83×1,8 = 3,29 кг, где 1,8 — расчетный коэффициент (см. табл. 2). Класс точности — Т4 (см. табл. 1). Группа стали — М2 (см. «Общие по@ ложения»), так как средняя массовая доля углерода в стали 45ХН2МФА со@ Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 34 ставляет 0,46 % С и находится в интер@ вале 0,35…0,65 %, а суммарная массо@ вая доля легирующих элементов — 3,81 %, находится в интервале 2,0… 5,0 % (0,27 % Si; 0,65 % Mn; 0,95 % Cr; 1,55 % Ni; 0,25 % Mo; 0,14 % V). Для определения степени сложности поковки необходимо найти отношение G п / G ф (см. «Общие положения»). Размеры описывающей поковку фи@ гуры (цилиндр), мм: диаметр 127,8×1,05 = = 134,2; высота 39×1,05 = 41 (где 1,05 — коэффициент). Масса описывающей фигуры (рас@ четная) составляет 4,55 кг. Отношение Gп/Gф = 3,3/4,55 = 0,72, что больше 0,63. Следовательно, сте@ пень сложности поковки С1. Конфигурация поверхности разъе@ ма штампа — П (плоская). Исходный индекс — 12 (см. табл. 3). Припуски и кузнечные напуски. Основные припуски на размеры (см. рис. 15, а и табл. 4): Размер детали, мм Ra Припуск, мм диаметр 127,8 6,3 1,8 диаметр 36 6,3 1,6 толщина 39 1,6 1,7 толщина 28 6,3 1,7 Дополнительные припуски, учиты@ вающие: смещение по поверхности разъема штампа — 0,3 мм (см. табл. 6); отклонение от плоскостности — 0,4 мм (см. табл. 7). Штамповочные уклоны на наруж@ ной поверхности принимаем равными 5°, на внутренней — 7° (см. табл. 9). Размеры поковки и их допускаемые отклонения (рис. 15, б): Размеры детали, мм Припуск, мм Размер поковки, мм Диаметр: 127,8 (1,8 + 0,3)×2 132; принимаем 132 36 -(1,6 + 0,3)×2 32,2; принимаем 32 Толщина: 39 (1,7 + 0,4)×2 43,2; принимаем 43 28 (1,7 + 0,4)×2 32,2; принимаем 32 Радиус закругления наружных уг@ лов принимаем равным 3,0 мм (мини@ мальный радиус согласно табл. 10 ра@ вен 2,0 мм). Допускаемые отклонения размеров (см. табл. 11), мм: Диаметр 132 +-10,,69 ; Толщина 43+-10,,48 ; Диаметр 32 +-01,,37 ; Толщина 32 +-10,,37 . Неуказанные предельные отклоне@ ния размеров принимаем равными 1,5 допуска соответствующего размера по@ ковки (см. табл. 11) с равными допус@ каемыми отклонениями (например, Æ86,5±1,6 мм). Неуказанные допуски радиусов закругления определяем по табл. 20: R3+1 мм, R6+2 мм. Допускаемая величина остаточного облоя — 0,9 мм (см. табл. 15); отклоне@ ния от плоскостности — 0,8 мм (см. табл. 18). Допускаемое отклонение от кон@ центричности пробитого отверстия от@ носительно внешнего контура поковки равно 1,0 мм (см. табл. 17), смещение по поверхности разъема штампа — 0,7 мм (см. табл. 14). Допустимая высота заусенца — 3,0 мм (см. табл. 16). Пример 3. Поковки, штампуемые на горизонтальноковочных машинах. Расчет выполняем на основании данных, приведенных на чертеже де@ тали (рис. 16, а): деталь — полуось; материал — сталь 45Г (по ГОСТ 4543–71) с содержанием 0,42…0,50 % С; 0,17…0,37 % Si; 0,7…1,0 % Mn. Масса детали — 16,5 кг. Масса фланца с зажимаемой частью — 6,5 кг, ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ масса шлицевого конца с зажимаемой частью — 4,6 кг. Нагрев заготовок — индукцион@ ный. Число переходов штамповки — 5. Исходные данные для расчета. Расчетную массу поковки определя@ ем для фланцевой и шлицевой частей. Расчетный коэффициент K р для 35 Дополнительные припуски, учиты@ вающие: смещение по плоскости разъема матриц — 0,3 мм (см. табл. 6); отклонения от плоскостности и прямолинейности (см. табл. 7) для диаметра 195 мм — 0,5 мм, для диамет@ ра 56 мм — 0,3 мм. Размеры поковки и их допускаемые отклонения (рис. 16, б). Размеры детали, мм Диаметр: Толщина: Припуск, мм 195 (3,0 + 0,3 + 0,5)×2 202,6; принимаем 202,5 56 (2,5 + 0,3 + 0,3)×2 62,2; принимаем 62 32 2,5 + 0,3 + 0,5 35,3; принимаем 35,5 12 (2,3 + 0,5) + (2,5 + 0,3 + 0,5) 18,1; принимаем 18 100 2,4 + 0,3 фланцевой части равен 1,5, для шли@ цевой части — 1,3 (см. табл. 2). Масса фланца с зажимаемой ча@ стью: 6,5×1,5 = 9,8 кг. Масса шлицевого конца с зажимае@ мой частью: 4,6×1,3 = 6,0 кг. Класс точности — Т4 (см. табл. 1). Группа стали — М2, так как средняя массовая доля углерода в стали 45Г со@ ставляет 0,46 %, а легирующих элемен@ тов — 1,12 % (0,27 % Si; 0,85 % Mn). Степень сложности поковки — С4, так как количество переходов штам@ повки более четырех (см. «Общие по@ ложения»). Конфигурация поверхности разъе@ ма штампа — П (плоская). Исходный индекс для фланцевой части поковки — 16 (см. табл. 3). Припуски и кузнечные напуски. Основные припуски на размеры (табл. 4): Размер детали, мм Ra Диаметр: 195 6,3 3,0 56 1,6 2,5 12 6,3 2,3 12 3,2 2,3 32 3,2 2,5 100 12,5 2,4 Толщина: Размер поковки, мм Припуск, мм 102,7; принимаем 103 Длина части поковки 850 мм: 850 + + (2,4 + 0,3) — (2,5 + 0,3 + 0,5) = 849,4; принимаем 849,5. Радиус закругления наружных уг@ лов фланца (см. табл. 10) — 3,0 мм, шлицево го конца — 4,0 мм. Допускаемые отклонения размеров (см. табл. 11), мм: диаметр 202,5+-31,,50 ; толщина 18+-21,,11; диаметр 62 +-21,,42 ; толщина 35,5+-21,,11; диаметр 50+-01,,04 толщина 103+3,0 . (по ГОСТ 2590–88); -1,5 Неуказанные предельные отклоне@ ния размеров принимаем равными 1,5 допуска соответствующего размера по@ ковки с рав ными допускаемыми от@ клонениями. Неуказанные допуски (мм) радиусов закруглений (см. табл. 20): R3+1, R4+1. Допускаемая величина торцового заусенца (см. табл. 16) фланца — 9 мм, шлицевого конца — 8 мм. Допускаемая высота заусенца в плос@ кости разъема матриц не должна пре@ вышать удвоенной величины остаточ@ ного облоя по табл. 15 — 2,0 мм. Допускаемое отклонение по изогну@ тости, от плоскостности и от прямоли@ нейности (см. табл. 18): фланца — 1,0 мм; 36 Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ Рис. 16. Чертежи: а — детали «Полуось»; б — поковки полуоси ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ шлицевого конца — 0,6 мм; всей поков@ ки — 2,0 мм. Допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа (см. табл. 14) — 0,8 мм. Допускаемое увеличение диаметра стержня на расстоянии 100 мм от фланца и диаметра шлицевого кон@ ца — не более удвоенного положитель@ ного допуска по табл. 11 (не более чем на 4,8 мм), т.е. до 54,8 мм. Пример 4. Поковки, штампуемые на горячештамповочных автоматах. Расчет выполняем на основании данных, приведенных на чертеже де@ тали (рис. 17, а): деталь — шестерня; материал — сталь 30ХМА (по ГОСТ 4543–71) с с одержанием 0,26…0,33 % С; 0,17…0,37 % Si; 0,4…0,7 % Mn; 0,8… 1,1 % Сr; 0,15… 0,25 % Мо. Масса детали — 0,39 кг. Перед штамповкой заготовку нагревают в индукторе. Исходные данные для расчета. Расчетная масса поковки для опре@ деления (назначения) припусков и до@ пусков находится по массе детали M д и коэффициенту K р = 1,6 [см. табл. 2, формулу (2)]: M п.р = 0,39×1,6 = 0,624 кг. тов — 1,97 % (0,27 % Si; 0,55 % Mn; 0,95 % Cr; 0,20 % Mo), что составля@ ет менее 2 %. Следовательно, груп@ па стали — М1. Для определения степени сложно@ сти поковки необходимо найти отно@ шение G п / G ф . Размеры описывающей поковку фигуры (цилиндр), мм: диаметр 60×1,05 = 63; длина 31×1,05 = 32,5 (где 1,05 — ко@ эффициент). Масса описывающей фигуры (рас@ четная) составит 0,79 кг. Отношение G п / G ф = 0,620/0,79 = 0,78, что более 0,63. Следователь@ но, степень сложности поковки — С1. Конфигурация поверхности разъе@ ма штампа — П (плоская). Исходный индекс поковки — 6 (см. табл. 3). Припуски и кузнечные напуски. Основные припуски на размеры (см. рис. 17, а и табл. 4): Размер детали, мм Ra Припуск, мм Диаметр: 60 6,3 1,0 34 0,8 1,0 Толщина: Класс точности поковки — Т3 (см. табл. 1). Средняя массовая доля углерода в стали 30ХМА составляет 0,3 % (меньше 0,35 % С), а суммарная массовая доля легирующих элемен@ 37 26 6,3 0,9 31 6,3 1,0 31 0,8 1,1 21 6,3 0,9 Дополнительный припуск, учи@ тывающий отклонение от плоско@ стности, составляет 0,2 мм (см. табл. 7). Размеры поковки и их допускаемые отклонения (рис. 17, б): Размеры детали, мм Диаметр: Толщина: Припуск, мм Размер поковки, мм 60 1,0×2 62; принимаем 62 34 1,0×2 36; принимаем 36 26 -(0,9×2) 24,2; приним аем 24 21 +(0,9 + 0,2)×2 23,2; принимаем 23 31 1,0 + 1,1 + 0,2×2 33,5; принимаем 33,5. Глава 1. ДОПУСКИ, ПРИПУСКИ И НАПУСКИ 38 Рис. 17. Чертежи: а — детали «Шестерня»; б — поковки шестерни Минимальный радиус закругления наружных углов — 2,0 мм (см. табл. 10), принимаем равным 3,0 мм. Допускаемые отклонения размеров (см. табл. 11), мм: диаметр 62 +-00,,63 ; диаметр ступицы 36+-00,,53 ; диаметр 24+-00,,53 ; толщина 33,5+-00,,53 . толщина 23+-00,,53 ; Неуказанные предельные отклоне@ ния размеров принимают равными 1,5 допуска соответствующего размера поковки с равными допускаемыми от@ клонениями. Неуказанные допуски (мм) радиу@ сов закругления определяют в соответ@ ствии с табл. 20: R3+0,5 , R5+1,0. Допускаемая высота торцового за@ усенца для диаметра 62 мм равна 3,0 мм (см. табл. 16). Допускаемое отклонение от пло@ скостности для поверхности диамет@ ром 62 мм — 0,5 мм (см. табл. 18). Глава 2 ШТАМПОВКА В ПОДКЛАДНЫХ И СЕКЦИОННЫХ ШТАМПАХ Штамповка в подкладных штампах. С целью уменьшения отходов металла и повышения точности получаемой по@ ковки применяют подкладные штам@ пы, устанавливаемые на ковочном обо@ рудовании. Подкладным штампом (рис. 1) на@ зывают инструмент, в котором име@ ется полость, представляющая собой точную копию поковки или отдель@ ного ее участка. Подкладные штампы состоят из верхней и нижней частей, центрирующихся относительно друг друга с помощью направляющих ко@ лонок или каким@либо другим спосо@ бом. Подкладной штамп может состоять и из одной нижней части. В этом слу@ чае по заготовке наносят сверху удар или осуществляют нажатие бойком молота или пресса. Последовательность работы при изготовлении поковок: на плоский нижний боек молота или пресса уста@ навливают нижнюю часть штампа и укладывают в ее полость заготовку; по колонкам устанавливают верхнюю Рис. 1. Подкладной штамп для изготовления поковки чашки часть штампа и нажатием верхнего плоского бойка пресса или ударами молота деформируют заготовку, кото@ рая заполняет полость, образуемую в верхней и нижней частях штампа, принимая форму этой полости; сни@ мают верхнюю часть штампа, вынима@ ют поковку из нижней части. Конструирование поковки и по@ лости штампа изложено в гл. III. Секционная штамповка дисков. На ковочных прессах изготовляют боль@ шое число поковок дисков турбин и воздуходувок. Обычная технология ковки дисков приводит к большим трудозатратам и большому расходу ме@ талла, а при получении поковок круп@ ных дисков обычной горячей штам@ повкой требуются уникальные прессы с силами, исчисляющимися десятка@ ми тысяч тонн. Применение секцион@ ной штамповки позволяет получать крупные диски при значительно мень@ ших силах деформирования. На секционном штампе заготовку деформируют последовательно по от@ дельным кольцевым участкам за не@ сколько ходов пресса. В зависимости от размеров заготовки и сопротивле@ ния деформированию металла, а так@ же от силы пресса используют штамп, состоящий из двух, трех или более сек@ ций — пуансонов. Чаще всего приме@ няют двухсекционные штампы как бо@ лее простые (рис. 2). При секционной штамповке в неко@ торых случаях на верхней торцовой по@ верхности поковок появляются дефек@ ты. Во избежание появления зажимов используют заготовки с относительно большим диаметром, т.е. с Dзг/Hзг ³ 2 40 Глава 2. ШТАМПОВКА В ПОДКЛАДНЫХ И СЕКЦИОННЫХ ШТАМПАХ Рис. 2. Схема секционной штамповки (осадки) в двухсекционном штампе: а — заготовка; б — деформирование заготов@ ки центральной секцией; в — деформирова@ ние наружной секцией; Dзг тек, Hзг тек — те@ кущие размеры заготовки Dзг и Hзг (см. рис. 2). При этом диаметр исход@ ной заготовки должен быть на 10…20 % больше диаметра центрального пуан@ сона. Размеры заготовок, подвергае@ мых штамповке, определяют по графи@ ку (рис. 3); например, по кривой 1 оп@ ределяют оптимальные соотношения размеров исходной заготовки Dзг и Нзг для каждого конечного отношения по@ ковок дисков Dк и Нк. При деформиро@ вании центральным пуансоном необ@ ходимая сила, кН: ù é d ö Dк æ ö æ Pц = 0,001s ê0,785ç 1 + 1,1 ln ÷(d + 0,82 H к ) 2 + ç 0,59 + 0,13 ÷(d - 0,59 H к ) 2 ú. H + 0 , 82 d H к ø к ø è è û ë (1) Силу деформирования, кН, при работе наружным пуансоном определяют по формуле ìï éæ D - d ö ù üï öæ D 2 - d 2 - 0,685D к H к + 0,47H к2 ÷÷ ú ý . Pн = 0,001s í 0,92 H к (D к - 0,685 H к ) + êç к + 1,09 ÷çç к 4 ïî øè ø û ïþ ëè 4 H к (2) ШТАМПОВКА В ПОДКЛАДНЫХ И СЕКЦИОННЫХ ШТАМПАХ 41 Рис. 4. График для определения отношений диаметров пуансонов D/d Рис. 3. График для определения размеров ис ходных заготовок В формулах (1) и (2) обозначения со@ ответствуют приведенным на рис. 2; s — напряжение течения при температуре окончания штамповки, МПа. Dк обычно равно диаметру поковки Dп, а Hк — вы@ соте поковки Hп. Отношение диаметров наружного и центрального пуансонов принимают по графику на рис. 4. Порядок изготовления поковок в секционном штампе типовой конст@ рукции (рис. 5): Рис. 5. Двухсекционный штамп для штамповки диска 42 Глава 2. ШТАМПОВКА В ПОДКЛАДНЫХ И СЕКЦИОННЫХ ШТАМПАХ 1) нагретую заготовку укладывают на матрицу 1 и за первый ход траверсы осаживают ее как в обычном штампе, при этом работают одновременно две секции; величина осадки регламенти@ руется предельной силой пресса; 2) поднимают траверсу и с помо@ щью рукоятки 4 устанавливают диск управления 5 так, чтобы его выступы в виде зубьев находились против соот@ ветствующих впадин на пуансоне 3; 3) проводят второй ход траверсы пресса, при этом на заготовку воздей@ ствует только центральный пуансон 2, а пуансон 3 свободно перемещается вверх на высоту зуба, не передавая силу пресса на заготовку; 4) диск управления после подъема траверсы снова поворачивают, и его выступы устанавливают против соот@ ветствующих выступов на пуансоне 3; 5) осуществляют третий ход тра@ версы, при котором деформируется только наружная кольцевая часть за@ готовки. Секционная штамповка коленчатых валов. Штамповка коленчатых валов в трехсекционном штампе. При штампов@ ке коленчатых валов методом, разрабо@ танным в ВПТИ тяжелого машино@ строения И. В. Замбурским, используют трехсекционный штамп, в котором сек@ ции приводятся в действие поочередно. На рис. 6 показана схема работы окончательного секционного штампа. Вначале осуществляют предваритель@ ную деформацию заготовки одновре@ менно всеми секциями. Затем траверсу пресса поднимают, между верхним бой@ ком и средней секцией устанавливают специальную накладку (рис. 6, а) и про@ водят деформирование средней секцией при максимальной силе пресса. После работы средней секции снова с помо@ щью накладки деформирование осуще@ ствляют двумя крайними секциями Рис. 6. Секционный штамп для штамповки коленчатого вала: а — штамповка средней секцией; б — штамповка правой секцией; в — штамповка левой секци@ ей; г — калибровка вала всеми сек циями ШТАМПОВКА В ПОДКЛАДНЫХ И СЕКЦИОННЫХ ШТАМПАХ (рис. 6, б и в), после чего накладку уби@ рают, а штамп ставят по центру верхне@ го бойка и проводят калибровку вала сразу всеми секциями (рис. 6, г). На рис. 7 приведены переходы штам@ повки коленчатого вала, выполняемой на прессе силой 100 МН. В качестве за@ готовки при ковке применяют слиток массой 9 т, а при секционной штампов@ ке — слиток массой 2,5 т. Штампован@ ная поковка вала имеет массу 1,1 т, в то время как кованая поковка — 4,8 т. Пе@ ред штамповкой по переходам из слитка изготовляют заготовку с пережатыми участками для каждого колена вала. На@ гретую заготовку деформируют в заго@ товительном штампе (рис. 7, а). Далее проводят штамповку в окончательном штампе (см. рис. 6) по переходам (рис. 7, б–д). После штамповки вал на@ гревают до 950 °С и обрезают облой в отдельном обрезном штампе (рис. 7, е). Рис. 7. Переходы штамповки коленчатого вала: а — заготовка после штамповки в заготовитель@ ном штампе; б–д — штамповка в секционном штампе; е — обрезка облоя в обрезном штампе 43 При секционной штамповке вала для каждой секции необходима сила, примерно равная 100 МН, а при обыч@ ной штамповке потребовалось бы сила 300 МН. Штамповка в высадочном раздвиж ном штампе. Схема процесса по спосо@ бу фирмы “Шнейдер–Крезо” показа@ на на рис. 8. Заготовку зажимают на участке коренных и шатунной шейки одного колена вала (рис. 8, а), после чего проводят высадку (рис. 8, б) и за@ тем высадку с одновременной гибкой (рис. 8, в). Как только будет получено одно колено, заготовку перемещают вдоль оси для изготовления второго колена и одновременно разворачива@ ют ее вокруг оси на угол разворота ко@ лен. Осуществляют штамповку второ@ го колена и т.д. Фланец вала получают только высадкой, для чего гибочный пуансон демонтируют или отключают. На поковках коленчатых валов, из@ готовленных методом гибки с высад@ кой, волокна макроструктуры повторя@ ют конфигурацию коленчатого вала, и последующая обработка резанием по@ ковок не приводит к перерезанию во@ локон, что повышает сопротивление усталости материала на 20…25 %. Для штамповки коленчатых валов методом гибки с высадкой применяют специальные прессы или специальные штампы@установки к универсальным гидравлическим прессам, которые под@ Рис. 8. Схема процесса штамповки коленчатых валов в высадочном раздвижном штампе 44 Глава 2. ШТАМПОВКА В ПОДКЛАДНЫХ И СЕКЦИОННЫХ ШТАМПАХ Рис. 9. Схема штампаустановки клинового типа (продольный разрез) для штамповки методом гибки с высадкой (конструкция ВПТИ) разделяют на клиновые (рис. 9), ры@ чажные и гидромеханические. Штамп@установка является универ@ сальной. В такой установке при замене деформирующих частей можно штам@ повать коленчатые валы нескольких типоразмеров. Нагретую до температуры ковки за@ готовку 1 укладывают на подвижные секции 2 и 3 матрицы и прижим 4. При опускании верхней части штампа сек@ ции 5 и 6 матрицы, а также пуансон 7 фиксируют на колонках 8 и направ@ ляющих 9. Пневмоцилиндрами 10 опорные пластины 11 перемещаются к центру и включают в работу пальцы 12, которые передают силу пресса на сек@ ции 5 и 6 матрицы, соединяя их с ниж@ ними секциями 2 и 3 матрицы. Прово@ дят небольшой подъем клина, пневмо@ цилиндром перемещают опорные пла@ стины 11 от центра, тем самым выклю@ чая пальцы, после чего выполняют од@ новременно процесс гибки с высадкой. По окончании штамповки колена клин 13 вместе с верхними секциями матри@ цы и пуансоном поднимают. Поковку удаляют из штампа, рабо@ чие части штампа устанавливают в ис@ ходном положении, заготовку уклады@ вают для штамповки очередного коле@ на, и процесс повторяют. В штампах такой конструкции нижние секции матриц фиксируют с верхними сек@ циями на колонках, а сила пресса пе@ редается через клин под углом 24° 30¢ одновременно на верхние и нижние подвижные секции матрицы, поэтому исключается возможность раскрытия этих секций и обеспечивается зажим заготовки непосредственно от давле@ ния клина. Общая схема процесса штамповки колена вала имеет вид: высадка (в ) — гибка с высадкой (г/в) — высадка (в ) — гибка с высадкой (г/в). Исключая одну или несколько операций из общей схемы, получают пять основных схем процесса, влияющих на форму щеки колена коленчатого вала: в — г/в; г /в; в — г/в — в; г/в — в; г/в — в — г/в. Относительные величины большой и малой осей щеки колена вала, а также взаимосвязь между ними при штам@ повке в открытом штампе определяют@ ся по формулам П.В. Маркина: y = jhb к ; (3) ШТАМПОВКА В ПОДКЛАДНЫХ И СЕКЦИОННЫХ ШТАМПАХ y= 45 2 (y1 - 0,785e 1 tga) 2 éæ (y1 - e 1 tga) ö ù b1 y y1 4 1+ ; ç ÷ ê ú b1 ( b 0 , 785 e 2 tga) y1 (y1 - 0,785e 1 tga) y1 (y1 - e 1 tga) êè 1 ø ú ë û ¾I® ¬ ¾ ¾ ¾ ¾¾® ¬ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾III¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾¾® ¬ ¾ ¾ ¾ ¾¾® ¬ II IV (4) y= (b1 - 0,785e 2 tga) ; 2ù bв 2 é (y - 0,785e 1 tga) æ (y1 - e 1 tga) ö ÷ ú b1 4 1 + 1 êç y1 (y1 - e 1 tga) êè b1 ø úû ë ¾¢ ¾¾® ¬ ¾I¢® ¬ ¾ ¾ II ¾¢ ¾¾® ¬ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾¾® ¬ ¾ ¾ IV III ¢ y (y1 - 0,785e 1 tga) y1 (y1 - e 1 tga) (y1 - e 1 tga) (5) A B l l ; h = ; y = з ; y1 = 1 ; dз dз dз dз b D D D b к = к ; e = ; e1 = 1 ; e 2 = 2 ; dз dз dз dз b S b1 = 1 ; tga = в — относительные па@ dз Sг раметры щеки колена вала и заготовки для формирования указанной щеки; dз, lз — диаметр и длина заготовки для фор@ мирования щеки колена вала; A — боль@ шая ось (высота) щеки поковки колена вала; В — малая ось (ширина) щеки по@ ковки колена вала; l1 — длина заготовки после операции предварительной вы@ садки; bк — толщина щеки поковки ко@ лена вала; D1, D2 — величина первой и второй гибки при выполнении процесса по схеме г/в–в–г/в; bк — эксцентриси@ тет коленчатого вала или расстояние между осями коренной и мотылевой шеек; b1 — толщина щеки поковки ко@ лена вала после штамповки по схемам в–г/в–в или г/в–в; Sв, Sг — ходы соот@ ветственно высадки и гибки при схеме S процесса г/в; a = arctg в . В установках Sг клинового типа a является углом клина. Формулы (4) и (5) состоят из четырех многочленов, каждый из которых учи@ тывает влияние отдельных операций процесса на значения относительных ве@ где j = личин большой и малой осей щеки по@ ковки вала: многочлен I (I¢) — предвари@ тельной высадки; многочлен II (II¢) — одновременной гибки с высадкой; мно@ гочлен III (III¢) — высадки после одно@ временной гибки с высадкой; многочлен IV (IV¢) — гибки с высадкой в конце ком@ бинированного процесса г/в–в–г/в. В табл. 1 приведены схемы формул для пяти основных схем процессов. Основной схемой штамповки колен@ чатых валов в специальных штамповых установках на универсальных гидравли@ ческих прессах является процесс: в–г/в. Для этого процесса относительные па@ 1. Схемы формул для пяти основных процессов и уточненные значения относительных параметров Схема процесса Схема фор@ Уточненные мулы для значения пара@ определе@ метров для ка@ ния j и (h) ждого процесса I×II (I¢×II¢) e1 = e II (II¢) y1 = y; e1 = e в1–г/в–в1 I×II×III (I¢×II¢×III¢) e1 = e; b 1 = bк г/в–в II×III (II¢×III¢) y1 = y; e1 = e; b 1 = bк II×III×IV (II¢×III¢×IV¢) y1 = y в–г/в г/в (г/в1)–в–(г/в)2 46 Глава 2. ШТАМПОВКА В ПОДКЛАДНЫХ И СЕКЦИОННЫХ ШТАМПАХ Рис. 10. Номограмма для определения относительных размеров заготовок для выполнения процесса высадка–гибка с высадкой (по П.В. Маркину) раметры щеки колена вала могут быть определены по номограмме (рис. 10). Пример определения по номограм@ ме относительных параметров щеки поковки дизельного коленчатого вала № 2 — 200001: оптимальные параметры щеки по@ ковки вала: А = 350 мм; В = 270 мм; bк = 80 мм; D = = 150 мм; штамповку проводят в штамповой оснастке клинового типа с углом a = = 30°; принимаем dз = 200 мм; оптимальные относительные разме@ ры щеки: j опт = 1,75; hопт = 1,35; b к = 0,4; e = 0,75; по формуле (3) y = 0,95. Так как при гибке с высадкой и зна@ чении a = 30° не будет получено тре@ буемое значение bк, процесс осущест@ вляют по схеме высадка–гибка c вы@ садкой. Высадку проводят до y1 = 0,83, что позволит при завершении второй стадии процесса (гибки с высадкой) получить bк = 0,4. При заданных условиях (K = l,07) по номограмме j = 1,77; h = 1,32, что близко к оптимальным размерам. В случае значительных отклонений от оптимальных значений следует изме@ нить схему процесса и расчеты повто@ рить до получения значений парамет@ ров щеки, близких к оптимальным. Глава 3 ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ При разработке технологического процесса необходимо: – сконструировать поковку и рас@ считать ее массу; – определить способ штамповки (штамповка перпендикулярно оси за@ готовки или вдоль ее оси), а также группу и подгруппу, к которой при@ надлежит поковка по классификации молотовых поковок; – выбрать переходы штамповки; – определить массу, форму и раз@ меры заготовки с учетом отходов; – сконструировать ручьи и выпол@ нить чертеж штампа; – определить массу падающих час@ тей штамповочного молота и выбрать молот; – составить технологическую карту штамповки. 1. РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ Исходной информацией для раз@ работки чертежа поковки является чертеж детали с указанными на нем размерами, предельными отклоне@ ниями размеров, шероховатостью по@ верхностей, маркой материала и ус@ тановочными базами. Перед конст@ руированием поковки необходимо установить условия эксплуатации де@ тали, технологию обработки после штамповки, а также возможность и рациональность: – изменения конструкции детали для упрощения процесса штамповки; – увеличения шероховатости по@ верхностей детали, несопрягаемых в процессе эксплуатации с поверх@ ностями других деталей, для умень@ шения объема последующей обра@ ботки; – изготовления двух и более дета@ лей в одной поковке с последующим ее разделением; – получения детали сваркой от@ дельных поковок (рис. 1); – изготовления симметричной по@ ковки, объединяющей две несиммет@ ричные детали (рис. 2); – получения поковки комбиниро@ ванием штамповки на молоте с обра@ боткой на других кузнечно@штампо@ вочных машинах (рис. 3); – замены обработки резанием ка@ либровкой; – применения групповой поковки, из которой обработкой резанием воз@ можно получать небольшие партии одинаковых по форме, но различных по размерам деталей; – получения поковок в мало@ и без@ облойных окончательных ручьях вме@ сто штамповки в открытых ручьях штампов; – штамповки поковок без уклонов с последующим обжимом и правкой при обрезке облоя и пробивке пере@ мычки. Разработка чертежа поковки состо@ ит в последовательном решении сле@ дующих вопросов: – выбор положения поверхности разъема; – определение ориентировочной массы поковки, назначение припус@ ков на обработку резанием, допусков на изготовление поковки и внешних радиусов поковки; – назначение напусков на отвер@ стия и проточки, внутренних радиусов закруглений и штамповочных уклонов; 48 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Рис. 1. Варианты поковки: а — цельной, штампованной без внутренней полости; б — полой, сваренной из двух поковок РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ 49 Рис. 2. Конструирование симметричной поковки: а — чертеж детали; б — чертеж поковки; в — чертеж поковки, имеющей центральную симметрию Рис. 3. Поковка рычага: а — сфера, высаживаемая на горизонтально@ ковочной машине; l1 — часть поковки, под@ вергаемая вальцовке; l2 — часть поковки, штампуемая на молоте – проектирование наметок отвер@ стий и углублений; – построение линии разъема; – оформление чертежа поковки. Поверхность разъема — это поверх@ ность, по которой сопрягаются верх@ няя и нижняя части штампа. В откры@ том штампе на этой поверхности пре@ дусматривают облойную канавку, за@ полняемую вытекающим из ручья и збытком металла, образующим облой. При выборе положения разъема необходимо выполнить условия: – поковка должна свободно уда@ ляться из верхней и нижней частей штампа, для чего разъем располагают в плоскости сечения поковки с наи@ большим периметром, что обеспечи@ вает наименьшую глубину и наиболь@ шую ширину ручья; – взаимное расположение поверх@ ности разъема и поковки должно ис@ ключать поднутрения на боковых по@ верхностях поковки; – ручьи ориентируют таким обра@ зом, чтобы их заполнение осуществля@ лось за счет осадки, а не выдавлив ания, при этом полости под тонкие и высокие ребра, бобышки и приливы рекомендуется располагать в верхней половине штампа; 50 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Рис. 4. Положение поверхности разъема: а — правильное; б — неправильное; в — сме@ щенное для плоской круглой поковки; г — смещенное для плоской удлиненной в плане поковки; 1 — смещение половин штампа; 2 — поверхность разъема – предпочтительно, чтобы по@ верхность разъема пересекалась вер@ тикальными образующими поковки, что упрощает контроль смещения частей штампа, например, во время обрезки облоя (рис. 4, а и б); для плоских поковок разъем может быть смещен к верхней поверхности (рис. 4, в и г); – для повышения прочности по@ ковки располагать разъем у поверхно@ сти, занимающей крайнее верхнее или крайнее нижнее положение, так как перерезанные волокна облоя снижают сопротивление разрушению под дей@ ствием нагрузок и агрессивных сред (рис. 5, а), или размещать в плоскости разъема валик (рис. 5, б) с круговым расположением волокон (рис. 5, в и г); валик частично или полностью удаля@ ют при последующей обработке реза@ нием; – поковка, штампуемая без облоя, обладает лучшими эксплуатационны@ ми качествами, так как отсутствуют перерезанные при удалении облоя во@ локна; – при неплоской поверхности разъ@ ема горизонтальные сдвигающие уси@ лия компенсируют замками, направ@ Рис. 5. Повышение механических и эксплу атационных качеств поковки: а — смещением поверхности разъема; б — размещением валика в плоскости разъема; в — расположение волокон в сечении поков@ ки; г — расположение волокон в сечении де@ тали после частичного удаления валика в процессе обработки резанием; 1 — поверх@ ность разъема ляющими колонками, симметричным расположением двух неплоских поко@ вок или поворотом неплоской поковки таким образом, чтобы концы ее оказа@ лись на одном уровне. Припуски, допуски и внешние радиу сы закруглений. В припусках для по@ следующей обработки должны быть учтены: вмятины от окалины, слой обезуглероженного металла, искаже@ ния формы поверхности и другие воз@ можные дефекты. В допусках учитывают недоштам@ повку по высоте, колебание размеров ручья штампа в результате износа, сдвиг половин штампа, коробление и ряд других факторов. Припуски и допуски на стальные поковки назначают по ГОСТ 7505–89. РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ Назначение допусков на размеры поковок, штампуемых в закрытых ручь@ ях осадкой в торец, имеет ряд особенно@ стей и выполняется в следующей после@ довательности: – выбирают по ГОСТ 7505–89 до@ пуски на размеры; – определяют объем поковки по максимальным горизонтальным и ми@ нимальным вертикальным ее разме@ рам; – по объему поковки и с учетом угара металла определяют минималь@ ную длину заготовки из проката с уче@ том нижнего отклонения размера по@ перечного сечения; – установив допуск на длину заго@ товки, рассчитывают ее максимальный объем; в расчете длину и размеры попе@ речного сечения заготовки принимают с положительными отклонениями; – находят разность объемов заготов@ ки (минимального и максимального); – делением этой разности на пло@ щадь проекции поковки на плоскость 51 разъема получают значения отклоне@ ний размеров поковки от номиналь@ ных по высоте, т.е. верхние отклоне@ ния размеров, а нижнее отклонение при этом остается таким, каким оно предусмотрено в ГОСТе. Для получения более точных по высоте поковок, штампуемых в за@ крытых штампах, заготовки сортиру@ ют по массе. При конструировании поковок пре@ дусматривают наружные радиусы за@ круглений R (рис. 6) для предотвраще@ ния концентрации напряжений и об@ разования разгарных трещин в углах гравюры ручья штампа, снижения уси@ лий, необходимых для заполнения уг@ лов и обеспечения плавного изменения направления волокон. Наименьшие значения R зависят от массы поковки и глубины полости ручья. Напуски (внутренние радиусы за круглений, напуски на отверстия и про точки, штамповочные уклоны). Радиу@ сы закругления внутренних углов по@ Рис. 6. Чертеж поковки: R и r — соответственно наружные и внутренние радиусы; a и b — соответственно наружный и внутренний штамповочные уклоны; Dп — диаметр поковки; Hп — высота поковки; hн и hв — глубина соответственно нижней и верхней наметок под отверстие 52 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ ковки r (см. рис. 6) влияют на условия течения металла, стойкость штампа и качество поковок. Внутренние радиу@ сы должны быть в 3–4 раза больше на@ ружных радиусов, в противном случае возможно образование зажимов или перерезание волокон. Для глубоких наметок внутренний радиус hö æ r = 3 + ç 2 + ÷0,01D п ; bø è (1) во всех остальных случаях hö æ r = 2,4 + ç 2 + ÷0,008D п . bø è (2) В этих формулах Dп — диаметр по@ ковки, мм. Значения радиусов закруглений ре@ комендуется выбирать из ряда: 0,8; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12,5; 15; 20; 25; 30 и стремиться к их унификации (для одной поковки), так как это су@ щественно снижает трудоемкость из@ готовления штампа и режущего инст@ румента. Проточки, расположенные в плос@ костях, перпендикулярных к направ@ лению перемещения бабы молота, вы@ ступы и углубления, которые целесо@ образно выполнить при последующей обработке, закрывают напуском. Из@ готовитель имеет право закрыть на@ пуском отверстия, диаметр которых не превышает 30 мм. Штамповочные уклоны облегча@ ют удаление поковки из ручья. Ук@ лоны a (см. рис. 6) назначают на на@ ружные поверхности поковки, кото@ рые при остывании отходят от сте@ нок ручья; уклоны b назначают на поверхности, охватывающие высту@ пающие части ручья. Максимально допустимые штамповочные уклоны в соответствии с ГОСТ 7505–89 со@ ставляют: для наружных поверхно@ стей — 7° и для внутренних — 10°. С целью унификации режущего и из@ мерительного инструмента значения уклонов рекомендуется выбирать из ряда, …°: 1, 3, 5, 7, 10, 12 и 15. Дли@ ны горизонтальных отрезков, обра@ зуемых этими уклонами, приведены в табл. 1. Следует унифицировать уклоны в каждой поковке. Различают также уклоны: смещен@ ный и обратный. При смещенном ук@ лоне (рис. 7, а) на одной стороне реб@ ра или выступающей части уклона не предусматривают, а на другой стороне уклон g имеет нормальное или увели@ ченное значение, что позволяет эко@ номить металл при изготовлении по@ ковок с невысокими ребрами и полу@ чать поверхности, необрабатываемые резанием. Обратный уклон (рис. 7, б) существенно облегчает последующую сборку изделия, но его применение возможно лишь для той части поков@ ки, которая располагается в непод@ вижной половине штампа и удаляется из нее под углом. Рис. 7. Уклоны: а — смещенный; б — обратный; 1 — направ@ ление действия выталкивающего устройства РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ 53 1. Длины, мм, горизонтальных отрезков, образуемых нормальными штамповочными уклонами Штамповочные уклоны, …° Высота фигуры, мм 1 3 5 7 1,0 0,0175 0,052 0,087 1,5 0,026 0,078 0,131 2,0 0,035 0,104 2,5 0,044 0,131 3,0 0,0525 0,157 3,5 0,061 0,183 10 12 15 0,123 0,176 0,213 0,268 0,184 0,265 0,319 0,402 0,175 0,246 0,353 0,425 0,536 0,219 0,307 0,441 0,531 0,670 0,263 0,368 0,529 0,638 0,804 0,306 0,430 0,617 0,744 0,938 4,0 0,07 0,210 0,350 0,491 0,705 0,850 1,072 4,5 0,079 0,236 0,394 0,553 0,793 0,956 1,206 5,0 0,088 0,262 0,438 0,614 0,882 1,063 1,339 5,5 0,096 0,288 0,481 0,675 0,970 1,169 1,473 6 0,105 0,314 0,525 0,737 1,058 1,276 1,607 7 0,123 0,367 0,613 0,860 1,234 1,488 1,875 8 0,14 0,419 0,700 0,982 1,410 1,701 2,143 9 0,158 0,472 0,788 1,105 1,587 1,913 2,411 10 0,175 0,524 0,875 1,228 1,763 2,126 2,679 12 0,21 0,629 1,050 1,474 2,116 2,551 3,215 14 0,245 0,734 1,225 1,719 2,468 2,976 3,751 16 0,28 0,838 1,400 1,965 2,821 3,402 4,286 18 0,315 0,943 1,575 2,210 3,173 3,827 4,822 20 0,35 1,048 1,750 2,456 3,526 4,252 5,358 25 0,438 1,310 2,188 3,070 4,408 5,315 6,698 30 0,525 1,572 2,625 3,684 5,289 6,378 8,037 35 0,613 1,834 3,063 4,298 6,171 7,441 9,377 40 0,7 2,096 3,500 4,912 7,052 8,504 10,716 45 0,788 2,358 3,938 5,526 7,934 9,567 12,056 50 0,875 2,620 4,375 6,140 8,815 10,630 13,395 55 0,963 2,882 4,813 6,754 9,697 11,693 14,735 60 1,050 3,144 5,250 7,368 10,578 12,756 16,074 65 1,375 3,406 5,688 7,982 11,459 13,819 17,414 70 1,225 3,668 6,125 8,596 12,341 14,882 18,753 75 1,313 3,930 6,563 9,210 13,223 15,945 20,093 80 1,4 4,192 7,000 9,824 14,104 17,008 21,432 85 1,488 4,454 7,438 10,438 14,986 18,071 22,771 90 1,575 4,716 7,875 11,052 15,867 19,134 24,111 95 1,663 4,978 8,313 11,666 16,749 20,197 25,451 100 1,75 5,240 8,750 12,280 17,630 21,260 26,790 54 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Наметка верхним знаком делается глубиной hв £ dосн; нижним знаком — глубиной hн £ dосн. Минимальная ши@ рина кольцевого выступа поковки оп@ ределяется размером поковки: b1 min = 10 + 0,0625D п . (4) Если ширина выступа b1 > b1 min , то этот выступ получают в поковке при условии h / b £ 0,8. В противном случае назначается напуск. Толщина плоской перемычки (рис. 9, а) может быть определена ли@ бо по формуле s = 0,45 d осн - 0,25h - 5 + 0,6 , Рис. 8. Поковка, штампуемая без уклонов с по следующей правкой: а — поковка, спроектированная без уклонов; б — поковка с естественными уклонами, под@ вергаемая последующей правке Отклонения поверхностей от вер@ тикали не должны превышать: j1 — 10°, j — 15°. Радиус закругления уве@ личивают в 1,5 раза по сравнению с традиционным. Экономию металла (до 10 %) по@ лучают при изготовлении поковок с естественными уклонами и после@ дующей их правкой. В этом случае чертеж поковки, спроектированной без уклонов (вертикальные образую@ щие контура имеют естественный ук@ лон; рис. 8, а), является окончатель@ ным чертежом. При обрезке облоя и пробивке перемычки предваритель@ ную поковку (рис. 8, б) подвергают правке. Проектирование углублений и отвер стий. Практически возможно получе@ ние наметок отверстий (см. рис. 6) с диаметром основания d осн min = 24 + 0,0625D п , где Dп — диаметр поковки, мм. (3) (5) либо с помощью табл. 2 (обозначения приведены на рис. 10). При опреде@ лении минимальной ширины ребер или выступов можно воспользоваться табл. 3. При h / d отв < 0,4 вместо плоских наметок рекомендуются наметки с раскосом (см. рис. 9, б), при этом тол@ щина перемычки smin = 0,65s, a smax = 1,35s, где s следует определять так же, 2. Минимальная толщина s, мм, дна или плоской перемычки удлиненных или круглых в плане поковок (см. рис. 10) l/Ks £ 3 или h/ds £ 3 l/Ks > 3 или h/ds > 3 До 25 2 3 25…40 3 4 Св. 40 до 63 5 6 » 63 » 100 6 8 » 100 » 160 8 10 » 160 » 250 12 16 » 250 » 400 20 25 » 400 » 630 30 40 Ks или ds П р и м е ч а н и е. K s = 0,5(K1 + K 2); ds = 0,5(d1 + d2). РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ 55 Рис. 9. Перемычки в наметках отверстий и углубления: а — плоская; б — с раскосом; в — с магазином; г — сдвоенная поковка; д и е — детали; ж — перемычка с карманом; з — глухая наметка (углубление) Рис. 10. Параметры круглых и удли ненных в плане поковок с плоским дном или перемычкой Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 56 3. Минимальная ширина b, мм, выступов (ребер) удлиненных или круглых в плане поковок (см. рис. 10) h, мм b h, мм b До 10 3 Св. 40 до 63 12 10…16 4 Св. 63 до 100 20 Св. 16 до 25 5 Св. 100 до 160 32 » 25 » 40 8 как и для плоской перемычки, a d1 = 0,12dотв + 3 мм. Радиусы закруглений вершин на@ меток в предварительном, а также в окончательном ручьях, если штампов@ ка проводится без предварительного ручья, рекомендуется определить по формуле r1 = r + 0,1h + 2 мм, (6) где r — внутренний радиус закругления данной поковки, а h — глубина наметки. При штамповке с применением предварительного ручья с раскосом в окончательном ручье можно преду@ смотреть плоскую наметку или намет@ ку с магазином (см. рис. 9, в), причем радиус закругления r2 должен быть вдвое меньше соответствующего ра@ диуса в предварительном ручье, а раз@ меры hо/2 и l перемычки определяют так же, как и для нормальной облой@ ной канавки штампа для данной по@ ковки. С целью экономии металла вместо магазина в перемычке можно штампо@ вать поковку с соответствующими га@ баритными размерами (см. рис. 9, г). Для низких поковок при h/d < 0,07 после штамповки в предварительном ручье с плоской наметкой для сниже@ ния усилия и повышения стойкости знаков окончательного ручья реко@ мендуются наметки с карманом (см. рис. 9, ж). После штамповки в окон@ чательном ручье карман должен оста@ ваться немного незаполненным. При этом толщина перемычки s = 0,4 d отв , глубина кармана s max = 5 s, а радиус скругления r1 = 5h. Радиус r2 подбира@ ют графически. Если глубина намечаемого отвер@ стия h > 1,7dосн или после назначе@ ния радиуса закругления, определен@ ного по формуле r1 = r + 0,1h + 2 мм, не остается плоского участка, то ог@ раничиваются глухой наметкой (см. рис. 9, в). Радиус закругления глухой наметки r= Рис. 11. Варианты размещения перемычки в наметке отверстия: а — рекомендуемый; б — возможный; в — не@ желательный d aö æ 2 tgç 45 ° - ÷ 2ø è . (7) Для двусторонней наметки реко@ мендуется смещать поверхность внутреннего разъема, а с ним и пе@ ремычку по отношению к поверх@ ности внешнего разъема (рис. 11), РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ Рис. 12. Корректировка угла уклона при несим метричном относительно поковки расположении линии разъема что значительно облегчает центри@ рование поковки в окончательном ручье. Линия разъема образуется на пере@ сечении поверхности разъема с обра@ зующими (как наружными, так и внут@ ренними) контура поковки. При проектировании линии разъе@ ма рекомендуется: – располагать линию разъема в од@ ной плоскости, что упрощает конст@ рукцию обрезного штампа (в против@ ном случае усложняется конструкция обрезной матрицы и возможно короб@ ление поковки); – корректировать уклоны и, воз@ можно, увеличить объем металла в на@ пуске при несимметричном располож ении линии разъема относительно по@ ковки (рис. 12); – смещать линию разъема, чтобы получить плоскость, а при изготовле@ нии штампа строганную поверхность вместо фрезерованной или линию разъема, состоящую из прямых линий, сопрягаемых радиусами, вместо ли@ нии разъема сложной конфигурации; смещать линию разъема рекомендует@ ся также для получения более благо@ приятного расположения волокон ме@ талла; – смещать внутреннюю линию разъема относительно наружной, 57 Рис. 13. Варианты оформления линии разъема на цилиндрическом торце поковки Рис. 14. Положение внутренней и наружной ли ний разъема в закрытом ручье штампа что повышает стойкость знаков и позволяет лучше фиксировать заго@ товку в ручье. У цилиндрического торца поков@ ки, ось которого лежит в плоскости разъема, линию разъема следует строить по I варианту (рис. 13) толь@ ко при изготовлении ручья штампа вдавливанием мастер@пуансона. В ос@ тальных случаях рациональнее II ва@ риант. При штамповке в закрытом штам@ пе наружную линию разъема преду@ сматривают на боковой поверхности поковки у ее верхней или нижней кромки, при этом штамповочные ук@ лоны должны быть направлены в од@ ну сторону. Внутреннюю линию разъ@ ема А (рис. 14) следует располагать со@ ответственно в 1,5–4 раза ближе ко дну плоскости ручья, чем к разъему штампа. 58 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Правила оформления чертежа по ковки. Чертеж поковки рекомендует@ ся составлять в масштабе 1:1. Исклю@ чения допустимы при вычерчивании пок овок простой формы или поко@ вок, размеры которых более 750 мм. Для крупных поковок, вычерчивае@ мых с уменьшением, сложные сече@ ния необходимо вычерчивать в нату@ ральную величину. Поковки сложной формы с размерами менее 50 мм ре@ комендуется изображать в масштабе 2:1, при этом наиболее характерные проекции желательно повторить в масштабе 1:1. Контуры готовой детали на черте@ же поковки следует вычерчивать штрихпунктирной или сплошной тонкой линией, наглядно показываю@ щей наличие припусков и напусков. Размеры готовой детали можно про@ ставить в скобках под размерами по@ ковки. На чертеже можно не указывать размеры для построения линии разъема, припусков и напусков, а также рекомендуется избегать про@ становки размеров от линии разъе@ ма, если она не совпадает с осевой. Необходимо указать установочные базы для обработки резанием и от них проставить размеры с допуска@ ми. Размерные линии для нанесе@ ния размеров поверхностей с укло@ нами проводят от вершин уклонов. Размеры поковки проставляют с учетом: – удобной проверки шаблонами размеров и формы поковки; – простоты разметки поковки при контроле; – удобной проверки припуска на чертеже. В примечании к чертежу указыва@ ют: наименование (номер) поковки, степень ее сложности, марку и группу стали, точность изготовления, вид на@ грева, а также штамповочные уклоны и радиусы закруглений, не указанные на чертеже. В соответствии с ГОСТ 8479–70 (на поковки из конструкционной уг@ леродистой и легированной сталей) и ГОСТ 25054–81 (на поковки из кор@ розионно@стойких сталей и сплавов) на чертеже поковки должны быть из@ ложены технические требования, рег@ ламентирующие отношения между потребителем и изготовителем поко@ вок. В технических требованиях не@ обходимо указать: группу по видам испытаний, категорию прочности, вид термообработки, способ очистки поверхности, допускаемую величину остатков облоя после обрезки, а так@ же глубину внешних дефектов и де@ фекты формы (сдвиг, несоосность отверстий и сечений, кривизну, ко@ робление и т.п.). По требованию по@ требителя в технические требования могут быть включены указания мест маркировки, отпечатка при испыта@ нии твердости, вырезки образца для механических испытаний и другие особые условия. При этом рекомен@ дуется: – место маркировки назначать на поверхности, не контактирующей с обрезным пуансоном и не обрабаты@ ваемой резанием; – место отпечатка твердости ука@ зать на плоской поверхности, удобной для зачистки, с учетом удобной уклад@ ки поковки на прессе при определе@ нии твердости. 2. КЛАССИФИКАЦИЯ МОЛОТОВЫХ ПОКОВОК В соответствии с классификацией, приведенной в табл. 4, поковки под@ разделяют на группы и подгруппы по следующим признакам: – по способу штамповки: плашмя или осадкой в торец; 2. С прямой линией разъ@ ема и прямой главной L осью при 15 , < п < 2,5 bср где Fп — площадь проек@ ции поковки) 1. С прямой линией разъ@ ема О–О и прямой удли@ ненной главной осью А–А; отношение длины к средней ширине поковки F L в плане п > 2,5 (bср = п , Lп bср Номер подгруппы; ос@ новная характеристика поковок А Поковки типа Необходимы заготови@ тельные операции для некоторого перераспре@ деле ния металла ис@ ходной заготовки по длине поковки в соот@ ветствии с площадями поперечных сечений поковки и для ушире@ ния заготовки Необходимы заготови@ тельные операции для распределения металла исходной заготовки в соответствии с площа@ дями поперечных сече@ ний поковки Со сложными поперечными сечениями (ребристые, двутавровые и т.д.), получае@ мые при значительном выдавливании ме@ талла Б То же, что и для 1@й подгруппы (кроме круглых) С простыми поперечными сечениями (круглые, трапецеидальные и т.д.), полу@ чаемые при незначительном выдавливании металла I. Группа. Поковки, штампуемые перпендикулярно оси заготовки (штамповка плашмя) Технологические осо@ бенности изготовления поковок Подгруппы 4. Классификация молотовых поковок КЛАССИФИКАЦИЯ МОЛОТОВЫХ ПОКОВОК 59 а — простой; б — сложной С кривой линией разъема и с формой поперечного сечения: 4. С изогнутой осью, у которых Выполняют переходы (ес@ С кривой главной осью и с формой поперечного главная ось (поковки типа А) или ли они необходимы) по сечения: линия разъема (поковки типа Б) перераспределению объе@ а — простой; б — сложной представляет собой кривую (ло@ ма исходной заготовки и маную) линию. При небольшом гибку для поковок типа А, размере x поковки типа А могут как правило, в гибочном быть отнесены к 5@й подгруппе ручье штампа. Для поко@ типу А (поковки с отростками); вок типа Б гибку не про@ при небольшом перепаде h (типа водят, так как заготовка Б) — к 1@й подгруппе; при не@ изгибается в штамповоч@ большом z — к 5@й подгруппе ти@ ных ручьях — предвари@ пу Б (поковки с развилинами) тельном и окончательном. При штамповке необхо@ димо уравновешивать сдвигающие усилия (пре@ дусматривается в конст@ рукции штампа) Б С фланцем большого объема pd 3 Vф > 3 min 4 А Поковки типа С фланцем относительно небольшого объема 3. Удлиненные в плане с прямой Необходимы заготови@ осью, имеющие фланец или бурт, тельные операции: для pd 3 V < 3 min с не большой разницей в площа@ поковок типа А — высад@ ф 4 дях поперечных сечений на дру@ ка фланца или бурта; для поковок типа Б с боль@ гих участках поковки (F1 >> F2; шим объемом Vф флан@ F2 » F3 ) ца — высадка фланца с предварительной протяж@ кой стержня Номер подгруппы; основная харак@ Технологические особенно@ теристика поковок сти изготовления поковок Подгруппы Продолжение табл. 4 60 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 5. Удлиненные с отростками и развилинами; с односторонне смещенными элементами, что приводит к плавному или резко@ му искривлению главной оси поковок (тип А): с главной осью, которая на некотором участке ас проходит не по телу поковки, а между отдельными ее элементами, составляющими развилину (тип Б) Для получения поковок типа А иногда применяют формовочный ручей, что@ бы сместить металл в сто@ рону отростка. При зна@ чител ьной длине x0 отро@ стка применяют также штамповку в свернутом виде с последующей (после обрезки облоя) развод кой Кроме заготовительных С вытянутой осью и отростком ручьев применяют загото@ вительно@предваритель@ ный ручей; для поковок типа А — со специальным элементом, обеспечиваю@ щим последующее полу@ чение отростка; для поко@ вок типа Б — с рассекате@ лем для разгонки металла по направлению от оси а–с к полости под разви@ лину. С развилиной; могут быть отнесены к 1@й подгруппе из@за значительной длины развилины (Lр / bр велико) или стержня x0 КЛАССИФИКАЦИЯ МОЛОТОВЫХ ПОКОВОК 61 А Поковки типа Б 1. Круглые и квадрат@ Технологические прие@ Круглые, штампуемые с преобладанием оса@ Квадратные, штампуемые с преобладанием оса@ ные в плане; типа ко@ мы сводятся в основ@ живания и выдавливания металла (а) или оса@ живания и выдавлива ния металла (а) или оса@ лец, втулок, шестерен, ном к комбинированию живания и прошивки с раздачей металла (б) живания и прошивки с раздачей металла (б) поршней, круглых таких видов формоиз@ фланцев диаметром в менения, как осадка, плане Dп (тип А); типа выдавливание и про@ фланцев, кожухов и шивка крышек, квадратные в плане (Вп´Вп) или близкие к ним по фор@ ме (Lп » Bп; тип Б) II группа. Поковки, штампуемые вдоль оси заготовки (штамповка осадкой в торец) 6. Удлиненные комби@ В соответствии с фор@ Изготовляемые на штамповочном молоте в соче@ Изготовляемые на штамповочном молоте в со@ нированной формы, мой и размерами от@ тании с прессом или специальными машинами четании с горизонтально@ковочной машиной изготовляемые с рас@ дельных участков поков@ членением пр оцесса и ки применяют различ@ комбинированием аг@ ные штамповочные аг@ регатов в соответствии регаты, наиболее отве@ со спецификой отдель@ чающие требованиям ных участков поковки; рациональной штампов@ могут быть приведены ки этих участков к 1–5@й подгруппам при изменении формы; после штамповки на молоте шта мпуют на других агрегатах Технологические осо@ бенности изготовления поковок Подгруппы Номер подгруппы; основная характери@ стика поковок Окончание табл. 4 62 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 3. Типа стержня с фланцем и цилиндри@ ческим или кониче@ ским стержнем без впадин С большим объемом pd 3 флан ца Vф > 3 min 4 Типа крестовин с четырьмя симметрично рас@ С тремя симметрично расположенными отро@ положенными отростками одинаковой длины стками (а) и с отро стками различной длины (а) и вертикальными выступами (б) (б) Необходимы заготови@ С относительно не@ тельные операции: вы@ большим объемом садка фланца или бур@ pd 3 фланца Vф < 3 min та — для поковок типа 4 А; протяжка в специ@ альном протяжном ру@ чье или высадка и протяжка — для поко@ вок типа Б с большим объемом фланца 2. Типа крестовин, от@ То же, что и для 1@й носящиеся к типу А; подгруппы поковки круглые и квадратные в плане с различно расположен@ ными отростками (тип Б) КЛАССИФИКАЦИЯ МОЛОТОВЫХ ПОКОВОК 63 64 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ – по форме поковки и соотноше@ нию ее основных размеров, влияющих на выбор тех или иных заготовитель@ ных ручьев или заготовительно@пред@ варительных ручьев; – по форме поперечных сечений поковки, обусловливающей характер формоизменения при заполнении по@ лостей штамповочного ручья и необ@ ходимость применения заготовитель@ но@предварительных ручьев; – по формам главной оси поковки и линии разъема, предопределяющим применение особых заготовительных ручьев или необходимость уравновеши@ вания сдвигающих усилий при штам@ повке. В зависимости от выбранного спо@ соба штамповки, в значительной сте@ пени определяющего характер техно@ логического процесса, различают две группы молотовых поковок: I группа — удлиненные и изогну@ тые поковки, штампуемые перпен@ дикулярно оси заготовки (штампов@ ка плашмя); для этих поковок ха@ рактерна значительная величина от@ ношения их длины к средней шири@ не в плане; деформация заготовки в штамповочных ручьях протекает главным образом при формоизмене@ нии по двум осям — в направлении высоты и ширины поковки, в на@ правлении же главной оси (длины поковки) деформация весьма незна@ чительна; II группа — круглые и квадрат@ ные поковки или поковки, близкие к ним по форме в плане (два взаим@ но перпендикулярных размера в плане приблизительно равны); по@ ковки с отростками (основные эле@ менты имеют круглую или квадрат@ ную форму); штампуются вдоль оси заготовки (штамповка осадкой в торец); деформация в штамповоч@ ных ручьях протекает при различ@ ных видах формоизменения: оса@ живании (высадке), выдавливании и прошивке. Каждой поковке присваивают ин@ декс. Например, индекс II@3@А означа@ ет: поковка II группы, третьей под@ группы, типа А, т.е. поковка типа стержня с фланцем с цилиндрическим или коническим стержнем без впадин (см. табл. 4). 3. МОЛОТОВЫЕ ШТАМПЫ Виды молотовых штампов и об@ ласть их применения даны в класси@ фикации (табл. 5). При штамповке в открытом штам@ пе на поковке по линии разъема обра@ зуется облой. В закрытых штампах при штам@ повке образуется лишь незначитель@ ный долевой (торцевой) заусенец вследствие затекания металла в зазор между верхней и нижней частями штампа. В открытых молотовых штампах изготовляют поковки всех форм (см. табл. 4); в закрытых штампах — пре@ имущественно поковки II группы с вертикальными или почти вертикаль@ ными стенками по периметру наруж@ ной поверхности. Область применения штамповки в закрытых штампах можно в ряде слу@ чаев расширить внесением конструк@ тивных изменений в поковки, а ино@ гда и готовые детали. В закрепленных открытых штам@ пах предусматривают один–шесть ручьев; в закрепленных закрытых — один–три ручья; в подкладных от@ крытых и закрытых — обычно один ручей. Применение того или иного штампа и число ручьев в штампе за@ висят от серийности производства, формы и размеров поковок, материа@ ла поковок и технических условий на поковки. МОЛОТОВЫЕ ШТАМПЫ 65 5. Классификация штампов и область их применения Типы штампов Область применения Схема штампа одноручьевого Закрепленные штампы Открытые Штамповка на штамповочных мо@ лотах поковок всех форм согласно клас@ сификации (см. табл. 4) в условиях массового и крупно@ серийного производ@ ства Закрытые Штамповка на штамповочных мо@ лотах поковок типа тел вращения (II группа) или поковок I группы с верти@ кальными стенками по их периметру в условиях крупносе@ рийного и массового производства многоручьевого Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 66 Окончание табл. 5 Типы штампов Область Схема штампа применения Незакрепленные (подкладные) штампы Откры@ Штамповка на ковочных молотах тые в условиях средне@ или мелкосе@ рийного прои зводства поковок: относительно простой формы в одном окончательном ручье; более сложной формы с приме@ нением кованой заготовки или заготовки, изготовленной в заго@ товительном подкладном штампе Закры@ тые То же, но для случаев, когда это обусловлено формой поковки 4. КЛАССИФИКАЦИЯ РУЧЬЕВ МОЛОТОВЫХ ШТАМПОВ И ПЕРЕХОДОВ ШТАМПОВКИ должна превышать 350…400 мм, а чис@ ло одновременно штампуемых поко@ вок 6–8. Классификация ручьев молотовых штампов и соответствующих им пере@ ходов штамповки, а также указания о назначении ручьев и способах обра@ ботки в них заготовок приведены в табл. 6. Многоштучная штамповка. При из@ готовлении небольших поковок мож@ но проводить штамповку одновреме нно двух и более поковок (рис. 15). При этом выбирают такое взаимное расположение фигур — продольное (рис. 15, а) или поперечное (рис. 15, б), при котором потребуется наименьшее число заготовительных ручьев и обес@ печивается наибольшая экономия ме@ талла или наиболее рациональное ис@ пользова ние штампов за счет взаим@ ного уравновешивания сдвигающих сил, возникающих при штамповке (рис. 15, в). Общая длина L фигур не Рис. 15. Многоштучная штамповка Группа ручьев З@I для поковок I группы З@I@1 для поковок 1@й под@ группы Конструирование ручьев проводят с учетом размеров ис@ ходной и расчетной заготовок Формоизменение объема металла ис@ ходной заготовки происходит в соот@ ветствии с площадя@ ми поперечных се@ чений поковки с об@ лоем. Характер формоиз@ менения заготовки Подгруппа и принципы конст@ руирования ручья б a Индекс Подкат@ ной от@ крытый Формо@ вочный Название ручья Эскиз По заготовке наносят 2–3 удара, перед каждым следующим уда@ ром заготовку кантуют на 90°. Обработка в этом ручье обеспе@ чивает больший набор металла, чем обработка в формовочном ручье Увеличение площади попереч@ ных сечений заготовки (для на@ бора металла) в одних местах за счет уменьшения площади попе@ речного сечения исходной заго@ товки в других местах. 1 — исходная заготовка; 2 — подкатанная заго@ товка в минимальном сечении; 3 — места н абора В ручье осуществляется незначи@ тельное осевое перемещение ме@ талла. При обработке по заго@ товке наносят обычно один удар, по сле чего заготовку кан@ туют на 90° и в таком положении 1 — исходная заготовка; 2 — про филь формовоч@ укладывают в штамповочный ного ручья ручей Придание заготовке формы, близкой к форме поковки в плане. Заготовительные ручьи (З) Назначение ручья и способ обработки заготовки Типы ручьев 6. Классификация ручьев молотовых штампов КЛАССИФИКАЦИЯ РУЧЬЕВ МОЛОТОВЫХ ШТАМПОВ 67 Группа ручьев З@I для поковок I группы З@I@1 для поковок 1@й под@ группы г в Формоизменение объема металла ис@ ходной заготовки происходит в соот@ ветствии с площадя@ ми поперечных се@ чений поковки с об@ лоем. Конструирование ручьев проводят с учетом размеров ис@ ходной и расчетной заготовок Индекс Характер формоиз@ менения заготовки Подгруппа и принципы конст@ руирования ручья Более интенсивный (по сравне@ нию с открытым ручьем) набор металла в поперечных сечениях (А–А), т.е. более интенсивное перемещение металла из участ@ ков ручья с меньшими попереч@ ными сечениями, чем попереч@ ные сечения исходной заготов@ ки, в участки с бульшими сече@ ниями, чем сечения исходной заготовки. Способ обработки та@ кой же, как и в открытом под@ катном ручье Назначение ручья и способ обработки заготовки Увеличение длины исходной за@ готовки за счет уменьшения площади ее поперечных сечений в соответствии с формой поков@ ки. По заготовке наносят ряд последовательных ударов, со@ Протяж@ провождаемых кантовкой заго@ товки и ее перемещением в осе@ ной вом направлении. В простейшем случае ручей выполняют в виде площадки для протяжки, на ко@ торой протягивают концевой участок заготовки Подкат@ ной за@ крытый Название ручья Эскиз 1 — исходная заготовка; 2 — сечение протянутой заготовки 1 — исходная заготовка; 2 — минимальное сече@ ние подкатанной заготовки; 3 — места набора Типы ручьев Продолжение табл. 6 68 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ З@I для поковок I группы З@I@2 для поковок 2@й под@ группы Формоизменение происходит в соот@ ветствии с формой поковки в плане. Ручьи конструируют в соответствии с формой поковки в плане и размерами расчетной и исход@ ной заготовок Ручьи конструируют в соответствии с формой поковки в плане и размерами расчетной и исход@ ной заготовок Заготовке придают форму, соответст@ вующую форме по@ ковки в плане, и осуществляют неко@ торое распределение металла в соответст@ вии с площадями поперечных сечений поковки с облое. б а Расплющивание исходной заго@ товки. Применяют главным об@ разом при штамповке поковок с небольшим отношением длины к средней ширине. По заготовке наносят несколько ударов до достижения требуемой ширины. Расплющивание может Площад@ сопровождаться незначительным ка для в ыдавливанием или местным расплю@ пережимом заготовки щивания Пере@ жимной Пережим, т.е. уменьшение пло@ щади поперечного сечения ис@ ходной заготовки в одних местах при незначительном наборе ме@ талла в других местах. Осевое перемещение металла незначи@ тельно. По исходной заготовке наносят один@два удара и, не ме@ няя положения заготовки (т. е. без кантовки), укладывают ее в штамповочный ручей 1 — исходная заготовка; 2 — расплющенная заго@ товка; 3 — окончательный ручей; 4 — площадка для расплющивания 1 — исходная заготовка; А–А — большее сечение: h > Aзг; Б–Б — меньшее сечение: h < Aзг; 2 — ми@ нимальное сечение пережатой загото вки; 3 — фасонное сечение пережимного ручья ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ЗАКРЫТЫХ ШТАМПАХ 69 Группа ручьев З@I для поковок I группы Ручьи конструируют с учетом объемов различных участков заготовки и в соот@ ветствии с формой и размерами поков@ ки б а Интенсивное пере@ распределение ме@ талла исходной за@ готовки на участке фланца в соответст@ вии с объемом и размерами участка (высадочный ручей) или протягивание на конус стержне@ вых участков для придания нужных размеров (использу@ ют специальный протяжной ручей) З@1@3 для поковок 3@й под@ группы Индекс Характер формоиз@ менения заготовки Подгруппа и принципы конст@ руирования ручья Специ@ альный протяж@ ной Высадоч@ ный для удлинен@ ных в плане поковок Название ручья Эскиз При обработке в этом ручье по заготовке наносят два — четыре и более ударов, сопровождаемых кантовкой заготовки и ее пода@ чей в ос евом направлении Протяжка на конус стержневых участков. 1 — исходная заготовка; 2 — профиль ручья При обработке в этом ручье за@ готовку устанавливают верти@ кально и по ней наносят один — три удара. Площадь поперечного сечения исходной заготовки на одном участке увеличивается в 2–3 раза и более, что значитель@ 1 — исходная заготовка; 2 — высаженный участок заготовки но больше, чем в любом другом заготовительном ручье Высадка металла на участке фланца (набора металла) за счет уменьшения длины исходной за@ готовки на соответствующем участке. Назначение ручья и способ обработки заготовки Типы ручьев Продолжение табл. 6 70 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ З@I для поковок I группы а Гибоч@ ный Для поковок 5@й и 6@й подгрупп (см. табл. 4) применяют заготовительные ручьи З@I@1…З@I@4 в соответствии с формой и размерами поковок З@I@4 для поковок 4@й под@ группы Заготовке придают форму, близкую к форме поковки в плане, при одновре@ менном незначи@ тельном осевом пе@ ремещении металла. Ручьи констру иру@ ют по принципу вписывания контура плана поковки за исключением мест резкого перегиба См. ручьи З@I@1… З@I@4 При обработке в гибочном ручье по заготовке (исходной или предварительно обработанной в ручьях З@I@1) наносят один@два удара, затем заготовку кантуют на 90° и в таком положении укладывают в штамповочный ручей Изгиб заготовки в соответствии с формой поковки в плане; весь@ ма незначительное осевое пере@ мещение металла и пережим за@ готовки в отдельных сечениях. ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ЗАКРЫТЫХ ШТАМПАХ 71 Группа ручьев З@II для поковок II группы З@II@3 для поковок 3@й под@ группы З@II@1, З@II@2 для поковок 1–2@й подгрупп См. заготовитель@ ные ручьи З@II@3 для поковок 3@й подгруппы б а а Специ@ альный протяж@ ной Высадка фланца простой фор@ мы; способствует увеличению Высадоч@ стойкости окончательного ручья ный для и исключает возможность обра@ круглых зования зажимов поковок со и квад@ сложным фланцем. При работе ратных в заготовку в ручье устанавливают вертикально и наносят по ней плане поковок один@два удара По заготовке наносят один@два Площад@ удара до получения требуемой ка для высоты осадки Назначение ручья и способ обработки заготовки Ручьи конструируют исходя из формы и размеров поковки в плане Название ручья Осадка исходной заготовки, иногда сопровождаемая выдав@ ливанием или частичной про@ шивкой металла. Индекс Увеличение разме@ ров заготовки в пла@ не за счет уменьше@ ния ее высоты. Характер формоиз@ менения заготовки Подгруппа и принципы конст@ руирования ручья Эскиз См. ручьи З@I@3, б 1 — исходная заготовка; 2 — высаженный участок фланца 1 — исходная заготовка; 2 — осаженная заготов@ ка; 3 — площадка для осадки; 4 — окончательный ручей Типы ручьев Продолжение табл. 6 72 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Формоизменение обеспечивает получе@ ние поковки требуе@ мой формы и разме@ ров. По чертежу го@ рячей поковки конст@ руируют ручьи: окон@ чательный; предвари@ тельный — с соблю@ дением больших ра@ диусов закруглений, оговариваемых на чертеже штампа; за@ готовительно@предва@ рительный — с вне@ сением в чертеж штампа специальных разрезов и сечений для участков, отли@ чающихся от оконча@ тельного ручья б а Характер формоизме@ нения заготовки и принципы конструи@ Индекс рования ручья По заготовке наносят два–пять ударов, после чего заготовку в том же положе@ нии или после кантовки на 180° отно@ сительно плоскости разъема укладыва@ ют в окончательный ручей На некоторых участках выполняет роль заготовительного ручья, обеспечивая требуемое долевое и поперечное смеще@ ние металла. Повышает стойкость окончательного ручья. Получение формы, близкой к оконча@ тельной. Штамповочные ручьи (Ш) Назначение ручья и способ обработки заготовки Получение формы, близкой к оконча@ тельной. Используется для повышения стойкости окончательного ручья, уменьшения прилипания заготовки в ручье и улучшения условий течения ме@ Предвари@ талла. тельный Способ обработки заготовки такой же, как и в заготовительно@предваритель@ ном ручье Заготови@ тельно@ предвари@ тельный Название ручья Типы ручьев См. с. 72 Ручьи: 1 — заготовительно@предварительный; 2 — подкат@ ной; 3 — окончательный Эскиз Продолжение табл. 6 ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ЗАКРЫТЫХ ШТАМПАХ 73 Формоизменением отделяют штампован@ ную п оковку от прутка при получе@ нии из исходной за@ готовки нескольких поковок Формоизменение обеспечивает получе@ ние поковки требуе@ мой формы и разме@ ров. По чертежу горя@ чей поковки конструи@ руют ручьи: оконча@ тельный; предвари@ тельный — с соблюде@ нием больших радиу@ сов закруглений, ого@ вариваемых на чертеже штампа; заготовитель@ но@предваритель@ ный — с внесением в чертеж штампа специ@ альных разрезов и се@ чений для участков, отличающихся от окончательного ручья а в Характер формоизме@ нения заготовки и принципы конструи@ Индекс рования ручья Отрубной Оконча@ тельный Название ручья Поковку укладывают перемычкой на нож и одним ударом отсекают от заготовки Располагают в одном из углов штампа. Размеры ручья зависят от размеров по@ ковки с облоем при переднем располо@ жении или от размеров исходной заго@ товки при расположении на одном из задних углов штампа. Отрубные ручьи (ножи) По поковке наносят один удар или ряд ударов с возрастающей силой; число ударов зависит от сложности поковки, совершенства обработки исходной заго@ товки в заготовительных и предвари@ тельном ручьях и энергии применяемо@ го молота Получение окончательной, отчетливо оформленной поковки в соответствии с требованиями приемочного чертежа и технических условий. Назначение ручья и способ обработки заготовки Ручьи: 1 — предварительный; 2 — окончательный Эскиз 1 — верхний штамп; 2 — нижний штамп; 3 — пруток; 4 — поковка с обло ем Типы ручьев Окончание табл. 6 74 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ ОБЛОЙ И ОБЛОЙНЫЕ КАНАВКИ 5. ОБЛОЙ И ОБЛОЙНЫЕ КАНАВКИ Типы канавок, применяемых в от@ крытых штампах, показаны на рис. 16. Канавка типа I обеспечивает боль@ шую стойкость выступа (мостика), так как верхняя половина штампа прогре@ вается меньше, чем нижняя. Магазин высотой h1 можно выпол@ нить в нижней половине штампа. Та@ кой вариант целесообразен при обрез@ ке облоя с поворотом поковки, т.е. в положении, обратном положению по@ ковки в окончательном ручье штампа, так как предпочтительна укладка по@ ковки на матрице плоской стороной облоя, а также в том случае, если по@ ковка целиком размещается в нижней половине штампа. Канавку типа II рекомендуется ис@ пользовать в тех случаях, когда поковку нельзя отштамповать с нормальным облоем, например, когда по условиям производства нельзя осуществить точ@ ную отрезку заготовки и объем заготов@ ки сильно колеблется. Канавку этого типа применяют для увеличения объе@ ма магазина при штамповке сложных поковок. Для поковок удлиненной формы (I группа; см. табл. 4) облойную канавку типа II следует применять, ес@ ли заготовительные ручьи не обеспечи@ вают распределения металла в соответ@ ствии с площадями поперечных сече@ ний поковки. Поэтому канавку типа II допускается выполнять на отдельных участках контура, где заготовительные операции не обеспечивают удаления избытка металла в исходной заготовке. Основную же часть контура оконча@ тельного ручья снабжают канавкой ти@ па I. Ширину мостика в нижней поло@ вине штампа увеличивают с целью по@ вышения стойкости мостика и для бо@ лее удобной укладки поковки на поя@ сок обрезной матрицы. Канавку типа III применяют в том случае, если необходимо резко повы@ 75 сить сопротивление течению металла на некоторых участках окончательно@ го ручья, с тем чтобы обеспечить за@ полнение глубоких и сложных полос@ тей штампа. При этом на части заго@ товки предусматривают увеличенный избыток металла. Канавку этого типа предусматривают на отдельных участ@ ках контура фигуры ручья. В канавке типа IV отсутствует мага@ зин для облоя, а остается только тормо@ зящий мостик с наклоном. Канавку это@ го типа применяют для круглых в плане поковок, которые обычно штампуют с применением только оконча тельного ручья (малоотходная штамповка). В табл. 7 приведены рекомендуе@ мые размеры и площади поперечного сечения для облойной канавки типа I. Рис. 16. Типы облойных канавок Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 76 7. Размеры, мм, облойных канавок типа I (см. рис. 16) Но@ мер ка@ на@ вок по по@ ряд@ ку R при глубине ручья, мм hо h1 до 20 20…4 0 св. 40 Номер канавки в зависимости от формоизменения при штамповке 1; штамповка 3; штамповка по@ 2; штамповка вы@ осаживанием или ковок сложной давливанием по@ осаживанием с формы с трудно@ ковок несложной элементами вы@ заполняемыми формы давливания (см. глубокими полос@ (рис. 17, б) рис. 17, а) тями (рис. 17, в) b b1 Sоб.к, см2 b b1 Sоб.к, см2 b b1 Sоб.к, см2 1 0,6 3,0 1,0 1,0 1,5 6 18 0,52 6 20 0,61 8 22 0,74 2 0,8 3,0 1,0 1,5 1,5 6 20 0,69 7 22 0,77 9 25 0,88 3 1,0 3,0 1,0 1,5 2,0 7 22 0,80 8 25 0,91 10 28 1,04 4 1,6 3,5 1,0 1,5 2,0 8 22 1,02 9 25 1,13 11 30 1,55 5 2,0 4,0 1,5 2,0 2,5 9 25 1,36 10 28 1,53 12 32 1,77 6 3,0 5,0 1,5 2,0 2,5 10 28 2,01 12 32 2,33 14 38 2,78 7 4,0 6,0 2,0 2,5 3,0 11 30 2,68 14 38 3,44 16 42 3,85 8 5,0 7,0 2,0 2,5 3,0 12 32 3,43 15 40 4,34 18 46 5,06 9 6,0 8,0 2,5 3,0 3,5 13 35 4,35 16 42 5,30 20 50 6,42 10 8,0 10 3,0 3,5 4,0 14 38 6,01 18 46 7,45 22 55 9,03 11 10,0 12 3,0 3,5 4,0 15 40 7,68 20 50 9,88 25 60 12,08 П р и м е ч а н и е. Sоб.к — площадь сечения обратной канавки. Толщину облоя на мостике реко@ мендуется определять в зависимости от формы поковки в плане: для поковок произвольной формы с площадью поперечного сечения Fп: h о = 0,15 F п ; (8) для квадратных поковок со сторо@ ной квадрата Ап: h о = 0,15 А п ; (9) для круглых поковок диаметром D п : h о = 0,15D п . Рис. 17. Штамповка осаживанием (а) и выдав ливанием (б и в) (10) Округлив результат, подбирают по табл. 7 ближайшее значение hо и опре@ деляют номер канавки, а следовательно, и другие размеры канавки: h1, R, b, b1. ОБЛОЙ И ОБЛОЙНЫЕ КАНАВКИ При расчете hо для поковок типа вилок или содержащих развилину как элемент общей формы, внутреннюю пленку относят к телу поковки и оп@ ределяют площадь проекции Fп с уче@ том этой пленки. Например, для по@ ковки, изображенной на рис. 15, б, Fп определяют как площадь проекции, ограниченную штрихпунктирной ли@ нией. В табл. 7 каждому номеру канавки соответствует три значения ширины мостика b и магазина b1. При определении размеров облой@ ной канавки по ширине рекомендует@ ся пользоваться табл. 7 для различных по форме поковок и нижеследующими указаниями. Если более сложный элемент пре@ обладает в общей форме поковки, то рекомендуется вдоль всего периметра окончательного ручья применять об@ лойную канавку одинаковой ширины в соответствии с формой поперечного сечения этого сложного элемента. Ес@ ли же более сложный элемент поковки составляет сравнительно небольшую ее часть (по величине площади в пла@ не), то для него можно установить большую ширину облойной канавки в соответствии с формой его поперечно@ го сечения, чем на остальном пери@ метре поковки (см. b и b1, а также b¢ и b1¢ на рис. 18). Если контур облойной канавки, построенный на поверхности разъема штампа вдоль контура поковки в пла@ не, получается многоступенчатым и довольно сложной формы, то в целях его упрощения рекомендуется приня@ тую по табл. 7 общую ширину b + b1 выдерживать лишь на некоторых уча@ стках контура, а на остальных участках контура общая ширина канавки долж@ на быть больше, чем b + b1 (см. рис. 15, а и рис. 18). Упрощать контур облойной канав@ ки следует только корректированием 77 Рис. 18. Облойная канавка с различной шири ной для различных элементов ручья: b > b¢, b1 > b1¢. ширины магазина b1, сохраняя неиз@ менной ширину мостика b на всех уча@ стках контура окончательного ручья. Размеры канавок типов II и III оп@ ределяют по табл. 7 (канавка номер 3 по горизонтали) и соотношениям, приведенным на рис. 16; размеры ка@ навок типа IV — также по табл. 7 (ко@ лонка для канавки номер 2). Объем Vо облоя (без учета внутрен@ ней пленки) можно определить как произведение средней площади его Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 78 поперечного сечения на длину линии, проходящей через центры тяжести по@ перечных сечений облоя, или прибли@ женно по формуле V о = S о Pп , (11) где Рп — периметр поковки по линии разъема. Для поковок массой менее 3 кг вме@ сто периметра Рп в расчетах использу@ ют периметр по центру тяжести облоя, находящегося на расстоянии (b + b1)/2 от крайней точки контура поковки. Средняя площадь поперечного сече@ ния облоя S о = xS об.к , 8. Значения коэффициента x заполнения облойной канавки (при использовании размеров, приведенных в табл. 7) Номер канавки Группа поков@ Масса по@ по горизонтали ки (см. табл. 4) ковки, кг 1 2 3 II 6. ВЫБОР ПЕРЕХОДОВ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВКИ (12) где x — коэффициент, учитывающий степень заполнения облойной канав@ ки; зависит от формы поковки (или элемента поковки) и сложности сече@ ний (табл. 8); S об.к — площадь попе@ речного сечения облойной канавки для канавок типа I определяют по табл. 7 или для канавок других ти@ пов — соответствующим подсчетом. I Если на отдельных участках окон@ чательного ручья использована облой@ ная канавка для облоя переменной ширины (см. рис. 18) или различной высоты, следует объем облоя подсчи@ тывать как сумму объемов его частей, прилегающих к отдельным элементам поковки; при определении Vо для каж@ дого элемента необходимо подстав@ лять соответствующие этому элементу значения S об.к , Рп и x. До 1 0,4 0,5 0,6 1…5 0,5 0,6 0,7 Св. 5 0,6 0,7 0,8 До 1 0,3 0,4 0,5 1…5 0,4 0,5 0,6 Св. 5 0,5 0,6 0,7 Полученный по формуле (11) объ@ ем облоя Vо для тяжелых поковок мож@ но несколько увеличить (приблизи@ тельно на 20 %). При выборе ручьев молотовых штампов рекомендуется вначале изу@ чить, как штампуют поковки с распре@ делением металла, аналогичным дан@ ной поковке, и такой же массой, и только после этого приступить к выбо@ ру ручьев. Далее необходимо наметить расположение всех ручьев в одном штампе. Если все заготовительные и штамповочные ручьи не размещаются в одном штампе, то рекомендуется штамповать в двух штампах, установ@ ленных на рядом стоящих молотах. Желательно осуществлять такой про@ цесс при одном нагреве заготовки и с применением средств механизации для быстрой передачи заготовки с молота на молот. Штамповку на двух молотах осуще@ ствляют также в том случае, если по@ ковка имеет сложную форму (высокие ребра и бобышки, тонкие стенки и т. д.). Поэтому сдвиг половин штампа должен быть минимальным, а распо@ ложение штамповочных ручьев в двух отдельных штампах — центральное. Виды заготовительных и штампо@ вочных ручьев выбирают по табл. 4 в соответствии с размерами поковки и формой ее поперечных сечений. ВЫБОР ПЕРЕХОДОВ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ 79 Поковки I группы. 1 @ я п о д г р у п п а. Форма поковки определяет выбор того или иного ручья или комбинации ручь@ ев. При выборе ручьев используют так называемую расчетную заготовку, эпю@ ры сечений расчетной заго товки и ко@ эффициенты подкатки. Построение расчетной заготовки и эпюры сечений. Расчетной называют условную заготовку с круглыми попе@ речными сечениями, площади кото@ рых равны суммарной площади соот@ ветствующих сечений поковки и о блоя (рис. 19): добавляться к S п ; S о — площадь сече@ ния облоя; S об.к — площадь сечения облойной канавки, определяемая по табл. 7 для канавки типа I или соответ@ ствующим расчетом для канавок дру@ гих типов (см. рис. 16); x — коэффици@ ент заполнения канавки (см. табл. 8). Диаметр расчетной заготовки в ка@ ком@либо сечении определяют из ра@ венства S э = S п + 2 S о = S п + 2xS об.к , (13) Рассчитав ряд значений d э для ха@ рактерных поперечных сечений по@ ковки, откладывают отрезки получен@ ных диаметров по линиям плоскостей этих сечений, распределив их симмет@ рично по отношению к оси и соединив последовательно по участкам прямы@ ми и плавными кривыми линиями ха@ рактерные точки, получают чертеж расчетной заготовки или эпюру при@ веденных диаметров (см. рис. 19). где S э — площадь поперечного сечения расчетной заготовки в произвольном месте; S п — площадь поперечного се@ чения поковки в произвольном месте, рассчитанная по номинальным разме@ рам с добавлением к вертикальным размерам половины положительного отклонения; площадь внутреннего об@ лоя (перемычка под пробивку) должна pd э2 = S э ; d э = 1,13 S э . 4 Рис. 19. Элементарная расчетная заготовка и эпюра ее сечений (по А.В. Ребельскому) (14) Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 80 Изображение расчетной заготовки рекомендуется выполнять в масштабе 1 : 1. Если по ординатам отложить в масштабе М величины площадей ха@ рактерных сечений S э в виде отрезков, равных hэ = Sэ , M (15) то, соединив концы этих отрезков, получим эпюру поперечных сечений расчетной заготовки (см. рис. 19). Площади отдельных ее элементов, умноженные на принятый масштаб М, представляют собой объемы соот@ ветствующих элементов расчетной заготовки: V x = F эx M , (16) где V x — объем любого x@го элемента расчетной заготовки; F эx — площадь соответствующего элемента эпюры се@ чений. Объем всей расчетной заготовки ра@ вен V э = FэM . (17) Средней расчетной заготовкой называют цилиндр диаметром d ср , длиной, равной длине поковки (l э = l п ), и объемом V п.о , равным сумме объемов поковки V п и облоя V о (рис. 19): V п.о = V п + V о = V э = F э M . (18) Площадь сечения средней расчет@ ной заготовки S ср = V п.о V э = . lп lэ (19) Диаметр средней расчетной заготов@ ки d ср = 1,13 S ср . (20) Объем средней расчетной заготов@ ки и ее диаметр можно также опреде@ лить, пользуясь эпюрой поперечных сечений, предварительно найдя ее площадь F э по формуле (17). Высота эпюры среднего сечения h э.ср = Fэ . lэ (21) Площадь сечения средней расчет@ ной заготовки по эпюре поперечных сечений S ср = h э.с р M . (22) При этом в направлении оси эпю@ ры (по линии абсцисс) принято брать масштаб 1 : 1. Часть расчетной заготовки, в преде@ лах которой d э > d ср (и соответствую@ щая часть эпюры сечений), называют головкой. Часть расчетной заготовки, в пределах которой d э < d ср (и соответст@ вующая часть эпюры сечений), назы@ вают стержнем. Разность объемов головки V г и средней заготовки в пределах головки называют недостающим объемом: vг =Vг - 2 pd ср 4 lг , (23) где V г определяют как объем тела вра@ щения. Значение v г иногда удобнее опреде@ лять через недостающую площадь f г го@ ловки эпюры сечений: vг = fгM. (24) Разность объемов средней заготов@ ки в пределах стержня и стержня на@ зывают избыточным объемом; vс = 2 pd ср 4 lс -V с , (25) где v с определяют как объем тела вра@ щения. ВЫБОР ПЕРЕХОДОВ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ d к = 3,82 Рис. 20. Приведение расчетной заготовки с рез ким очертанием головки к плавной форме: 1 — эпюра диаметров; 2 — приведенная эпюра диаметров Значение v с иногда удобнее опре@ делять через избыточную площадь f с стержня эпюры: v с = fсM . (26) Если головка поковки с отверстием или выемкой имеет на эпюре расчет@ ной заготовки резкие очертания (рис. 20), то такую эпюру надо привес@ ти к плавной форме (тонкие линии на рис. 20), сохраняя объем неизменным. Эту линию легче провести сначала на эпюре сечений, так как удобнее при@ равнять отнимаемую площадь к при@ бавляемой. Определив наибольшую высоту эпю@ ры h эmax (см. рис. 19), легко находят соответствующий наибольший диа@ метр расчетной заготовки: d max = 1,13 S max = 1,13 h э max M . (27) Конусность стержня К= d к - d min , lс (28) причем если контур стержня очер@ чен ломаной или кривой линией, или стержень имеет выступы, то для определения размера перехода стерж@ ня в головку d к необходимо привес@ ти стержень расчетной заготовки к виду усеченного конуса, используя формулу: 81 Vс 2 - 0,75d min - 0,5d min , (29) lс где d min — наименьший диаметр рас@ четной заготовки. Чаще d к удобнее определять с по@ мощью эпюры поперечных сечений. При этом нужно иметь в виду, что d к = 1,13 S к = 1,13 h к M (30) и что эпюру на участке стержня можно привести (приближенно) к форме тра@ пеции, тогда h к определится по фор@ муле: hк » 2 F э.с - h э min , lс (31) где F э.с — площадь приведенной эпю@ ры стержня; h э min — см. рис. 19. Расчетную заготовку с одной голов@ кой и односторонне расположенным стержнем называют элементарной рас четной заготовкой. Ей будет соответст@ вовать элементарная эпюра сечений. Сложной является такая расчетная за@ готовка, которая состоит из одной го@ ловки и двустороннего стержня или двух и более головок. Соответственно сложной будет и эпюра сечений для этих расчетных заготовок (рис. 21 и 22). Сложную расчетную заготовку и со@ ответственно сложную эпюру сечений можно представить в виде ряда элемен@ тарных, построив линии раздела: 1. Если расчетная заготовка и эпюра представляют собой головку с двусто@ ронним стержнем (см. рис. 21), то сле@ дует найти такое расстояние x, на про@ тяжении которого недостающая часть объема головки равнялась бы избыточ@ ному объему прилегающего стержня (v1г = v1с ). Положение искомой линии раздела проще найти на эпюре сече@ ний, так как необходимо соблюдать ра@ венство площадей f1г = f1с . 82 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Рис. 21. Приведение сложной эпюры головки — двустороннего стержня — к двум элементарным (по А.В. Ребельскому) Рис. 22. Приведение сложной эпюры стержня с двумя головками к двум элементарным Определив таким образом линию раздела, получим две элементарные эпюры с длинами l1э и l 2э . 2. Если расчетная заготовка и соот@ ветственно эпюра сечений представ@ ляют собой стержень с двумя головка@ ми при незначительной конусности стержня, т.е. К £ 0,1 (см. рис. 22), то следует распределить избыточный объем с таким расчетом, чтобы недос@ тающий объем в головке v1г был равен избыточному объему v1с на участке ис@ комой длины стержня, причем опре@ делять положение линии раздела x ре@ комендуется по равенству площадей на эпюре сечений f1г = f1с . 3. При наличии двух головок и стержня с конусностью К > 0,1 (рис. 23) следует для нахождения линии раздела отложить от минимального сечения расчетной заготовки расстояние, равное d min , и получить таким искусственным приемом два участка. Для этих участков определяют средние сечения, исходя из объемов или, что проще, из площадей этих участков на эпюре сечений. В том случае, когда головки расчет@ ной заготовки достаточно близко рас@ положены друг к другу, можно путем осреднения привести их к одной го@ ловке, подобно тому, как это сделано на рис. 20. ВЫБОР ПЕРЕХОДОВ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ 83 ема стержня между недостающими объемами головки. 6. Для заготовок с тремя и более го@ ловками, некоторые участки стержня которых имеют конусность К > 0,1, приведение к элементарным расчет@ ным заготовкам проводят с учетом указаний п. 3. Коэффициент подкатки. В соответ@ ствии с полученными размерами рас@ четной заготовки можно определить общий коэффициент подкатки: K по = Рис. 23. Приведение сложной заготовки (эпю ры) две головки — стержень к элементарным расчетным заготовкам для случая, когда стер жень имеет значительный уклон amin = dmin 9. Значения коэффициента подкатки ручьев Индекс р учья по классифи@ кации табл. 6 Kп Формовочный 3@I@1, а 1,2 Подкатной открытый 3@I@1, б 1,3 Подкатной закрытый 3@I@1, в 1,6 Предварительный – 1,1 Окончательный – 1,05 Ручей 4. Если на расчетной заготовке есть граница, от которой начинается ко@ нусность К > 0,1, то эту границу следу@ ет считать линией раздела. Для полу@ ченных двух участков строят отдель@ ные средние расчетные заготовки или на эпюре сечений — отдельные эпюры средних сечений по участкам. 5. Если расчетная заготовка и со@ ответственно эпюра сечений содер@ жат три и более головки, то приведе@ ние такой сложной расчетной заго@ товки к ряду элементарных проводят в соответствии с основным принци@ пом распределения избыточного объ@ 2 S max d max = 2 . S ср d ср (32) Возможные значения K п для от@ дельных ручьев указаны в табл. 9. Выбор заготовительных ручьев. При штамповке поковок 1@й подгруппы применяют заготовительные ручьи 3@I@1 (см. табл. 6): формовочный, под@ катной открытый, подкатной закры@ тый и протяжной. Комбинацию ручь@ ев выбирают таким образом, чтобы K по £ K пр , (33) где K пр равно произведению K п вы@ бранных ручьев. Например, если вы@ браны ручьи: подкатной закрытый, предварительный и окончательный, то K пр = 1,6 ×1,1 ×1,05 » 1,8. При K по > 1,8 необходимо приме@ нить протяжной ручей. При выборе заготовительных ручь@ ев руководствуются следующими пра@ вилами: 1. Если расчетная заготовка эле@ ментарная (см. рис. 19), то заготови@ тельные ручьи выбирают непосредст@ венно по расчету K по . При наличии на расчетной заготовке выступов с отно@ d шением в > 1,2 или головки слож@ d min ной формы рекомендуется, кроме про@ 84 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ тяжного ручья (если по расчету он не@ обходим), применять еще формовоч@ ный и подкатной открытый ручьи. 2. При сложной расчетной заготов@ ке с общим для всех участков средним сечением d ср (см. рис. 21 и 22) опреде@ ляют заготовительные ручьи для каж@ дой элементарной расчетной заготов@ ки и выбирают наиболее трудоемкий процесс. Например, если для трех уча@ стков сложной эпюры соответственно требуется по расчету протяжной, под@ катной открытый и подкатной закры@ тый ручьи, то для расчетной заготовки в целом следует применять протяжной и подкатной закрытый ручьи. Если по расчету для всех участков получается только протяжной ручей, то в целях фиксации расстояний меж@ ду головками рекомендуется приме@ нить еще формовочный или подкат@ ной открытый ручьи. 3. При сложной расчетной заготов@ ке с различными средними сечениями d1ср , d 2ср и т. д. по участкам (см. рис. 23) заготовительные ручьи опре@ деляют для каждой элементарной рас@ четной заготовки, исходя из ее d max и d ср , и выбирают наиболее трудоемкий d срmax процесс. При условии, что > 1,2, d срmin применяют протяжной ручей, приведя его раствор а в соответствие с d срmin . 4. Если для расчетной заготовки в целом требуется только протяжной ру@ чей и штамповка ведется с клещеви@ ной, то при d ср > 30 мм применяют еще и подкатной открытый ручей для по@ лучения перешейка между поковкой и клещевиной. 5. Если по условиям в цехе прихо@ дится использовать заготовку с сече@ нием, большим, чем это необходимо по расчету, то в таких случаях приме@ нение протяжного ручья (или, в край@ нем случае, площадки для протяжки) обязательно. 6. Вместо протяжного ручья следует применять площадку для протяжки, если необходима оттяжка: – конца под клещевину; – короткого конца, длина которого меньше толщины исходной заготовки; – равномерного по толщине или ступенчатого конца (грубая оттяжка). 7. Если заготовка после подкатного или протяжного ручья резко выходит за контуры штамповочного ручья в плане, применяют дополнительно формовоч@ ный ручей. В определенных случаях вместо подкатного и формовочного ручьев можно использовать один не@ симметричный подкатной ручей (см. табл. 14, п. 6). 8. Необходимо увязывать выбор за@ готовительных ручьев с применяемой комбинацией штамповочных ручьев: – применение заготовительно@пред@ варительного ручья упрощает обработку заготовки в заготовительных ручьях; – при отмене предварительного ру@ чья часто бывает необходима более тщательная обработка исходной заго@ товки в заготовительных ручьях. 9. Применение заготовок, выса@ женных на горизонтально@ковочной машине или вальцованных, а также периодического проката существенно упрощает штамповку в заготовитель@ ных ручьях и часто позволяет прово@ дить штамповку без них. Выбор штамповочных ручьев и вари анта штамповки. Для поковок 1@й подгруппы типа А применяют оконча@ тельный ручей, для поковок типа Б — предварительный и окончательный, а в некоторых случаях предваритель@ но@заготовительный и окончательный ручьи в зависимости от формы и соот@ ношения размеров поперечного сече@ ния поковки (см. табл. 12, е–з). 2 @ я п о д г р у п п а. Выбор заготови тельных ручьев. При штамповке при@ меняют заготовительные ручьи З@I@2 (см. табл. 6): пережимной и площадку ВЫБОР ПЕРЕХОДОВ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ для расплющивания. Выбор ручьев проводят так же, как и для поковок 1@й подгруппы, с помощью расчетной за@ готовки, эпюры сечений расчетной за@ готовки и коэффициентов подкатки. По размерам расчетной заготовки оп@ ределяют общий коэффициент под@ катки, используя формулу (32). Для пережимного ручья K п = 1,2; для площадки для расплющивания K п = 1. В ручьях: пережимном, предва@ рительном и окончательном K пр = 1,2 ×1,1 ×1,05 » 1,4. Ручьи выбирают по неравенству (33). Если K по > 1,4, то поковку следует относить к 1@й подгруппе I группы. При этом не исключается возможность применения пережимного ручья. Ориентировочно можно рекомен@ довать при K по < 1,1 применять пло@ щадку для расплющивания вместо пе@ режимного ручья. Выбор штамповочных ручьев и вари анта штамповки. Для поковок 2@й под@ группы типа А применяют окончатель@ ный ручей, а для поковок типа Б — предварительный и окончательный, а в некоторых случаях предварительно@за@ готовительный и окончательный ручьи в зависимости от формы и соотноше@ ния размеров поперечного сечения по@ ковки (см. табл. 12, е–з). 3 @ я п о д г р у п п а. Выбор заготови тельных ручьев. При штамповке поко@ вок 3@й подгруппы применяют загото@ вительные ручьи З@I@3 (см. табл. 6): для поковок типа А — высадочный ру@ чей, а для поковок типа Б — спец иаль@ ный протяжной и высадочный ручьи. Эти ручьи используют при наличии одного фланца или бурта, для которого S K по = max > 1,8 [см. формулу (32)], и S ср сравнительно коротком стержне. Если K по £ 1,8 или стержень имеет большую длину, поковки относят к I группе, 1@й подгруппе, типу А. 85 Выбор штамповочных ручьев и вари анта штамповки. Для поковок 3@й подгруппы применяют один оконча@ тельный ручей или два ручья — пред@ варительный и окончательный, если необходимо увеличить стойкость окончательного ручья и уменьшить прилипание заготовки к штампу. 4 @ я п о д г р у п п а. Выбор заготови тельных ручьев. Поковки данной под@ группы требуют гибки, которую вы@ полняют либо с помощью гибочного ручья (поковки типа А), либо непо@ средственно в штамповочном ручье (поковки типа Б). Для поковок типа А необходимы такие же заготовитель@ ные ручьи, как и для поковок 1@й под@ группы. Для поковок типа Б при l разв / b ср > 2,5 применяют такие же за@ готовительные ручьи, как и для поко@ вок 1@й подгруппы, а при l разв / b ср < < 2,5 — такие же, как и для поковок 2@й подгруппы. Выбор ручьев прово@ дят, как и для поковок 1@й и 2@й под@ групп, с помощью расчетной заготов@ ки, эпюры сечений расчетной заготов@ ки и коэффициентов подкатки. В зависимости от формы поковки и степени протяжки заготовки в процес@ се гибки построение расчетной заго@ товки выполняют одним из следую@ щих способов: 1. Построение расчетной заготов@ ки по развертке (рис. 24). Способ применяют для поковок плавных Рис. 24. Построение расчетной заготовки по развертке: 1 — поковка; 2 — развертка; 3 — расчетная заготовка; 4 — эпюра 86 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Рис. 25. Построение расчетной заготовки по элементам: а — поковка в плане; б — расчетная заготовка развернутой поковки форм, требующих гибки без значи@ тельной протяжки заготовки. При этом строят развертку по линии, про@ ходящей примерно на расстоянии 1/3 толщины t от внутреннего контура поковки. Построение расчетной заго@ товки и эпюры сечений развертки проводят так же, как для поковки с вытянутой осью. 2. Построение расчетной заготовки по элементам (рис. 25). Способ при@ меняют для поковок с резкими пере@ гибами, требующими гибки со значи@ тельной протяжкой заготовки на соот@ ветствующих участках. При этом выделяют участки, почти не подвер@ гающиеся протяжке в процессе гибки (элементы длиной l1 и l 3 на рис. 25, а), что достигается проведением лучей ОВ и ОС из центра О дуги перегиба; для этих элементов соответствующие уча@ стки расчетной заготовки (рис. 25, б) строят, используя сечения, перпенди@ кулярные к осям ab и cd. Для определения длины элемента l 2 выполняют построение главной оси поковки на участке перегиба: из центра О проводят ряд сечений (ОМ , ОЕ и т. д.) и определяют положение точек 1, 2, 3 и т. д., пре дставляющих собой проекции центров тяжести со@ ответствующих сечений (ОМ, ОЕ и т. д.) на план поковки. Длина кривой b–1–2–3–…–с является искомой длиной l 2 . Затем находят площади поперечных сечений (ОМ, ОЕ и т. д.) поковки с облоем. Соответствующие диаметры расчетной заготовки d э1 , d э2 , … откладывают на линиях, соот@ ветственно проходящих через точки 1, 2, 3, …, и таким образом получают элемент расчетной заготовки на уча@ стке изгиба поковки (второй элемент расчетной заготовки в рассматривае@ мом случае). 3. Построение расчетной заготовки непосредственно по сечениям приме@ няют для поковок такой формы и с та@ кой линией разъема (рис. 26, а) или Рис. 26. Построение расчетной заготовки непо средственно по сечениям ВЫБОР ПЕРЕХОДОВ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ главной осью (рис. 26, б), которая тре@ бует применения гибки, протекающей за счет протяжки заготовки без суще@ ственного изменения ее длины. При этом построение расчетной заготовки проводят непосредственно по сечени@ ям, как для поковок с вытянутой осью (I@1; табл. 4). По размерам расчетной заготовки определяют общий необходимый ко@ эффициент подкатки по формуле (32). Коэффициент подкатки гибочного ру@ чья K п = 1,2. При выборе K п других заготови@ тельных ручьев рекомендуется поль@ зоваться табл. 9. Необходимо учиты@ вать также замечания, приведенные на с. 82. Нужно иметь в виду, что гибоч@ ным ручьем заменяют формовочный ручей. Гибо чный ручей применяют только для поковок 4@й подгруппы типа А. Выбор штамповочных ручьев и ва рианта штамповки. Для поковок 4@й подгруппы типа А (а) применяют окончательный ручей, типа А (б) — предварительный и окончательный ручьи, а в некоторых случаях — предварительно@заготовительный и окончательный ручьи в зависимости от формы и соотношения размеров поперечного сечения поковки (см. табл. 12, е, ж, з). Для поковок 4@й подгруппы типа Б необходимо уравновешивать сдви@ гающие силы. Для поковок типа Б (а) применяют окончательный ручей, а для поковок типа Б (б) — предвари@ тельный и окончательный ручьи и иногда предварительно@заготовитель@ ный и окончательный ручьи (см. табл. 12, е, ж, з). 5 @ я п о д г р у п п а. Выбор заготови тельных ручьев. Заготовительные ру@ чьи выбирают так же, как и для поко@ вок 1@й подгруппы. Для поковок 5@й подгруппы типа А в ряде случаев тре@ 87 буется применение формовочного ру@ чья в целях одностороннего смещения металла в сторону отростка. Иногда вместо подкатного и формовочного ручьев целесообразно применять не@ симметричный подкатной ручей (см. табл. 14, п. 6). Выбор штамповочных ручьев и вари анта штамповки. Для поковок 5@й подгруппы типа А применяют загото@ вительно@предварительный ручей с полостью упрощенной формы (см. табл. 12, и) и окончательный ручей; для поковок типа Б — заготовитель@ но@предварительный ручей с рассека@ телем (см. табл. 12, д) и окончатель@ ный ручей. В зависимости от формы и разме@ ров поковок иногда целесообразны различные варианты штамповки по@ ковок в свернутом или развернутом виде. 6 @ я п о д г р у п п а. Выбор загото вительных ручьев проводят в зависи@ мости от того, к какой из подгрупп (1–5@й) можно привести поковку, придавая ей рациональную форму для штамповки на молоте и после@ дующей штамповки на другом обо@ рудовании. Выбор штамповочных ручьев и вари анта штамповки также зависит от то@ го, к какой подгруппе приведена дан@ ная поковка. Применение отрубного ручья, выбор числа поковок, изготовляемых из одной заготовки, и применение клещевины при штамповке. Поковки небольшой массы и малой длины штампуют обычно из одной заготовки поочеред@ но, отделяя каждую заготовку вместе с облоем от исходного прутка на но@ же (рис. 27, А). Если масса и длина поковки не позволяют применять заготовку большую, чем на две поковки, то ре@ комендуется не отрубать первую по@ ковку на ноже, а проводить штам@ 88 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Рис. 27. Диаграмма пределов применения раз личных заготовок (по А.В. Ребельскому): а — граница зоны применения заготовок на несколько поковок с отрубкой их на ноже; б — граница зоны штамповки с поворотом заготовок на две поковки; в и г — кривые, между которыми располагается расширенная зона штамповки с поворотом для поковок простых форм; Lп — наибольший габаритный размер поковки, мм; G п — масса поковки, кг; lкл — длина клещевого конца в случае оттяж@ ¢ — то же, без оттяжки кле@ ки клещевины; lкл щевины; Азг — толщина исходной заготовки; а — клещевой конец без оттяжки; а1 — то же, в случае оттяжки. Зоны штамповки: I — из отдельной заготовки; II — с поворотом заго@ товки; III — с отрубкой поковки на ноже повку с поворотом заготовки на 180° после получения первой поковки (рис. 27, Б). При штамповке из длинного прут@ ка по первому варианту (см. рис. 27, А) рекомендуется так подобрать длину заготовки, чтобы последнюю поковку штамповать с поворотом заготовки и тем самым осуществлять процесс без применения клещевины. Прибегать к штучной заготовке (рис. 27, В) рекомендуется в том слу@ чае, когда длина L п и масса G п поков@ ки настолько значительны, что не представляется возможным проводить штамповку с кантовкой из заготовки на две поковки. Зоны на диаграмме (см. рис. 27) по@ зволяют по значениям L п и G п выби@ рать заготовку соответствующей дли@ ны. Исключение составляют штампов@ ка заготовок осадкой в торец, штам@ повка, требую щая оттяжки обоих кон@ цов заготовки, и изготовление поковок сложной формы, которая неудобна при штамповке от прутка и при отрубке. Клещевину не следует применять в тех случаях, когда штамповку произ@ водят без подкатных ручьев. Примене@ ние открытого со стороны клещевой выемки подкатного ручья (рис. 28) по@ зволяет в ряде случаев осуществлять штамповку без клещевого конца; же@ лательно использовать в качестве кле@ щевины оттянутый конец a1 заготовки (см. рис. 27, В). Клещевину можно не оттягивать, если ее используют в каче@ стве исходной заготовки для других поковок. Размеры клещевых концов а и a1 при штамповке соответственно без оттяжки (см. рис. 27, В) и с оттяжкой рекоменду@ ется определять, как указано в табл. 11. Определение размеров и выбор исход ной заготовки. Размеры исходной за@ готовки определяют исходя из двух ос@ новных факторов: расчетной заготов@ ки и принятой комбинации переходов штамповки. Объем заготовки на одну поковку V зг равен произведению площади S зг сечения заготовки на ее длину l зг , от@ несенную к одной поковке, т.е. V зг = S зг l зг . (34) ВЫБОР ПЕРЕХОДОВ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ 89 Рис. 28. Штамп для штамповки без клещевины за счет соответствующего расположения поковки и применения подкатного ручья, открытого со стороны клещевой выемки Объем заготовки V зг¢ с учетом по@ терь (без клещевины) определяют по формуле V зг¢ = V п.о 100 + d , 100 (35) где V п.о = V п + V о — суммарный объем поковки и облоя; d — угар металла, % (см. т. I, гл. V). Объем поковки V п рассчитывают по номинальным размерам с добавле@ нием к вертикальным размерам поло@ вины положительного отклонения. На основании расчетных загото@ вок (эпюр) и принятого процесса штамповки по переходам, а также с учетом потери металла на угар и способа укладки заготовки в загото@ вительные ручьи рекомендуется пло@ щадь поперечного сечения заготовки ¢ определять по табл. 10, состав@ S зг ленной для поковок с элементарной расчетной заготовкой. Площадь сечения исходной заго@ ¢ для поковок со сложной рас@ товки S зг четной заготовкой — сложной эпюрой (см. рис. 21–23) рассчитывают: – по формулам (36)–(38) (табл. 10) в случае штамповки без заготовительных ручьев (БЗ) или с применением гибки (Гб), пережима (Переж), формовки (Форм) или подкатки (ПО и ПЗ); – по формулам (38)–(40) при штам@ повке с применением протяжки (Прот) или протяжки — подкатки (Прот–ПО или Прот–ПЗ) для каждого участка расчетной заготовки (эпюры); для рас@ чета принимают наибольшее из полу@ ¢ ; чен ных значений S зг – в случае штамповки с примене@ нием одного высадочного ручья по формуле ¢ = 0,98 S зг 2 pd min 4 , (41) где d min — диаметр концевого участка поковки большей длины; Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 90 10. Определение площади сечения исходной заготовки для поковок с элементарной расчетной заготовкой (по A. В. Ребельскому) Площади сечения исходной заго@ товки. Формула для определения Переходы Без заготови@ тельных ручьев (БЗ) или с при@ менением гибки ¢ = (102 S зг , K105 , )S ср (36) С пережимом или формовкой ¢ = (105 S зг , K13 , )S ср (37) C подкаткой (ПО или ПЗ) ¢ = S пд = (102 S зг , K12 , )S ср (38) C протяжкой ¢ = S пр ¢ = S зг С протяжкой и подкаткой Vг¢ lг ¢ = S пр - К(S пр - S пд ) S зг ¢ =3 D зг (40) S пд определяют по формуле (38) при значе@ нии коэфф ициента 1,2; S пр — по формуле (39); К — конусность стержня расчетной за@ готовки (см. рис. 19) ¢ = S зг ; (42) ¢ )2 p(D зг , 4 (43) 2,5 p Меньшее значение коэффициента применяют в том случае, если исходная заготовка закла@ дывается до конца заготовительного ручья, большее значение — если заготовка заклады@ вается не до конца ручья (39) ¢3 pD зг ; 4 4V ф¢ Меньшее значение коэффициента в формуле принимают для случая, когда заготовка пере@ крывает штам повочный ручей по всей дли@ не, большее значение — заготовка не дохо@ дит до конца ручья Эту формулу применяют в том случае, если после протяжки проводят формовку или гибку. 100 + d В формуле Vг¢ = Vг — объем головки 100 расчетной заготовки с учетом потерь на угар; d — угар, %; lг — длина головки расчетной заготовки (см. рис. 19) – в случае штамповки с примене@ нием высадочного и специального протяжного ручьев по формулам: V ф¢ = 2,5 Пояснения к расчету где V ф¢ — объем фланца поковки с уче@ том потерь на облой и угар; определя@ ют аналогично V зг¢ по формуле (35); ¢ — диаметр расчетной заготовки с D зг учетом потерь на облой и угар. Выбор профиля сечения исходной за готовки и размеры профиля. Определив ¢ по ГОСТу, подбирают квадратный S зг или круглый профиль с ближайшей большей площадью поперечного сече@ ния и рассчитывают A зг и D зг ; если за@ проектирован высадочный ручей и не предусмотрен специальный протяж@ ной, то D зг £ d min . Наиболее выгодно применять квад@ ратный профиль. Круглую по сечению заготовку используют: при гибке с рез@ кими изгибами, приводящей при штамповке из квадратного профиля к образованию зажимов; если на поков@ ке круглый по сечению участок не подвергающийся штамповке; в случае применения высадочного ручья или штамповки на молоте после высадки на горизонтально@ковочной машине. В ряде случаев рациональнее приме@ нять заготовки из проката периодиче@ ского профиля, а также высаженные на горизонтально@ковочной машине, или заготовки, полученные вальцов@ кой на ковочных вальцах. ВЫБОР ПЕРЕХОДОВ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ Поковки II группы. 1 @ я п о д г р у п п а. Выбор заготовительных ручьев. При штамповке поковок 1@й под@ группы применяют только заготови@ тель ный ручей З–II–1,2 (см. табл. 6), т. е. площадку для осадки. Иногда вме@ сте с оса дкой в заготовке выполняют неглубокую наметку или выступ. Если диаметр исходной заготовки близок к диаметру поковки, то площадку для осадки не применяют. При большом диаметре поковки (D п > 300 мм) мож@ но производить осадку заготовки на другом молоте, так как штамп с осад@ кой получается очень большим. Выбор штамповочных ручьев и вари анта штамповки. Для поковок типа А применяют один окончательный ручей. Предва@ рительный ручей можно делать для повышения стойкости окончательно@ го ручья. При обработке поковки ти@ па Б применяют предварительный и окончательный ручьи. Если в поков@ ках типа А или Б прошивают отвер@ стие, то желателен предварительный ручей. 2 @ я п о д г р у п п а. Выбор заготови тельных ручьев. Для поковок типа А с относительно короткими отростками (рис. 29, а) при@ меняют площадку для осадки З–II–1,2 (см. табл. 6), а при большом размере от@ ростков (В > 300 мм) осадку исходной заготовки (рис. 29, б) выполняют на другом молоте. Затем проводят осадку в направлении диаметра, в результате че@ го получают заготовку, близкую в плане к квадратной (рис. 29, в). Полученную заготовку укладыва@ ют в окончательный ручей так, что@ бы напра вление ее диагоналей сов@ пало с направлением отростков ру@ чья. При такой укладке облегчается затекание металла в полости под от@ ростки (рис. 29, г). При получении поковки с длинны@ ми отростками рекомендуется в целях 91 Рис. 29. Штамповка крестовины из осаженной за готовки с деформированием на квадрат (в плане) в одном окончательном ручье: а — поковка; б — исходная заготовка; в — заго@ товка после осадки; г — схема штамповки экономии металла применять штамп со специальным формовочным ручьем (рис. 30). Выбор штамповочных ручьев и вари анта штамповки. Для поковок типа А применяют один окончательный ручей. Исполь@ зовать предварительный ручей реко@ мендуется для повышения стойкости окончательного ручья. Для поковок типа Б при относительно коротких от@ рост ках применяют окончательный ручей и иногда предварительный и окончательный ручьи. При длинных отростках рекомен@ дуется использовать заготовитель@ но@предварительный ручей с плавны@ ми переходами от отростков к внут@ ренней части фигуры (см. табл. 12, и). Такие сложные поковки желательно штам повать в двух штампах на двух 92 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Выбор штамповочных ручьев и вари анта штамповки. Для поковок 3@й подгруппы приме@ няют один окончательный ручей. При сложном фланце, заполняемом выдав@ ливанием, с целью повышения стой@ кости окончательного ручья иногда проводят обработку и в предваритель@ ном ручье. Размеры заготовки определяют по объемам: поковки с облоем и заготов@ ки с учетом угара. Объем поковки с облоем равен: V п.о = V п + V о , где V п — объем поков@ ки; V о — объем облоя. Объем заготовки с учетом угара (без клещевины) V зг¢ = V п.о Рис. 30. Штамп со специальным формовочным ручьем и переходы штамповки крестовины: а — исходная заготовка; б — заготовка после осадки; в — заготовка после формовочного ру@ чья; г — отштампованная поковка с облоем; 1 — площадка для осадки; 2 — формовочный ручей; 3 — окончательный ручей рядом стоящих молотах (предпочти@ тельно при одном нагреве и с механи@ зацией передачи заготовки от первого молота ко второму). 3 @ я п о д г р у п п а. Выбор заготови тельных ручьев. При штамповке поко@ вок типа А необходим высадочный ру@ чей З@II@3 (см. табл. 6), а при штам@ повке поковок типа Б — специальный протяжной и высадочный ручьи. При штамповке поковок типа Б с неслож@ ным фланцем можно взять один спе@ циальный протяжной ручей. 100 + d , 100 где d — угар, %. Расчетные (со штрихом) и факти@ чески выбранные размеры заготовки: ¢ и S зг — площади сечений заготов@ S зг ¢ и D зг — диаметры исходной за@ ки; D зг ¢ и A зг — стороны квадра@ готовки; A зг ¢ и L зг — тов исходной заготовки; L зг длины (высоты) исходной заготовки. Размеры заготовки, во избежание ее искривления при обработке, долж@ ны удовлетворять условию: m= L зг L зг = £ 2,8, D зг A зг (44) где m — коэффициент, равный 2,8…1,5; чтобы облегчить отрезку заготовки, принимают m » 2,8; при таком значе@ нии m заготовка имеет на именьшую толщину. Задавшись m, можно найти диа@ метр круглой или сторону квадратной заготовки по формулам: ¢ = 1,08 3 D зг ¢ =3 A зг V зг¢ ; m V зг¢ . m (45) (46) ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА ПЕРЕХОДОВ Определив по этим формулам раз@ ¢ и A зг ¢ и подсчитав меры заготовки D зг ¢ S зг , по сортаменту подбирают заго@ товку с размерами D зг (A зг и S зг ), ближайшими к полученным расче@ том, а затем уточняют длину заготов@ ки по формуле L зг = V зг¢ . S зг (47) В случае штамповки с применени@ ¢ опре@ ем одного высадочного ручья S зг деляют по формуле (41). При штам@ повке в высадочном и специальном ¢ определяют по протяжном ручьях S зг формулам (42) и (43). 7. ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА ПЕРЕХОДОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ИСХОДНОЙ ЗАГОТОВКИ ПРИ ШТАМПОВКЕ В ЗАКРЫТЫХ ШТАМПАХ Штамповку в закрытых штампах иногда применяют для изготовле@ ния поковок II группы 1@й и 3@й подгрупп и, в ряде случаев, 2@й подгруппы. Штамповку в закрытых штампах поковок I группы прово@ дят крайне редко, при этом штам@ пуются поковки только 1@й и 2@й под групп. Необходимые переходы для поко@ вок I группы можно установить, пользуясь методом построения рас@ четной заготовки (см. рис. 19) и рас@ четом коэффициентов подкатки (см. табл. 9). Диаметры расчетной заготовки оп@ ределяют при закрытой штамповке по формуле d э = 1,13 S п¢ , (48) где S п¢ — площадь поперечного сече@ ния поковки в произвольном месте с учетом угара; S п¢ = S п 93 100 + d , 100 (49) где d — угар металла при нагреве, %. Соответствующую площадь поков@ ки S п подсчитывают по минималь@ ным горизонтальным размерам (но@ минальный размер минус нижнее от@ клонение допуска) и максимальным вертикальным размерам (номиналь@ ный размер плюс верхнее отклонение допуска). В закрытом штампе получают по@ ковки из штучных заготовок, объем которых V зг = V п 100 + d , 100 (50) где V п — объем поковки, рассчитан@ ный по минимальным горизонталь@ ным и максимальным вертикальным размерам. При проектировании технологиче@ ских процессов закрытой штамповки для поковок II группы следует опреде@ лить прежде всего объем исходной за@ готовкиV зг по формуле (50), ее диаметр D зг и длину L зг по формулам (44)–(47). При выборе переходов штамповки учитывают размеры основных элемен@ тов поковок этого типа (высоты: сту@ пицы h с , диска h д , обода h об ), соотно@ шение этих размеров и размеров ис@ ходной заготовки (как и при штампов@ ке в открытых штампах). Если штампуют поковку типа сту@ пицы с диском, то при небольшом значении отношения h с / h д в штампе предусматривают площадку для осад@ ки и окончательный ручей (рис. 31). При большом значении этого отноше@ ния полости для получения наметок, по которым заготовка центрируется в окончательном ручье, рекомендуется выполнять на площадке для осадки. Для поковок, состоящих из всех ос@ новных элементов, в зависимости от со@ 94 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Рис. 32. Переходы штамповки поковок типа ступицы с диском и ободом Рис. 33. Переходы штамповки типа стакана с глубокой полостью Рис. 31. Штамп для поковки типа ступицы с диском: ВШ — верхний штамп; НШ — нижний штамп отношения их размеров возможны три варианта штамповки с применением: – площадки для осадки и оконча@ тельного ручья (рис. 32, а); – заготовительно@осадочного ручья с наметочными полостями под ступицу и окончательного ручья; – специального заготовитель@ но@предварительного ручья и окон@ чательного (рис. 32, б). Для поковок типа стаканов и порш@ ней рекомендуется применять загото@ вительный ручей, в котором заготовке придают требуемую форму и размеры, и окончательный ручей (рис. 33). При этом рекомендуется: принять одинако@ Рис. 34. Поковка с длинным стержнем (а) и штамп с двумя заготовительными ручьями (б); в окончательном ручье применен выталкиватель КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА вый штамповочный уклон a в предва@ рительном (рис. 33, а) и окончатель@ ном (рис. 33, б) ручьях; определить меньший диаметр заготовительного перехода по формуле d з = d ш + (6K10) мм и размеры исходной заготовки D зг и L зг из условия сохранения объема V зг . Поковки с относительно длинными стержневыми элементами перед штам@ повкой в закрытом ручье (рис. 34) про@ тягивают, и подвергают подкатке ко@ нец исходной заготовки. Рекомендует@ ся использовать штамп с выталкивате@ лем, приводимым в движение, напри@ мер, с помощью пневматического ци@ линдра и рычага. 8. РАСКРОЙ МЕТАЛЛА И РАСЧЕТ ОТХОДОВ Расход металла, его раскрой, а так@ же показатели использования реко@ мендуется определять по табл. 11. 95 9. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА Штамповочные ручьи. Окончательный ручей. Полость окончательного (чисто@ вого) ручья выполняют по чертежу по@ ковки для изготовления штампа или чертежу горячей поковки (рис. 35). Так как поковка после штамповки охлаж@ дается и размеры ее уменьшаются, то для получения требуемых размеров по@ ковки необходимо, чтобы размеры по@ лости окончательного ручья были больше размеров холодной поковки на величину предполагаемой усадки. Правила выполнения чертежа по@ ковки для изготовления штампа: 1. Чертеж поковки для изготовле@ ния штампа выполняют по чертежу холодной поковки с соблюдением того же масштаба, но в проставляемых раз@ мерах должны быть учтены усадка и возможность неравномерной усадки 11. Расчет расхода и раскроя металла (по А. В. Ребельскому) Место для эскиза заготовки Элемент Чистовая деталь и поковка Рассчитываемый параметр Масса чистовой детали Gдет, кг Объем поковки Vп , мм 3 Масса поковки G п , кг Изделие … Деталь … Марка материала … Формула или способ опреде@ ления параметра По чертежу детали По чертежу поковки с учетом 1/2 положительного допуска вертикальных размеров G п = (r / 106 )Vп , где r — плотность материала поковки, кг/дм3 Заготовка Объем заготовки с учетом отходов на облой и угар По формулам (35) и (50) на одну Vзг , мм3 поковку Масса заготовки с учетом отходов на облой и угар G зг , кг G зг = (r / 106 )Vзг без учета отхода на Площадь сечения исходной загото вки S зг , мм2 По табл. 10 и формулам клещевину (41)–(46) с учетом соответст@ Диаметр Dзг или сторона Aзг исходной заготовки, мм вующих замечаний Заготовка Число n поковок, штампуемых из одной заготовки на n поко@ вок По диаграмме (см. рис. 27) с учетом соответствующих за@ мечаний 96 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Окончание табл. 11 Место для эскиза заготовки Элемент Рассчитываемый параметр Клещевой Длина клещевого конца при штамповке без его от@ ¢ , мм конец тяжки lкл Толщина оттянутого клещевого конца aкл , мм Длина оттянутого клещевого конца lкл , мм Заготовка Изделие … Деталь … Марка материала … Формула или способ опреде@ ления параметра ¢ = (0,75K1) Aзг lкл aкл = (0,25K0,4) Aзг , )aкл lкл = (1K15 Длина заготовки на одну поковку с учетом отходов на облой и угар Lзг , мм, при штамповке: без клещевины из заготовки на одну поковку Lзг = Vзг / S зг с клещевиной из заготовки на n поковок ¢ /n Lзг = Vзг / S зг + lкл с оттянутой клещевиной из заготовки на одну поковку Lзг = (Vзг + aклlкл ) / S зг с поворотом из заготовки на две поковки ¢ , кг Масса заготовки с учетом тех же отходов G зг Lзг = Vзг / S зг + (3K5) ¢ = (r / 106 )S зг Lзг G зг Рис. 35. Типовой чертеж поковки для изготовления штампа (горячей поковки) КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА отдельных участков поковки. Для ста@ ли усадка составляет 1,5 % (за исклю@ чением тонких удлиненных быстро@ стынущих участков поковки, для ко@ торых усадка равна 1,2…1 %). Размер горячей поковки с учетом усадки a = l (1 + aT д ), где l — размер холодной поковки; a — коэффициент линейного расширения металла поковки; Tд — температура конца штамповки. 2. Размеры проставляют таким об@ разом, чтобы построение фигуры при разметке шаблонов и штампа не вызы@ вало затруднений. Для этого: – наносят все размеры, необходи@ мые для построения линии разъема; – размеры по высоте ставят от ли@ нии разъема; – указывают размеры напуска (гори@ зонтальные отрезки от штамповочных уклонов) для разметки на плоско@ сти контура разъема и соответствую@ щей разметки фигуры. 3. В примечаниях к чертежу дают указания о неоговоренных штамповоч@ ных уклонах и радиусах и прочие над@ писи, облегчающие чтение чертежа. 4. На чертеже изображают поковку, получаемую в окончательном ручье мо@ лотового штампа. Поэтому изменения формы, выполненные после штампов@ ки на молоте (пробивка отверстий, гибка и пр.), не указывают. 5. В некоторых местах допускаются изменения на чертеже поковки, кото@ рые при учете износа отдельных эле@ ментов штампа и недоштамповки обес@ печивают получение поковки, удовле@ творяющей требованиям чертежа хо@ лодной поковки. Предварительный и заготовитель нопредварительный ручьи рекоменду@ ется конструировать и изготовлять в основном по чертежу поковки для из@ готовления штампа (табл. 12). 97 Предварительный ручей применя@ ют при штамповке сложных поковок с глубокими полостями в штампах, если поковки с трудом извлекают из штампов. Предварительный ручей имеет несколько упрощенную форму по сравнению с формой окончатель@ ного ручья и лучше заполняется ме@ таллом. Некоторые участки заготовитель@ но@предварительного ручья значи@ тельно отличаются от этих же участков окончательного ручья, так как на этих участках происходит перераспределе@ ние металла заготовки. Клещевую выемку и литниковую канавку конструируют в соответствии с указаниями, приведенными в табл. 13. Эти элементы штамповочных ручьев располагают в передней части штампа и используют их для размеще@ ния части прутка или клещей, удержи@ вающих заготовку, а также для облег@ чения удаления поковки из ручья при штамповке без клещевины. Клещевую выемку и литниковую канавку ис@ пользуют во многих случаях для от@ ливки контрольной фигуры ручья. Заготовительные ручьи. Заготови@ тельные ручьи рекомендуется конст@ руировать в соответствии с указания@ ми табл. 14. Заготовительные ручьи служат для предварительного грубого деформи@ рования исходной заготовки, для при@ дания ей формы, удобной для штам@ повки в штамповочных ручьях и обес@ печивающей относительно малый от@ ход металла в облой. Отрубные ручьи (ножи). Отрубной ручей служит для отделения отштам@ пованной поковки от прутка, когда из исходной заготовки получают не@ сколько поковок. Поковку укладыва@ ют перемычкой на лезвие ножа и од@ ним ударом отсекают от заготовки. Отрубной ручей располагают на пе@ реднем или заднем углу штампа. 98 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 12. Конструирование предварительного и заготовительнопредварительного ручьев (по А. В. Ребельскому) Элементы ручья Способ построения и основные формулы а. Поперечные сечения предварительного и окончатель@ Штамповочные уклоны a и b в предва@ ного ручьев рительном ручье обычно выполняют та@ кими же, как и в окончательном. Для глубоких труднозаполнимых полостей a 1 = a (1K2 °) при условии сохранения размеров B, B1 и других размеров в плос@ кости разъема. Кром ки фигуры закруг@ ляют дугой, радиус которой R1 = R + C; значения С зависят от глубины полости: Глубина по@ лости ручья у закругляемой кромки, мм До 10 10… Св.25 Св. 25 до 50 50 Значение С, мм 2 3 4 5 При наличии выступов высотой h £ B2 R3 = R2; при h > B2 R3 = (1K12 , )R2 + 3 мм б. Канавка для торможения выхода металла Облойные канавки в предварител ьном ручье не предусматривают. Если при установленном взаимном распо@ ложении ручьев а < 2b, то по боково@ му стыку окончательного и предвари@ тельного ручьев открывают канавку, как показано на эскизе а. У кромки предварительного ручья против труд@ нозаполнимых участков делают ка@ навки для торможения облоя, эскиз б в. Закругление кромки предварительного ручья в месте резкого перегиба Если после гибки штамповку прово@ дят в предварительном ручье, то в местах резкого изгиба кромки ручья закругляют КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 99 Продолжение табл. 12 Элементы ручья Способ построения и основные формулы г. Закругление кромки предварительного ручья в местах резких переходов сечений См. п. в д. Рассекатель в заготовительно@предварительном ручье Для поковок с развилинами I@5@Б (см. табл. 4) применяют заготовитель@ но@предварительный ручей с рассека@ телем. Для этого ручья A » 0,25B, но не менее 5…8 мм и не более 30 мм; a = 10K45° в зависимости от h; зн аче@ ния h и h¢ выбирают в пределах (0,4…0,7)H или H¢ е. Заготовительно@предварительный ручей: 1 — трапе@ цеидального сечения; 2 — окончательный ручей Для поковок двутаврового сече ния при h £ 2 b применяют заготовитель@ но@предварительный ручей трапецеи@ дального сечения. Ширина Bпр = B - (2K6) мм. Высоту ручья hпр рассчитывают из условия равенства площадей поперечного сечения ручья и двутаврового сечения поковки; R1 определяют так же, как и для предва@ рительного ручья (см. п. а) 100 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Окончание табл. 12 Элементы ручья ж. Заготовительно%предварительный ручей с плавной фор% мой двутаврового сечения Способ построения и основные формулы Применяют для поковок с двутав% ровым сечением при h > 2b. Разме% ры ручья: Bпр = B - (1K2) мм; hпр оп% ределяют так же, как и в п. е; ¢ = hпр + 2 x; y оп% x = 0,25(H - hпр ); hпр ределяют из условия равенства пло% ¢¢ = hпр - 2 y . Точки с щадей f ¢ = f ¢¢; hпр координатами x и y соединяют плавными кривыми, как показано на чертеже з. Заготовительно%предварительный ручей для поковок тав% Применяют для поковок с большим рового, двутаврового или ребристого сечения с большим расстоянием между ребрами. По% расстоянием между ребрами строение проводят в соответствии с эскизом так, чтобы соблюдалось равенство площадей: f I = f II и. Заготовительно%предварительный ручей для поковок с отростками Полость под отросток имеет про% стую форму, благоприятную для ее заполнения металлом по всей длине: R1 = (2K5)R. Если в окончательном ручье преду% сматривают замок небольшой глу% бины, то в заготовительно%предва% рительном ручье замок отсутствует к. Выступы и бобышки незначительных размеров: а — в окончательном ручье; б — в предварительном ручье Выступы, небольшие ребра и углуб% ления незначительных размеров в предварительном ручье либо не де% лают, либо выполняют с плавными переходами Эскиз При штамповке от прутка с поворо% том При штамповке от прутка Условия применения (клещевой выемки и литниковой канавки) s1 ³ H1 где h0 и h1 — по табл. 7; h = h0 / 2 + h1, H =12 , B, но не менее 35 мм (B = R) b = h0 + h1; B = (13 , ...15 , )Dзг Для поковок из высоколегированных и жаропрочных сталей s ³ 125 , H1, но не менее 35 мм Для поковок из углеродистых и низ% колегированных сталей s ³ H 2, но не менее 35 мм Расчетные формулы и условия выбора размеров 13. Определение размеров клещевых выемок и литниковых канавок КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 101 – – При штамповке заготовок осад кой в торец Расчетные формулы и условия выбора размеров Единая выемка для чернового и чистового ручьев при l < 15 мм Условия применения (клещевой выемки и литниковой канавки) У с л о в н ы е о б о з н а ч е н и я: s и s1 — толщина стенки между полостью ручья и выемкой под клещевину; Dзг — диаметр исходной заготовки; B — ширина выемки под клещевину; b — ширина литниковой канавки; H — высота выемки под клещевину; h — глубину литниковой канавки; r — радиус закругления для клещевой выемки в мм принимается в зависимости от Dзг: r = (0,2K0,3)Dзг . Эскиз Окончание табл. 13 102 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 1. Для поковок, симметричных в плане при штамповке из заготовки на одну поковку Способ построения и основные формулы Горизонтальные участки по расчетной заготовке в формовочном ру% чье выполняют по наклонным плоскостям с углом наклона 2…5° от линии раздела в направлении к местам набора металла (п. 1) Построение профиля ручья заключается в построении такой фигу% ры, которая впишется в контур поковки в плане для расчетной заго% товки с головкой (dэ > dср ). В местах набора металла зазор между контурами поковки и формовочного ручья равен 1…2 мм. В местах, из которых металл частично вытесняется, т.е. где согласно эпюре диаметров dэ < dср , должен быть предусмотрен зазор 3…5 мм (п. 1; Aзг — толщина исходной заготовки). Формовочные ручьи ЗI1, а Тип ручья или элемент ручья; область применения 14. Конструирование заготовительных ручьев КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 103 В несимметричном формовочном ручье (п. 2) должно быть обеспе% чено легкое удаление из ручья отформованной заготовки. Переходы по контуру плавные, допускается перекрытие контуром формовоч% ного ручья контура поковки в тех местах, где это требуется для плавности переходов и в целях легкого удаления заготовки из ручья (см. участок K в п. 2). 2. Для поковок, несимметричных в плане при штамповке из заготовки одной поковки S зг + (10K20) мм. hmin S зг < (2,5K3) 2 hmin Принимаемое значение hmin должно удовлетворять неравенству B= Ширина формовочного ручья открытого типа В местах перехода от меньших сечений к большим надо делать же% лоб — поперечное углубление для получения более плавной фор% мовки металла без образования засечек. Способ построения и основные формулы Тип ручья или элемент ручья; область применения Продолжение табл. 14 104 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 3. Для многоштучной штамповки При штамповке с отделением поковки от прутка на ноже в конце профиля формовочного ручья делают специальную канавку (п. 3), которая служит для размещения уса (заусенца), получающегося на конце прутка при отрубке поковки на ноже При с > 12 мм между отдельными фигурами делают перемычку (эс% киз 3, б). При многоштучной штамповке (п. 3) расстояния между отдельными частями формовочного ручья, каждая из которых соответствует кон% туру одной поковки, выполняют равными расстояниям между от% дельными фигурами поковки, причем, если расстояние с < 8…12 мм, то делают плавный переход от одной фигуры к другой, как показано на эскизе а п. 3. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 105 Способ построения и основные формулы 4. Подкаткой открытый ручей для набора металла и фиксации требуе% мых расстояний между наборами 1,05 1,0 0,75 0,7 Св. 60 (51) Подкатка исходной заготовки Вид заготовки S зг + 10мм, hmin (52) но в пределах B = (dэmin + 10)...15 , Dзг (или1,7 Aзг ) S= Расчетная формула Ширину ручья вычисляют по формулам таблицы: Размеры концевой канавки определяют по таблице, приведенной ниже для подкатного закрытого ручья, за исключением размера b, который принимается равным ширине ручья B. dэmax (hmax ) 1,1 0,8 Набора: 0,75 0,8 0,85 30…60 Dзг , мм dэк (hк ) До 30 dэmin (hmin ) Стержня: Сечение где m определяют по следующей таблице: h = mdэ = 113 , m Sэ , Размеры профиля по высоте h зависят от dэ и dср расчетной заготов% ки, площади Sэ поперечных сечений поковки с облоем и диаметра Dзг исходной круглой заготовки или Dзг.пр =113 , S зг — приведенного диаметра заготовки квадратного сечения площадью S зг ; Подкатной открытый ручей ЗI1, б Тип ручья или элемент ручья; область применения Продолжение табл. 14 106 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ S зг + 10мм, hк (53) * Ширина ручья не должна быть менее или более двух указанных предельных значений. но в пределах B* = (dэmin + 10)...15 , Dзг (или 1,7 S ср Aзг ) и не менее S = + 10 мм hmin S= Расчетная формула У с л о в н ы е о б о з н а ч е н и я: Dзг — диаметр заготовки; dэ max — наибольший диаметр расчетной заготовки; hmin — наименьший раствор ручья; hк — раствор ручья в местах перехода стержня в головку, т.е. на линии dк расчетной заготовки; S ср — средняя площадь сечения стержня расчетной заготовки; S зг — площадь поперечного сечения исходной заготовки. Расстояние l1 определяют графически из условия плавного сопряжения. Горизонтальные участки контура стержня расчетной заготовки заменяют наклонными с углом наклона к горизонтальной оси 2…5°, причем уклоны делают в обе стороны от линии раздела в направлении к головке при сложной расчетной заготовке или в одну сторону в направлении к набору для элементарной расчетной заготовки. Переходы и закругления профиля ручья выполняют возможно более плавными; радиусы за% кругления не менее указанных на чертеже ручья. См. эскиз на стр. 105 Подкатка предвари% тельно протянутой заготовки Вид заготовки КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 107 5. Подкатной закрытый ручей для значительного набора металла и фиксации требуемых расстояний между наборами 6. Подкатной закрытый несимметричный ручей для набора металла и одностороннего его смещения при условии h¢ /h¢¢ £ 1,5 Обозначения размеров см. чертеж п. 4 Способ построения и основные формулы 1,05 При подкатке от прутка с от% руб кой ножом 7…8 Св. 30 35 7…8 30 25 30 5…6 5…6 25 b 4 a До 30 При подкатке мерной заготов% До 30 ки (укладка до упора) на одну или две поковки при штампов% 30…60 ке с поворотом 60…100 Dзг Размеры, мм, концевой канавки Условия применения концевой канавки dэmax (hmax ) 1,1 0,85 0,9 dэк (hк ) Набора: 0,8 30…60 0,85 До 30 Dзг , мм dэmin (hmin ) Стержня: Сечение Значения m: 30 25 40 30 25 c 5 5 10 5 5 R3 1,0 0,80 0,75 Св. 60 Размеры профиля по высоте h определяют по формуле (51) (п. 4). Подкатной закрытый ручей ЗI1, в Тип ручья или элемент ручья; область применения 12 8 15 10 8 R4 Продолжение табл. 14 108 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 8. Подкатной ручей смешанного типа для получения набора почти цилиндрической формы и гладкого стержня с овальными или круг% лыми поперечными сечениями 7. Подкатной закрытый переменной ширины ручей для подкатки B после протяжки при значении расчетного отношения к >15 , , где Bс Bк и Bс — ширина различных участков ручья S зг , hmin (54) S зг , hк но в пределах B* =11 , dэmax ...1,7Dзг (или 1,9 Aзг ) и не менее 125 , Sс (55) B = Bс = hmin B = Bк = 115 , но в пределах B =11 , dэmax ...1,7Dзг (или 1,9Aзг ) , B =115 Расчетная формула * Ширина не должна быть менее или более двух указанных предельных значений. Предварительно протянутая Исходная Заготовка для подкатки Определение ширины ручья КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 109 10. Протяжной ручей открытый, расположенный под углом к оси штампа, что обу% словливается требо% ваниями удобного расположения всех необходимых ручьев штампа a = 15…30° Раствор а протяжного ручья Протягиваемая длина, мм Протяжка До 200 200…500 Св. 500 0,75dmin 0,7dmin Без подкатки 0,8dmin С подкаткой 0,9aс 0,85aс 0,8aс Угол поворота Тип ручья или элемент ручья; область применения Способ построения и основные формулы Протяжные ручьи ЗI1, г 9. Открытый про% Размеры протяжного ручья зависят от размеров заготовок: тяжной ручей, рас% расчетной и исходной, причем Sзг — площадь сечения исход% ной заготовки; Aзг — толщина исходной квадратной заготов% положенный парал% ки или приведенный размер толщины заготовки круглого се% лельно оси штампа. чения; Применяют в том случае, когда сово% V Aзгпр = S зг ; aс = с = S с , купность других lс ручьев позволяет осуществить такое где S с — средняя площадь сечения стержня расчетной заго% расположение товки; lс = lпр — общая длина протягиваемой части; dmin — ми% нимальный диаметр расчетной заготовки Продолжение табл. 14 110 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ lисх < 12 , Aзг 12. Площадка для протяжки. Приме% няют для грубой ступенчатой про% тяжки заготовки или для протяжки клещевого конца 11. Протяжной ручей закрытого типа; применяют, когда отношение протя% гиваемой длины к средней толщине протягиваемого стержня lпр >15 aс 1,1Aзг Порог С, мм 1,5Aзг Св.Aзг 1,5 До 40 1,3 40…80 1,2 Св. 80 Радиус закруглений r, мм 10 15 20 25 Толщина заготовки Aзг , мм До 30 30…60 60…100 Св. 100 Радиус закругления r определяют по следующей таблице: B ³ 1,4 Aзг + 10 мм; L1 = lпр + 10 мм Площадку для протяжки располагают на одном из перед% них углов штампа или на свободной площади между ручьями. При этом Значения j Толщина исходной заго% товки Aзг , мм. Радиусы R = 0,25C; R1 = 2,5C. Ширина ручья B = jAзг + (10K20) мм, где j зависит от толщины исход% ной заготовки: Глубина ручья е = 2а. При отсутствии головки или высту% па на конце протягиваемого стержня е = l,2dс , но не ме% нее 2а; при наличии головки или выступа толщиной dб e1 = Aзг + 10 мм (эскиз 10). 1,3Aзг (1,2…1, (1,5…3)A зг 5)Aзг Исходная длина lисх за% готовки под протяжку Длина протяжного порога С КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 111 14. Площадку для расплющивания применяют для об% работки исходной, а иногда предвари% тельно подкатанной или протянутой за% готовки, для предот% вращения возмож% ных зажимов До 30 Dзг , мм 30…60 Иногда углубления H з / 2 на плоскости разъема не предусматривают. В этом случае выполняют плавный переход от магазина облойной канавки к поверхности разъема e = 0,5Bп + Bз + (40K50) мм. Размер от оси штамповочного ручья до края площадки Ширина площадки B = Bз + 15 мм. Длина площадки L = Lз + (40K50) мм. где Vзг определяют при штамповке без клещевины. H з = Vзг / Bз Lз , где Bп и Lп — максимальная ширина и длина поковки, мм; Bз = Bп + (3K5) мм, Lз = Lп + (5K10) мм, где S зг — площадь поперечного сечения исходной заготовки Площадка для расплющивания ЗI2, б Размеры определяют по чертежу и в соответствии с размерами расплю% щенной заготовки — ширины Bз , длины Lз и высоты H з : Ширина ручья B = S зг / hmin + (10K20) мм, Св. 60 Стержня: 0,7 0,65 0,6 dэ < dср Набора: 1,1 1,05 1,0 dэ > dср Горизонтальные участки контура расчетной заготовки меняют на% клонными, и все переходы плавно закругляют (см. эскиз). Сечение Тип ручья или элемент ручья; область применения Способ построения и основные формулы Пережимной ручей ЗI2, а 13. Пережимной ручей служит для пережима и незначительного набора ме% Размеры профиля по высоте h определяют по формуле (51). талла, достигаемого за одно обжатие заготовки (стрелки N) без ее кантовки Значения m определяют по таблице Продолжение табл. 14 112 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 16. Специаль% ный протяж% ной ручей для протяжки на конус конце% вого участка большей дли% ны при после% дующей штам% повке в выса% дочном ручье 15. Высадоч% ный ручей для удлиненных в плане поковок применяют для увеличе% ния одного из сечений заго% товки (набора металла) за счет уменьше% ния ее длины для последую% щей штампов% ки плашмя 4 2 pdср 1 h1; V2¢ = 4 2 pdср2 h2; Vф¢ = 4 p(dф¢ )2 hф ; R1¢,2 = R1,2 - (5K10) мм 4Vф¢ ¢ 4V2¢ ¢ ; r1,2 = r1,2 - (2K4) мм; ; dф = phф ph2 4V1¢ ; ph1 B = (125 , K15 , )Dзг + 20мм; при Dзг < 40мм — 1,5 при Dзг > 80мм принимают 1,25; при Dзг =100мм — 25; при Dзг = 30мм R¢ принимают 10 мм; l = h1 + 5мм = l1 - (0K10)мм; dср = dср1 - (5K10) мм; R¢ = 10K25 мм; Размеры (мм) определяют в соответствии с объемом V1 полости вы% садочного ручья (см. п. 15) и, следовательно, по размерам поковки: Специальный протяжной ручей ЗI3, б dср2 = h1,2 = l1,2 - (5K15) мм; hф = lф - (2K3) мм; dср1 = V1¢ = Vв.р = Vзг . Объемы полостей V1¢, V2¢ и фланца высаженной заготовки Vф¢ должны быть равны объемам соответствующих частей поковки V1, V2 и Vф с учетом облоя и угара: V1¢ = V1 + Vо1 + Vуг1; V ¢ = V1 + Vо1 + Vуг 1; Vф¢ = Vф + Vоб.ф + Vуг.ф ; Размеры определяют из равенства объемов: Vв.р полости высадочно% го ручья и Vзг заготовки с учетом, что штамповка проводится без клещевины; Высадочный ручей для удлиненных в плане поковок ЗI3, а КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 113 Профиль гибочного ручья строят так, чтобы он вписывался в контур поковки в плане. За% зор между контуром поковки и профилем гибочного ручья принимают 2…10 мм для обес% печения свободной укладки изогнутой заготовки в штамповочном ручье. Там, где необхо% димо заполнение сравнительно глубокой полости гибочного ручья, ее глубину h увеличи% вают, обеспечивая большее перекрытие контура поковки контуром гибочного ручья Гибочный ручей ЗI4, а Способ построения и основные формулы 18. Профиль гибочного ручья в местах резкого пере% Большое значение имеет перекрытие контура штамповочного ручья контуром гибочного в гиба местах переходов поковки, требующих резкой гибки. На противоположной стороне от резко% го перехода М выполняют закругление возможно большим радиусом, обеспечивающим за% полнение полости штампа и образование хотя бы небольшого облоя f. Расположение гибочного ручья относительно плоскости разъема должно облегчать удаление из ручья гнутой заготовки, а также обеспечивать правильное положение исходной заготовки по отношению к выступам верхнего штампа (заготовка должна быть расположена примерно горизонтально) с тем, чтобы получить равномерную гибку без перетяжки заготовки в одну сторону и без складок. Необходимо выбрать такое расположение гибочного ручья относительно поверхности разъе% ма, при котором выступающие над поверхностью разъема части ручья примерно равнопроч% ны как в верхнем, так и в нижнем штампах (см. выступы N на эскизе 17), и размеры высту% Поковки без зажимов в месте резкого изгиба полу% пающих над плоскостью разъема частей примерно одинаковы в верхнем и нижнем штампах чают при перекрытии контура поковки контуром (z1 = z2). гибочного ручья Для укладки заготовки предусматривают минимум две точки опоры в ниж ней части гибоч% ного ручья (см. эскизы 17, 19, 20). Для центрирования заготовки на опорах нижнего штампа предусматривают желоб (дугооб% разную поперечную впадину), особенно когда не исключена возможность сбивания заготов% ки в сторону при ее гибке (см. эскиз 20). С этой целью рекомендуется делать желоб на вы% ступах верхнего штампа, особенно когда эти выступы имеют резкие очертания (см. эскиз 17) 17. Гибочный ручей для гибки заготовки в соответ% ствии с контуром поковки в плане Тип ручья или элемент ручья; область применения Продолжение табл. 14 114 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 19. Упор v на нижнем выступе гибочного ручья и выемка u в верхней части гибочного ручья предот% вращают защемление заднего конца заготовки B= fз + (10K20), hmin при гибке заготовки, подвергавшейся предварительной обработке (протяжке, подкатке) в других заготовительных ручьях: B = S зг / hmin + (10K20) мм; при гибке исходной заготовки, не подвергавшейся предварительной обработке в заго% товительных ручьях: Определение ширины гибочного ручья: При гибке гладкой или протянутой заготовки применяют задний упор — выступ v в крайней части гибочного ручья нижнего штампа. Чтобы избежать защемления конца заготовки, в верхнем штампе ручей должен быть длиннее (u на эскизе 19), чем в нижнем штампе, особенно, если на конце заготовки имеется утолщение (выступ или бобышка). При наличии в нижнем штампе высоких выступов или ко% ленчатой формы профиля гибочного ручья (см. эскиз 20) передний или задний упоры не применяют, а заготовку укладывают с ориентировкой по выступам ги% бочного ручья. Точную укладку заготовки в гибочный ручей осуществляют по переднему или заднему упорам. В качестве переднего упора (фиксатора) используют впадину на заготовке, по% лучаемую при обработке ее в пережимном или подкатном ручьях. Передний выступ ги% бочного ручья в этом случае предусмат ривают в нижнем штампе по форме впадины; заготовку фиксируют, укладывая ее впадиной на выступ. где h — раствор соответствующего места ручья. , K0,2)h, hк = (01 Глубину желоба определяют из соотношения КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 115 20. Гибочный ручей для гибки заготовки, значительной ее вытяжки и формовки Тип ручья или элемент ручья; область применения B= fз max + (10K20) мм, hс 7 8 10 3…4 5…8 10…15 Размеры клещевой выемки такие же, как и для формовочного ручья (эскиз 1) Необходимо выдержать ширину В ручья на всех выступающих отно% сительно плоскости разъема частях гибочного ручья, а места против выступов следует выполнить по ширине на D мм больше. 5 6 1…1,5 4 0,5…0,75 2…2,5 Зазор D, мм Масса падающих частей молота, т Зазор D между выступами N гибочного ручья и боковыми стенками штампа (см. эскиз 17) выбирают по таблице: где fз max — площадь сечения максимального утолщения на заготов% ке, если исходная заготовка подвергалась до гибки обработке (про% тяжке, подкатке и пр.) в других заготовительных ручьях; fз — пло% щадь сечения заготовки, предварительно обработанной в заготови% тельных ручьях, в месте, соответствующем наименьшей высоте ги% бочного ручья hmin ; hс — высота гибочного ручья в месте, соответст% вующем fз max . но не менее чем Способ построения и основные формулы Продолжение табл. 14 116 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ У с л о в н ы е о б о з н а ч е н и я: D — диаметр поковки по линии разъе% ма; b + b1 — общая ширина облойной канавки 21. Площадка для осадки в штампе без замка Если найденное этим способом расстояние е = a - (с + 5) от оси хво% стовика до левой боковой стороны штампа получается настолько большим, что штамп не размещается на данном молоте, т.е. когда раз% мер е больше расстояния от оси бабы до левой направляющей молота (с учетом необходимого зазора), то увеличивают размер штампа в на% правлении спереди назад Ширину а, длину b¢, расстояния n и c от осевых линий до граней кон% трольного угла штампа без замка определяют графически. Площадка для осадки должна быть достаточной для размещения на ней после осадки заготовки диаметром d. Для получения штампа ми% нимальных размеров используют часть его площади в зоне облойной канавки, предусматривая плавный переход от канавки на плоскость штампа. Площадка для осадки ЗII2, а КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 117 Определив а и b¢ (или a1 при втором варианте), подбирают по норма% ли ближайшие большие значения размеров штампового кубика. 22. Графическое определение размеров площадки для осадки и штампа без замка R1 = R1 = D + S1. 2 D + (b + b1 + 10мм); 2 (57) (56) где H — высота замкового выступа c = R1 + H , (58) 3. Расстояние от оси хвостовика до боковой грани контрольного угла в случае Б: в случае А: 2. Радиус контура замка: В обоих случаях часть замка нижнего штампа срезают в пределах 1/4 для размещения площадки для осадки. при (b + b1 + 10) < s1 используют конструкцию с нормальным замковым выступом верхнего штампа (вариант Б). при (b + b1 + 10) > s1 применяют конструкцию с подрезанным выступом замка (вариант А); 1. Определяют допускаемую толщину стенки s1 в соответствии с ука% заниями раздела «Конструирование штампа»: Последовательность определений размеров штампа с замком и пло% щадкой для осадки (см. эскиз 23): Способ построения и основные формулы Тип ручья или элемент ручья; область применения Продолжение табл. 14 118 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 23. Площадка для осадки в штампе с замком D + s1 2 (59) Определив длину и ширину штампа, выбирают по нормали ближай% шие большие размеры a = e + c + 5; ü ý b¢ = n + c + 5þ 5. Габаритные размеры штампа в плане: для конструкции варианта Б построение проводят аналогично вариан% ту А с той лишь разницей, что окружность радиусом d/2 проводят ка% сательно к окружности радиуса R1 = d / 2 + s1 из центра, лежащего на прямой, проходящей под углом 45° к оси штампа. и касательную к ней от точки пересечения окружности радиуса R1 с осевой линией штампа. Определив таким образом линию среза замко% вого выступа верхнего штампа и линию начала углубления (H–h) нижнего штампа, проводят из центра штампа перпендикуляр к на% d правлению этой линии среза; радиусом проводят окружность, центр 2 которой расположен на указанном перпендикуляре; окруж ность каса% ется линии среза; так как эта окружность будет представлять собой контур осаженной заготовки, то на расстоянии 15 мм от ее крайних точек проводят две взаимно%перпендикулярные линии, которыми оп% ределяют размеры е и n; размер n должен удовлетворять условию n > (R1 + H ); R2 = для конструкции варианта А из центра штампа проводят окружность радиусом 4. Размеры е и n определяют графически: КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 119 25. См. п. 16 24. Высадочный ручей для круг% лых и квадратных в плане поко% вок; применяют для высадки фланца при последующей штам% повке осадкой в торец Способ построения и основные формулы Размеры R¢ и B определяют по формулам п. 16 l = h1 + 5 мм; dср = dср1 - (5K10) мм. Размеры определяют в соответствии с полостью V1 высадочного ручья (см. п. 24) или по размерам поковки: Специальный протяжной ручей ЗII3, б 4V ¢ hф¢ = ф2 pdф¢ где Vо — объем облоя и Vуг — объем угара; dф¢ = dф - (3K4) мм, Vф¢ = Vф + Vо + Vуг , Объем фланца заготовки R1¢,2 = 12 , R1,2 + 3 мм. Размеры полостей с объемами V1 и V2 высадочного ручья прини% мают равными размерам участков с объемами V1 и V2 поковки за исключением радиусов r1¢, r2¢, R1¢ и R2¢ , которые рассчитывают по формулам: r1¢,2 = r1,2 + (4K6) мм; Высадочный ручей для круглых и квадратных в плане поковок ЗII3, а Тип ручья или элемент ручья; область применения Окончание табл. 14 120 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА При размещении ножа на перед% нем углу штампа предусматривают возможность размещения в ручье поковки с облоем. При расположе% нии ножа на одном из задних углов штампа учитывают возможность сво% бодного размещения в ручье исход% ной заготовки. Размеры и условия применения от% рубных ручьев приведены в табл. 15. Для получения при отрубке мини% мального «уса» форму сечения ножа можно принять такой, как показано на рис. 36. 121 Рис. 36. Поперечное сечение отрубного ручья 15. Конструирование отрубных ручьев Ручей Условия применения Расчетные формулы При двух заготови% тельных ручьях и H > 150 мм B = Dзг + (20¼25) мм; H = Dзг + 20 мм B1 = f + (25¼30) мм; H1 = 2 b2 + 20 мм; При одном заготови% b1 = b3 + b + b1, тельном ручье и H1 < 150 мм где b и b1 — по табл. 7 У с л о в н ы е о б о з н а ч е н и я: Dзг — диаметр (или сторона квадрата) исходной заготовки; В и B1 — ширина соответственно заднего и переднего ножей; H и H1 — высота соответственно задне% го и переднего ножей; b3 и f — размеры штампованной поковки; a — угол расп оложения ножа, рав% ный 15; 18 или 20° в зависимости от формы и размеров поковки. 122 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 10. КОНСТРУИРОВАНИЕ МОЛОТОВОГО ШТАМПА Уравновешивание сдвигающих сил и направляющие молотовых штампов. При штамповке поковок с изогнутой осью или такой формы, при которой давление распределяется неравномер% но, возникают горизонтальные силы, смещающие части штампа относи% тельно друг друга (рис. 37). Сдвигающие силы компенсируют тремя способами: 1 — штамповкой сдвоенной поковки; 2 — соответствующим выбором по% верхности разъема (поворотом поковки); 3 — устройством в штампе специ% альных направляющих (замков). Штамповку сдвоенной поковки (рис. 38) применяют для мелких по% ковок, для кот орых не требуется мо% лот со слишком большой массой па% дающих частей. Поворот поковки (рис. 39) проводят на угол d, при этом крайние точки А и Б фигуры расположатся в одной гори% зонтальной плоскости, сдвигающие силы уравновесятся, а равнодействую% щая сил будет направлена вертикально. При повороте поковки в отдельных ее местах необходимо увеличить штампо% вочный уклон а угол d, например угол Рис. 37. Сдвигающие силы P ¢ при штамповке поковок с изогнутой осью Рис. 38. Штамповка сдвоенной поковки Рис. 39. Поворот поковки относительно поверх, ности разъема: а — расположение поковки до поворота; б — расположение поковки после поворота g1, что необходимо для нормального за% полнения полости и выемки поковки. Поворот поковки не рекомендуется применять при d > 7°. Если для уравно% вешивания поковки недостаточно по% ворота на 7°, то применяют замки, ос% тавляя поковку неразвернутой или по% ворачивая ее на угол d £ 7°. Направляющие (замки) использу% ют для предотвращения сдвига частей штампа и уравновешивания сдвигаю% щих сил, поэтому они должны обла% дать достаточной прочностью. В зависимости от формы в плане направляющие подразделяют на сле% дующие типы. Упорный зуб (рис. 40) применяют для предохранения от сдвига в одном на% правлении. Упорный зуб располагают в задней части штампа. Высота замка h зависит от формы поковки, ширина зуба b ³ 1,5h. Рабочие поверхности замка имеют уклон b. Значение b определяют из ус% КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 123 Рис. 41. Направляющая ко, лонка: части штампа: 1 — верхняя; 2 — нижняя; I — посадка с зазором (0,6…1 мм); D — посадка с натягом Рис. 40. Упорный зуб ловия: зазор h tg b, создаваемый этим углом, должен быть больше полного максимально возможного смещения частей штампа при первых ударах в на% чале штамповки, пока зуб не вступит в действие. Зазор практически не превы% шает 2 мм, поэтому b = 1…7°. При h > 100 мм b = 1°; при h = 20 мм b = 7°. Зазор D = 0,2…0,4 мм. Радиусы закруг% лений замка: внутренние r = 5…6 мм; наружные R = 8…10 мм. Замок с h < 15 мм не применяют. В этом случае поворачивают поковку в пространстве на угол d. Если высота замка h > 100 мм, используют замок с одновременным поворотом загото вки на угол d = 7°. Высота зуба при повороте уменьшает% ся. При применении зуба следует раз% мещать центр ручья не в точке, являю% щейся центром штампа (точка пересе% чения осей хвостовика и шпонки), а в точке, смещенной на (0,2…0,4) h в про% тивоположную от замка сторону. Кольцевые или круглые направляю щие применяют при возможности сдвига в любом направлении. Кольцевые замки применяют: – если конфигурация поковки та% кова, что нецентральное расположе% ние заготовки и одностороннее тече% ние металла может вызвать значитель% ное смещение верхней части штампа; – при штамповке поковок, конструк% ция которых не позволяет контролиро% вать сдвиг по внешнему виду поковки (например, конические шестерни); – в том случае, когда к поковке предъявляют повышенные требования по сдвигу. Если на штампе должна быть площад% ка для осадки, то в круглом замке преду% сматривают вырез (см. табл. 14, п. 23). Кроме указанных используют так% же крестовые, боковые и угловые на% правляющие. Форма и размеры попе% речного сечения направляющих всех видов такие же, как и для упорного зуба. Направление частей штампа можно осуществлять с помощью колонок, ко% торые запрессовывают в специальные отверстия нижнего штампа. В верхнем штампе предусматриваются отверстия для входа (направления) колонок (рис. 41). Применяют, как правило, две колонки, устанавливая их вблизи задней стенки штампа. Расположение ручьев в молотовом штампе. Ручьи на поверхности разъема штампов координируют относительно центра штампа. Штамповочные ручьи размещают вблизи центра штампа, а заготовительные ручьи — по его бо% кам. На определенном расстоянии от центра штампа располагают центры ручьев. Центром ручья называют точку приложения равнодействующей сил сопротивления деформированию по% ковки и облоя. Если поковка симметричная, то центр ручья лежит на оси симметрии. При несимметричной поковке предпо% лагают, что давление в полости ручья распределяется равномерно, и за центр ручья можно принять центр тяжести проекции поковки и мостика облойной канавки в плане. Центр ручья иногда смещают в сторону более сложной или более тонкой части ручья. 124 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Если в штампе один штамповоч% ный ручей (окончательный), то центр ручья совмещают с центром штампа. Глубокие полости поковки располага% ют в верхней части штампа, при штам% повке с клещевиной — ближе к кле% щевине, чтобы поковка легче вынима% лась из полости ручья штампа. При многоштучной штамповке по% ковки размещают цепочкой таким об% разом, чтобы глубокие полости ручьев были ближе к клещевине за исключе% нием ручья, расположенного рядом с клещевиной. Если кроме окончательного ручья используют и предварительный, то эти ручьи располагают по обе стороны от центра штампа: центр окончательного ручья — на расстоянии, в 2 раза мень% шем, чем центр предварительного ру% чья (рис. 42). Между полостями ручьев оставляют расстояние S min , которое рассчитывают из условий прочности. Расстояния равны: между центрами ручьев — a; между центрами оконча% тельного ручья и штампа — a/3, а меж% ду центрами предварительного ручья и штампа — 2a/3. При выборе расположения штампо% вочных ручьев уменьшают расстояние между их центрами, чтобы ручьи рас% полагались ближе к центру штампа. Поэтому ручьи могут находиться на разных расстояниях от передней грани штампа, а выступы (в плане) одного ручья будут входить в выемки другого ручья. Заготовительные ручьи размещают по краям штампа. При этом учитыва% ют: расстановку оборудования на ра% бочем месте, расположение печи от% носительно молота и место закрепле% ния сопла обдувки штампа. Первый заго товительный ручей должен нахо% диться со стороны печи. Сопло обдув% ки устанавливают с противоположной стороны. Остальные ручьи располага% ют в такой последовательности, кото% рая обеспечит кратчайший путь транс% портирования между ручьями штампа (рис. 43). Гибочные ручьи размещают таким образом, чтобы заготовку после штамповки в этом ручье можно было передать в штамповочный ручей про% стым поворотом на 90°. Правильное расположение ручьев в штампе в значительной степени зависит от конкретных условий на рабочем мес% те. Рекомендуемое расположение ручь% ев для обычных условий (печь находит% ся слева, а обрезной пресс и сопло об% дувки справа) показано на рис. 44. Рис. 42. Расположение штамповочных ручьев относительно центра штампа: 1 — предварительный ручей; 2 — окончатель% ный ручей; 3 — центр штампа Рис. 43. Расположение заготовительных ручьев в штампе: 1 — нож; 2 — окончательный ручей; 3 — предварительный ручей; 4 — подкатной ру% чей; 5 — сопло для обдувки; 6 — печь; 7 — протяжной ручей КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 125 Рис. 44. Примеры расположения ручьев в штампах (по А.Н. Брюханову); последовательность ис, пользования ручьев обозначена цифрами У с л о в н ы е о б о з н а ч е н и я р у ч ь е в: а — окончательный; б — предварительный; в — загото% вительный типа А: протяжной (может быть как прямым, так и расположенным под углом), под% катной, короткий пережимной или формовочный; г — заготовительный типа Б: гибочный, длинный пережимной или формовочный; д — площадка для осадки; е — отрубной (нож) 126 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Определение толщины стенок моло, тового штампа и выбор заготовки для штампа. Стенки между полостями ручьев и боковыми гранями штампа, а также между ручьями должны обла% дать достаточной прочностью. Толщи% на стенок зависит от глубины полости ручьев, уклона прилегающих стенок ручьев и радиуса перехода от стенки ко дну полости (рис. 45). Чем глубже по% лости и меньше уклон и радиус, тем толще должна быть стенка. На толщи% ну стенки влияет также и форма по% лости ручья в плане. Расстояние меж% ду ручьями определяют с помощью вспомогательной величины Т, которая зависит от тех же факторов, что и тол% щина стенки. Значения Т, полученные эмпирическим путем, определяют по номограмме на рис. 46. Величина Т определяет влияние параметров менее глубокой смежной полости, со стороны которой воз% можно разрушение стенки. Поэтому значения h, R и a принимают для смежного ручья меньшей глубины (см. рис. 45). Толщины стенок определяют по формулам: – между ручьем и гранью штампа s1 = T ; – между двумя полостями s = T ´ ´ cos a ¢2 , где a ¢2 — уклон более глубокой полости; Т определена по размерам h, R¢ и a1¢ ручья с меньшей глубиной. Если R > h (например, подкатной ручей), то по расчету может получить% ся s < 10 мм. Тогда следует принять s = 10 мм. Рис. 45. Размеры, влияющие на толщину стенок Если R = h, то s = (9,3 R - 7) cos a ¢2 . Если у смежных ручьев R = h, то s = 0,8(9,3 R - 7). Толщину стенки между полостями при многоштучной штамповке опре% деля ют по формуле s = 0,6T cos a ¢2 . Расстояние от фигуры до выемки под клещевину s кл = 0,7T cos a кл , где a кл — угол наклона клещевины. Расстояние от фигуры до выемки под заливку при штамповке осадкой в торец, когда штамповку осуществляют без клещевины, определяют по фор% муле s = (1K1,4 )T cos a ¢2 , где a ¢2 — угол наклона выемки под за% ливку. Во всех случаях толщину стенки в плане определяют для сечения, в кото% ром толщина стенки между ручьями минимальна. Полученные значения s иногда целесообразно скорректировать. На% пример, если полость вблизи боко% вой поверхности штампа имеет боль% шую длину, а толщина стенки s1 по длине остается постоянной, то полу% ченное по формуле значение необхо% димо увеличить, так как при боль% шой протяженности тонкая стенка не обладает достаточной прочно% стью. Заготовки для штампов. Обычно штампы изготовляют из кубиков, раз% меры которых в плане зависят от числа и размеров ручьев, толщин стенок ме% жду ручьями и между ручьями и по% верхностями штампа. Ручьи размещают следующим об% разом: вблизи центра штампа — штам% Рис. 46. Номограмма для определения Т при расчете толщин стенок Пример: h = 42 мм; a1 = 7°; R = 5 мм; T = 57 мм КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 127 128 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ повочные ручьи; по краям штампа — заготовительные (рис. 47, а). С учетом толщины стенок s опреде% ляют размеры l н и b н кубика в плане, а затем координаты его геометрическо% го центра (также в плане). В общем случае центр штампа не совпадает с центром штампового кубика. Расстоя% ния между этими центрами равны: по длине — Dl н , по ширине — Db н . Чем меньше значения Dl н и Db н , тем лучше уравновешена масса падающих частей молота относительно его оси. Допустимые значения расстояний между центрами: Dl н £ 0,1l н ; Dbн £ 0,1bн . Если размеры b н и l н кубика не удовлетворяют неравенствам, то их увеличивают в направлении от центра штампа, противоположном располо% жению отрезков Db н и Dl н . При этом геометрический центр кубика прибли% зится к центру штампа. Площадь соударения штампов (за% штрихована на рис. 47, б) не должна быть меньше допустимой. Ее величи% на зависит от массы падающих час% тей молота и массы штампа. Мелкие штампы выдерживают большие удель% ные силы, поэтому их площадь соуда% рения можно уменьшить. Средние штампы (масса падающих частей мо% лота 2…4 т) закаливают до меньшей твердости, чем мелкие штампы, и от% носительная площадь соударения у них должна быть больше. Наиболь% шую относительную площадь соуда% рения предусматривают у крупных штампов. Для мелких штампов принимают площадь соударения не менее 150 см2 на 1 т массы падающих частей молота, т.е. F с ³ 150G , где G — масса падающих частей мо% лота, т. Для средних штампов F с ³ 300 см 2 × G ; для крупных Рис. 47. Определение размеров штампа в плане: а — выбор необходимых размеров в плане; б — выбор наименьшей площади соударения штам% пов; 1 — центр штампового кубика; 2 — центр штампа; 3 — ось хвостовика; 4 — ось шпонки; 5 — центр штампа; 6 — прямая, отсекающая меньшую площадь соударения F с ³ 450 см 2 × G . Эти неравенства являются прибли% женными. Они верны только для штампов, изготовленных из штампо% вой стали обычных марок и подвергав% шихся обычной термообработке. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РУЧЬЕВ МОЛОТОГО ШТАМПА 129 Одно из требований к площади со% ударения штампов — ее равномерное распределение относительно центра штампа. Если через центр штампа про% вести прямую линию так, чтобы она делила площадь соударения на две не% равные части, то меньшая из них F с¢ ³ 0,5 F с . Если соотношение не со% блюдается, то размеры b н и l н необходи% мо увеличить. При этом может оказать% ся целесообразным располагать ручьи на большем расстоянии друг от друга. Высоту кубика выбирают с учетом требуемой прочности штампа и необхо% димости его возобновления. В первом приближении высоту кубика можно оп% ределить в зависимости от высоты h max наиболее глубокой по лости штампа (рис. 48). При небольшой глубине по% лости (h max = 10…25 мм) высота кубика H min = (6K10)h, а при глубине полости h max = 50…100 мм H min = (3K4 )h max . Меньшие значения коэффициентов принимают при большей высоте h max . Используя размеры, полученные расчетом, подбирают штамповый ку% бик с размерами H´B´L (рис. 49). Дли% на L — максимальный размер кубика; высота H — минимальный. Длину ку% бика согласуют с потребителем. Разме% ры H´В изменяются в пределах (40´ ´50)…(600´1200) мм. Целесообразно указывать также массу кубика. При выборе размеров штампового кубика необходимо учитывать, что для гравирования фигуры может быть ис% пользована любая поверхность кубика, кроме поверхности Н´В, перпендику% лярной к направлению волокон (оси слитка или совпадающей с ней по на% правлению — длине L) в штамповом ку% бике. Поэтому, если выполнить ручьи на поверхности H´B, то волокна распо% ложатся в направлении удара, и возни% кающие в ручьях удельные силы будут раскалывать штамп. Штамп в этом слу% чае не имеет достаточной прочности. Чтобы выделить поверхность Н´В , за% вод%изготовитель ставит на ней клеймо. На выбранной плоскости кубика ру% чьи располагают вдоль волокон (рис. 50, а) и только ручьи с глубокими по% лостями — поперек волокон (рис. 50, б). При расположении ручьев вдоль во% локон износ их полостей уменьшается, при расположении их поперек волокон стойкость штампа ниже, но так как опасные силы будут действовать вдоль волокон, прочность штампа возрастет. На рис. 50, в показано правильное рас% Рис. 48. Определение наименьшей высоты штампов Рис. 50. Расположение ручьев штампа относи, тельно волокон материала Рис. 49. Штамповый кубик Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 130 положение волокон при штамповке круглых в плане поковок. В этом случае имеет значение, как расположены во% локна вблизи хвостовика штампа, мес% те наиболее опасном для разрушения, так как силы действуют вдоль волокон. В качестве заготовок для штампов используют не только кубики; напри% мер, для штамповки круглых в плане поковок штампы изготовляют из ци% линдрических заготовок. Выбрав размеры штампового куби% ка, проверяют, разместится ли этот ку% бик между стойками молота, достаточ% на ли его высота, соответствует ли масса верхней части штампа массе па% дающих частей молота. Штамповый кубик должен свободно располагаться между стойками молота, чтобы его можно было легко установить и снять. Суммарная высота верхней и нижней части штампа должна быть больше за% крытой высоты штампового про стран% ства в 1,25 раза, что необходимо для по% следующего возобновления штампа. Наибольшая масса верхней части штампа составляет 35 % от номиналь% ной массы падающих частей паровоз% душных молотов и 25 % от массы па% дающих частей фрикционных молотов. 11. БЛОКИ И СМЕННЫЕ ДЕТАЛИ УНИВЕРСАЛЬНО,ПЕРЕНАЛАЖИ, ВАЕМЫХ МОЛОТОВЫХ ШТАМПОВ (СО СМЕННЫМИ ВСТАВКАМИ) Блоки предназначены для установ% ки на паровоздушных молотах. Размеры блоков различных конст% рукций в зависимости от номинальной массы падающих частей молота, а также размеры сменных деталей блоков приве% дены в табл. 16–35. К точности располо% жения поверхностей вставок, приведен% 16. Размеры, мм, блоков для сменных призматических вставок (по ГОСТ 13983–93) 1 — нижний блок; 2 — верхний блок; 3 — верхняя шпонка; 4 — верхний клин; 5 — нижний клин; 6 — нижняя шпонка; 7 — призмат ические вставки Номинальная масса падаю% щих частей, кг В L Закрытая высота блока H 630 380 320 442 500 1000 480 360 522 600 2000 560 450 682 760 3150 670 560 722 800 Высота под вставку H1 Масса, кг, не более (реко% наименьшая наибольшая наименьшая наибольшая мендуемые) 180 320 200 555 162 240 1047 202 280 1629 122 БЛОКИ И СМЕННЫЕ ДЕТАЛИ 131 17. Размеры, мм, нижних и верхних блоков (по ГОСТ 13983–93) I — ось хвостовика; II — ось шпоночного паза; III — направление волокон B L l (поле допус% ка Н9) H 380 320 32 220 480 360 560 450 670 560 b H1 h 60 50 340 80 60 360 100 80 260 40 h1 70 75 100 П р и м е ч а н и е. Блоки изготовляют из стальных заготовок. b1 B2 Поле допуска Н11 Масса, кг, не более 195 85 115 155 225 100 130 272 312 140 175 515 356 160 200 797 132 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 18. Размеры, мм, верхних и нижних шпонок (по ГОСТ 13983–93) Н L (поле допус% L1 ка e8) 32 20 b (пред. Масса, откл. кг, не -0,1) более В – 30 – 0,30 60 30 0,40 38 – 25 38 40 30 70 35 0,55 80 40 0,75 – 38 19. Размеры, мм, нижних и верхних клиньев (по ГОСТ 13983–93) Н В (пред. откл. ±0,1) L Масса, кг, не более 58 25,4 420 4,6 460 5,0 78 32,4 550 8,0 98 36,4 660 16,7 БЛОКИ И СМЕННЫЕ ДЕТАЛИ 133 20. Размеры, мм, призматических вставок,заготовок (по ГОСТ 19585–93) Номинальная В масса падаю% H (пред. откл. — 0,1) щих частей, кг L а d h l l1 l2 (поле до% пуска Н9) c 250 Масса, кг, не более 19 61 320 630 170 25 20 32 250 27 90 320 35 16 21 32 32 10 320 29 61 360 1000 200 32 25 40 320 42 360 48 400 68 100 81 450 2000 71 26 280 38 400 100 450 112 120 450 108 32 20 40 40 101 500 120 560 3150 134 31 320 12 42 450 148 140 500 165 560 185 П р и м е ч а н и е. Вставки%заготовки изготовляют из загото вок по рекомендациям на с. 127. Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 134 21. Рекомендуемые размеры, мм, блоков для сменных призматических угловых вставок 1 — нижний блок; 2 — верхний блок; 3 — верхний клин; 4 — нижний клин Номинальная масса падающих частей, кг B B1 L L1 h 630 380 160 320 460 46 1000 480 360 500 1600 530 400 540 2000 560 450 590 2500 630 500 640 560 700 200 300 3150 670 Закрытая высота блока Н Номинальная масса падающих частей, кг наименьшая наибольшая 630 442 500 51 66 Высота под вставку H1 наименьшая Масса, кг наибольшая 180 287 200 512 122 1000 522 600 1600 602 680 716 162 240 2000 986 682 760 2500 1151 202 3150 722 800 280 1463 БЛОКИ И СМЕННЫЕ ДЕТАЛИ 22. Рекомендуемые размеры, мм, нижних блоков (по ГОСТ 13982–68) I — ось хвостовика; II — ось шпоночного паза; III — направление волокон 135 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 136 Окончание табл. 22 Номиналь% ная масса падающих частей, кг B 630 380 B1 (пред. откл. -0,5) L 160 320 l 25 H l1 (пред. откл. +0,1) l2 45 80 l3 I II h (пред. откл. +0,5) 220 245 46 Исполнение 30 1000 480 1600 530 200 360 50 400 200 2000 30 30 560 60 120 260 290 120 300 330 50 40 450 630 3150 Номиналь% ная масса падающих частей, кг 75 560 50 160 b1 h3 630 h4 h5 40 30 45 35 H6 25 70 50 51 75 80 51 60 75 100 66 80 100 380 40 670 h2 340 500 300 h1 370 140 2500 H1 A 85 b 56 360 400 b2 Масса, кг Пред. откл. +0,1 b3 b4 205 95 4,5 80 250 120 5,5 100 b5 40 d 25 r 40 Исполнение I II 140 142 252 255 352 355 486 490 568 573 723 730 65 01000 110 50 1600 55 40 65 45 30 140 60 312 150 6,5 110 8,0 120 28 57 85 2000 352 170 2500 70 50 105 3150 376 40 80 180 60 60 9,0 130 75 180 30 396 190 10, 0 150 70 101 БЛОКИ И СМЕННЫЕ ДЕТАЛИ 23. Рекомендуемые размеры, мм, верхних блоков I — ось хвостовика; II — ось шпоночного паза; III — направление волокон 137 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 138 Окончание табл. 23 Номинальная масса падаю% щих частей молота, кг 630 l l1 (пред. откл. +0,1) l2 320 25 45 80 360 30 50 120 B В1 (пред. откл. -0,5) L 380 160 1000 480 200 1600 530 2000 560 2500 630 3150 670 Номинальная масса падаю% щих частей молота, кг 630 1000 1600 2000 2500 3150 400 200 450 500 300 560 30 50 65 85 105 h4 h5 40 30 45 35 55 40 65 45 70 50 80 60 h6 27 32 32 42 220 300 40 75 A 85 b 56 110 140 60 170 180 75 H1 46 60 260 140 40 H1 H 30 120 50 51 h2 70 75 80 51 60 75 100 66 80 100 340 50 160 b1 h3 l3 h (пред. откл. +0,5) 360 b2 Масса, кг Пред. откл. +0,1 b3 Исполнение 205 95 b4 b5 r I 4,5 80 250 120 5,5 100 312 150 6,5 110 352 8,0 120 9,0 130 376 d 180 40 396 190 10,0 150 50 25 40 28 57 60 70 30 101 II 140 138 252 249 352 349 486 482 568 563 723 716 24. Рекомендуемые размеры, мм, нижних и верхних призматических клиньев Номинальная масса падаю% щих частей, кг В (пред. откл. +0,1) 630 H 38 25,6 L 460 480 500 1000 560 1600 32,6 48 2000 2500 Масса клиньев, кг 3,0 4,0 540 6,0 670 8,0 590 7,0 670 8,0 640 7,5 700 8,0 8,5 36,6 3150 58 770 11,0 БЛОКИ И СМЕННЫЕ ДЕТАЛИ 139 25. Рекомендуемые размеры, мм, призматических угловых вставок,заготовок Номиналь% ная масса падающих частей, кг B B1 Пред. откл. ±0,1 Н L А d h h1 с Масса вставки% заготовки, кг 160 12 200 15 250 18 61 320 630 180 95 22 35 160 17 200 21 250 26 90 320 32 20 20 40 10 200 19 250 24 320 29 61 360 1000 225 120 36 40 200 27 250 33 320 42 360 46 100 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 140 Окончание табл. 24 Номинальная B B1 масса падаю% щих частей, кг Пред. откл. ±0,1 Н L А d h h1 с Масса встав% ки%заготовки, кг 250 40 320 50 360 58 400 62 250 59 320 65 81 1600 280 150 120 360 80 60 81 2000 320 101 340 25 50 12 400 86 320 60 400 72 450 81 320 83 400 101 450 126 400 93 450 103 500 111 400 127 450 139 180 120 2500 25 180 140 500 156 70 101 3150 360 25 32 50 12 450 111 500 120 560 136 450 149 500 167 560 180 190 140 БЛОКИ И СМЕННЫЕ ДЕТАЛИ 141 26. Рекомендуемые размеры, мм, блоков для крепления цилиндрических вставок цилиндрическими клиньями 1 — нижний блок; 2 — верхний блок; 3 — клин Номиналь% ная масса падающих частей, кг B 630 360 1000 450 B1 L L1 D h Закрытая высота Высота под встав% блока Н ку H1 наи% наи% наи% наи% меньшая большая меньшая большая 160 340 480 200,2 420 560 250,2 46 Масса блока, кг 502 – 162 220 390 522 580 242 300 567 280,3 562 620 262 320 956 320,3 642 700 282 340 1148 702 760 302 360 1440 742 800 322 380 1796 51 1600 530 200 530 2000 560 2500 600 670 560 700 340,3 630 770 380,3 66 300 3150 630 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 142 27. Рекомендуемые размеры, мм, нижнего блока III — ось хвостовика; IV — ось шпоночного паза, V — направление волокон Номинальная масса падаю% щих частей молота, кг B В1 (пред. откл. -0,5) L l 630 360 160 340 70 1000 450 420 100 200 1600 530 2000 560 2500 600 3150 630 200 H l1 (пред. Исполнение откл. +0,1) I II 45 H1 D (пред. откл. по A3) D1 250 – 80 200,2 – 260 295 120 250,2 320 280 315 130 280,3 360 320 355 140 320,3 400 350 395 150 340,3 420 370 415 160 380,3 460 d (пред. откл. по A3) d1 32 34 32 34 40 42 50 530 150 530 150 560 160 630 180 300 50 75 БЛОКИ И СМЕННЫЕ ДЕТАЛИ 143 Окончание табл. 27 h1 Номинальная масса падаю% щих частей молота, кг h 630 46 h2 Исполнение h3 I II 50 – 40 75 110 65 h4 70 h5 – 1000 1600 r 56 100 40 51 2000 2500 75 80 115 70 85 130 75 66 3150 b 135 80 60 45 45 Исполнение I II 192 – 125 280 289 140 474 485 570 582 180 715 732 200 888 904 160 100 90 35 Масса блока, кг c (пред. откл. +0,1) 8 15 75 28. Рекомендуемые размеры, мм, верхних блоков III — ось хвостовика; IV — ось шпоночного паза; V — направление волокон Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 144 Окончание табл. 28 Номинальная масса падаю% щих частей молота, кг B 630 360 1000 450 1600 530 2000 560 2500 600 В1 (пред. откл. -0,5) L 160 340 70 420 100 530 150 l Номинальная масса падаю% щих частей молота, кг 630 II 250 80 – 200,2 – 260 120 157 250,2 320 280 130 167 280,3 360 320 140 177 320,3 400 350 150 197 340,3 420 370 160 207 380,3 460 45 200 50 560 I D (пред. откл. по H 9) H 100 300 3150 H1 l1 (пред. откл. +0,1) Исполнение 630 630 h 46 180 34 h1 Исполнение I II 50 40 – 75 65 100 51 2000 2500 h3 h4 70 b – 75 80 70 105 85 75 120 90 80 125 66 3150 42 32 r 100 8 56 37 60 47 Исполнение I II 192 – 125 280 271 150 474 463 570 557 180 715 698 200 888 868 c Масса клина, кг 160 100 40 Масса бло% ка, кг a (пред. откл. +0,1) 1000 1600 d (пред. откл. по H8) 75 h2 d1 D1 15 75 29. Рекомендуемые размеры, мм, клиньев Номинальная d масса падаю% (пред. щих частей откл. молота, кг по e8) L l 630 480 110 2 3,0 1000 560 155 3 3,6 670 210 4,0 700 225 5,0 1600 32 b 16 2000 2500 5 3150 40 770 190 20 10,0 БЛОКИ И СМЕННЫЕ ДЕТАЛИ 145 30. Рекомендуемые размеры, мм, цилиндрических вставок,заготовок (для крепления цилиндрическими клиньями) Номинальная масса падающих частей молота, кг D H Пред. откл. по e8 d l l1 a c 50 10 h8 81 630 Масса вставки%за% готовки, кг 20 200 10 100 24 16 121 1000 47 250 30 32 80 150 57 131 1600 63 280 40 90 160 77 141 2000 89 18 320 170 100 20 45 151 2500 108 40 340 180 129 161 3150 380 100 146 50 190 169 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 146 31. Рекомендуемые размеры, мм, блоков для крепления цилиндрических вставок призматическими клиньями 1 — нижний блок; 2 — верхний блок; 3 и 4 — кли% нья соответственно верхний и нижний Закрытая высота Высота под встав% блока Н ку H1 Номинальная масса падаю% щих частей молота, кг B 630 360 1000 450 1600 530 B1 L L1 D наи% наи% наи% наиболь меньшая большая меньшая шая 2000 560 2500 600 160 340 480 200,2 420 560 250,2 530 670 200 280,2 630 46 51 320,3 560 700 340,3 300 3150 h Масса блока, кг 502 560 162 220 386 522 580 242 300 462 562 620 262 320 954 642 700 282 340 1048 702 760 302 360 1438 742 800 322 380 1790 66 630 770 380,3 БЛОКИ И СМЕННЫЕ ДЕТАЛИ 147 32. Рекомендуемые размеры, мм, нижних блоков III — ось хвостовика; IV — ось шпоночного паза; V — направление волокон Номинальная B1 Н при ис% h l1 масса падаю% полнении (пред. h (пред. (пред. H l l B L l 2 3 1 1 щих частей откл. откл. откл. I II молота, кг +0,5) -0,5) +0,1) 630 360 160 340 160 45 80 30 250 275 80 46 50 1000 450 420 260 290 120 120 200 50 1600 530 280 310 130 51 530 200 40 2000 560 320 350 140 65 140 2500 600 560 350 390 150 300 75 66 3150 630 630 260 160 50 370 410 160 Масса, кг, при Номинальная b1 b2 исполнении h3 h4 h5 b3 масса падающих h2 D b r частей молота, кг Пред. откл. ±0,1 I II 630 45 70 25 – 200,2 56 80 115 40 8 190 191 1000 250,2 100 140 277 280 40 50 1600 75 30 280,3 60 115 162 469 472 2000 60 320,3 135 182 15 566 570 60 2500 45 340,3 150 201 711 716 100 40 75 3150 380,3 160 211 70 884 891 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 148 33. Рекомендуемые размеры, мм, верхних блоков III — ось хвостовика; IV — ось шпоночного паза; V — направление вол окон Номинальная масса падаю% щих частей молота, кг B B1 (пред. откл. -0,5) L l l1 (пред. откл. +0,1) l2 l3 H H1 H (пред. откл. +0,5) h1 630 360 160 340 160 45 80 30 250 80 46 50 1000 450 1600 530 200 50 120 40 2000 560 530 2500 600 560 3150 630 420 200 300 530 220 630 260 50 75 260 120 280 130 320 140 350 150 140 40 160 50 370 160 Номинальная масса падающих частей молота, кг h2 h3 h4 D b b1 b2 b3 r 630 45 70 27 200,2 56 80 115 40 8 100 140 75 32 280,3 115 162 320,3 135 182 340,3 140 191 160 211 1000 250,2 1600 2000 2500 3150 60 100 42 380,3 60 75 50 60 70 15 51 65 66 Масса, кг, при исполнении I II 190 189 277 274 469 466 566 562 711 706 884 877 БЛОКИ И СМЕННЫЕ ДЕТАЛИ 149 34. Рекомендуемые размеры, мм, цилиндрических вставок,заготовок (для крепления призматическими клиньями) Номи% D наль% (пр ная ед. масса п отк адаю% л. щих по частей, e8) кг 630 200 1000 250 1600 280 2000 320 2500 340 3150 380 H 81 110 121; 150 131; 160 141; 170 151; 180 161; 190 K (пр ед. отк л. ±0, 11) d a l 50 40 240 80 60 270 90 70 190 l1 c 10 365 100 57 63 77 18 80 100 90 47 32 89 100 20 325 20 26 16 310 Ма сса вст ав% ки% за% го% тов ки, кг 40 108 129 146 169 П р и м е ч а н и е. При возобновлении цилинд% рических вставок снимают слой металла со сторо% ны гравюры. Между опорной поверхностью встав% ки и блоком устанавливают подкладную плиту (см. табл. 35). ных в этих таблицах, предъявляются сле% дующие требования: допуск параллель% ности поверхностей М относительно по% верхностей К и Р — 0,02 мм на 100 мм длины; допуск перпендикулярности по% верхностей М относительно поверхно% стей Л — 0,03 мм на 100 мм длины. До% пуск плоскостности поверхностей К и М — 0,02 мм на 100 мм длины. Материалы для блоков. Все блоки (кроме блоков по ГОСТ 13983–93) изго% товл яют из стали 45Х (ГОСТ 4543–71). Твердость частей блока: рабочей — 321…368 НВ; опорной — 285…321 НВ. Допускается изготовление блоков из стали 40Х. Материал блоков по ГОСТ 13983–93 — сталь 5ХНМ. Вставки%заготовки (кроме вставок по ГОСТ 19585–93) изготовляют из стали 5ХНВ по ГОСТ 5950–2000. Твердость вставок для молотов с мас% сой падающих частей 630…2500 кг — 388…444 НВ; при массе падающих час% тей более 2500 кг — 352…388 НВ. Материал вставок по ГОСТ 19585–93 — сталь 5ХНМ. Эту же сталь допускается применять для дру% гих вставок. Для клиньев и шпонок используют сталь 45 (ГОСТ 1050–74), твердость клиньев 32…35 HRC, твер% дость шпонок 40…45 HRC. Матери% ал подкладных плит — сталь У7 (ГОСТ 1435–99). Твердость плит 45…50 HRC. Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 150 35. Рекомендуемые размеры, мм, подкладных плит Масса плиты, кг D 160 3,1 190 D 210 240 d H Ml2 270 с 6 20 290 310 330 M16 370 10 Масса плиты, кг D 160 4,7 160 6,2 4,4 190 6,6 190 8,8 5,4 210 8,1 210 10,6 240 13,4 270 15,4 290 7,1 240 8,8 270 10,3 290 d H M12 11,8 310 13,4 330 M16 16,8 370 с 6 30 12. КРЕПЛЕНИЕ ШТАМПОВ В БАБЕ И ПОДУШКЕ Крепление осуществляют с помо% щью ласточкина хвоста, шпонки и 10 17,7 310 20,1 330 25,2 370 d H M12 с 6 Масса плиты, кг 10,8 14,1 17,9 40 20,7 23,6 M16 10 26,7 33,7 клина в соответствии с ГОСТ 6039–82. Схема крепления штампов показана на рис. 51. Размеры элементов, ис% пользуемых при креплении штампов, приведены в табл. 36–40. Рис. 51. Схема крепления штампов: 1 — баба молота; 2 — верхний клин; 3 — верх% ний штамп; 4 — нижний штамп; 5 — нижний клин; 6 — подушка (штамподержатель); 7 — шпонка; 8 — прокладка для регулирования по% ложения штампа спереди назад КРЕПЛЕНИЕ ШТАМПОВ В БАБЕ И ПОДУШКЕ 151 36. Размеры, мм, пазов бабы и подушки (по ГОСТ 6039–82) Номинальная масса В (поле до% падающих частей, кг пуска Н11) b (поле до% пуска H11) b1 l (поле до% l1 (пред. h (пред. пуска H12) откл. -0,1) откл. -0,5) 630 195 80 121 76 72 45 1000; 2000 240 100 143 84 80 50 3150; 5000 350 150 204 116 110 65 8000; 10 000; 16 000 460 200 264 140 132 80 25 000 600 260 343 150 140 90 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 152 37. Размеры, мм, хвостовиков верхнего и нижнего штампов Номинальная масса В падающих частей, кг (поле допуска H11) b h l (пред. откл. +0,5) (пред. откл. +0,1) 630 160 56 48 45 1000; 2000 200 60 53 50 3150; 5000 300 75 68 75 8000; 10 000; 16 000 400 90 84 100 25 000 520 100 95 110 КРЕПЛЕНИЕ ШТАМПОВ В БАБЕ И ПОДУШКЕ 153 38. Размер, мм, шпонок Номинальная масса падаю% щих частей, кг h l (пред. l1 (пред. откл. откл. -0,1) -0,1) 630 45 72 50 b b1 45 90 46,0 80 50 97 48,0 65 110 75 123 62,5 80 132 100 148 75,0 90 140 110 165 83,0 Номинальная масса падающих частей, кг h b (поле допуска h12) 630 45 36,25 1000; 2000 50 41,25 3150; 5000 65 51,40 8000; 10 000; 16 000 80 61,50 25 000 90 81,65 1000; 2000 3150; 5000 8000; 10 000; 16 000 25 000 39. Размеры, мм, верхнего и нижнего клиньев П р и м е ч а н и е. Размер b дан с припуском на пригонку. По заказу по% требителя молоты с массой падающих частей 16 000 и 25 000 кг должны изго% товляться с двухклиновым креплени% ем штампов. 154 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 40. Размеры, мм, прокладок для регулировки штампов Номинальная масса падающих частей, кг b 630 39 45 1000; 2000 43 50 3150; 5000 54 8000; 10 000; 16 000 64 25 000 74 s l 65 0,5; 0,75; 1; 2; 3; 5 80 90 Рис. 52. Контрольный угол 13. КОНТРОЛЬНЫЙ УГОЛ Контрольный угол используют при контроле взаимного расположения верхнего и нижнего штампов во время их установки на молоте и при эксплуа% тации. Кроме того, от контрольного уг% ла выполняют разметку размеров штам% па при его изготовлении. Контрольный угол строгают или фрезеруют на перед% нем или заднем углу штампа на боковых сопряженных поверхностях вблизи по% верхности разъема. В плане контроль% ный угол составляет 90° (рис. 52). 14. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ПАДАЮЩИХ ЧАСТЕЙ ШТАМПОВОЧНОГО МОЛОТА При штамповке круглых в плане поковок в открытых штампах необ% ходимую для штамповки массу (кг) падающих частей паровоздушного штамповочного молота определяют по формуле G 0 = 5,6 ×10 -4 s (1 - 0,0005D п ) ´ D ö ì æ ´ í 3,75ç b + п ÷(75 + 0,001D п2 ) + 4 ø è î æ b 2 bD п D п2 ö ÷´ + D п çç + + 4 50 ÷ø è 2 (60) é 2,5(75 + 0,001D п2 ) ù ü ´ ln ê1 + ú ý, D п hо ë ûþ где Dп — диаметр поковки, мм; s — предел текучести материала поковки при данной температуре, МПа; b — ши% рина мостика облойной канавки, мм; ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ПАДАЮЩИХ ЧАСТЕЙ ШТАМПОВОЧНОГО МОЛОТА 155 ho — толщина мостика облойной ка% навки, мм. При штамповке некруглых в пла% не поковок необходимую массу (кг) падающих частей паровоздушного штамповочного молота находят из выражения 2 ùü é 2,5(75 + 0,001D пр ) ï ´ ln ê1 + úý ´ D пр h о êë úû þï G m = 5,6 ×10 -4 s (1 - 0,0005D пр ) ´ где Dпр — приведенный диаметр по% ковки, мм; D пр = 1,13 F п ; F п — пло% D пр ö ì æ 2 ÷(75 + 0,001D пр ´ í 3,75çç b + )+ ÷ 4 ø è î 2 ö æ b 2 bD пр D пр ÷´ +D пр ç + + ç 2 ÷ 4 50 è ø (61) æ l ö ´ç 1 + 0,1 п ÷, ç bср ÷ø è щадь проекции поковки в плане, мм2; l п — длина поковки в плане, мм; b ср — средняя ширина поковки в плане (b ср = F п / l п ), мм. Значения G0 и Gm можно опреде% лить по номограмме, приведенной на рис. 53. При построении номограммы были приняты следующие соотноше% Рис. 53. Номограмма для определения массы падающих частей штамповоч, ного молота 156 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Рис. 54. Поковка с удлиненной осью ния размеров (мм) поковки и заготов% ки: ho = 0,015Dп (или Dпр); b = 7 при Dп = 0…100; b = 11 при Dп = 150…350 и b = 14 при Dп = 400…600. Массу падающих частей молота простого действия G п.м можно опреде% лить по приведенным формулам или номограмме (рис. 53), умножив най% денное значение на переводной коэф% фициент, т.е. D пр = 1,13 16200 = 144 мм; средняя ширина поковки b ср = F п / l п = 16200 / 201 » 80 мм; отношение m = l п / b ср = 201/80 » 2,5 мм; G п.м = (1,5K1,8)G 0 (или G m ). Формулы используют при расчете молотов для крупносерийного и массов ого производства поковок. В мелкосе% рийном производстве можно приме% нять молоты с меньшей массой падаю% щих частей, но с увеличенным числом ударов при штамповке. Формулы при% годны в тех случаях, когда минималь% ная толщина поковки превышает (4…5)ho. В других случаях необходимо учитывать повышенную неравномер% ность распределения деформации и температуры, увеличивая полученное значение массы в 1,2–1,3 раза. Для определения массы падающих частей молота при штамповке в закры% тых штампах можно воспользоваться формулами (60) и (61) и номограммой (см. рис. 53). Полученное значение можно уменьшить на 20…25 %. Для упрощенных расчетов исполь% зуют формулу G = (3,5K5) F п , где G — масса падающих частей моло% та, кг; F п — площадь проекции поков% ки в плане, см2. Расчет массы падающих частей штамповочного молота. Исходные дан% ные для расчета приведены на чертеже поковки (рис. 54); материал поковки сталь 35, t = 1000 °C, s = 42 МПа (sв = 500 МПа). Основные параметры поковки: площадь проекции на плоскость разъема штампа F п = 16200 мм2; приведенный диаметр (62) по формуле (61): G m = 5,6 ×10 -4 × 42 (1 - 0,0005 ×144 )3,75 ´ æ 144 ö ´ ç7 + ÷(75 + 0,001 ×144 2 ) + 4 ø è æ 7 2 7 ×144 144 2 ö ÷´ + 144 çç + + 4 50 ÷ø è 2 é 2,5(75 + 0,001 ×144 2 ) ù ´ ln ê1 + ´ 144 × 0,015 ×144 úû ë æ 201 ö ÷ » 1800 кг. ´ çç 1 + 0,1 80 ÷ø è Массу падающих частей можно оп% ределить также по номограмме рис. 53. 15. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА Пример типовой технологической карты на изготовление поковки при% цепного шатуна приведен в табл. 41. Прокат Вид Код Номер Номер опера% цеха ции ВПТИтяжмаш Код Круг 100; l = 6000 мм 9 369,26 Профиль Число Масса и размеры деталей Исходная заготовка Сталь 18Х2Н4МА ГОСТ 4543–71 Материал 9 Число поковок кг Код единицы массы 0,26 мате% риала 1 Единица нормирования 10,9 Масса детали 1,2 Уковка 41,172 Норма расхода 0,37 поков% ки Коэффициент использования Карта технологического процесса ковки и горячей штамповки 41,172 Расход материала на одну поковку 45.17.02%1П 41,172 4,554 Клещевина Итого: 1,334 0,853 4,0 0,781 29,65 Некратность Выдра Облой (заусенец) Угар Поковки Статьи расхода Масса 021218.50120.00001 Литера А 41. Технологическая карта на изготовление поковки прицепного шатуна 100 11,0 3,2 2,1 9,7 2,0 72,0 % ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА 157 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 158 Номер уча% сток Оборудование Бойки, штам% Измеритель% Обозна% (код, наиме% Наименование и со% пы, приспо% ный инстру% чение до% нование, ин% собления (код, мент (код, на% опе% держание операции кумента вентарный но% наименование) именование) рация мер) 005 Технический кон% троль: Сертифи% кат Линейка 1000 ГОСТ 427–75 проверить штанги по сертификату 010 Транспортирование: переместить штанги на разрезку 015 Разрезка: разрезать (с подогре% вом) штанги на заго% товки; l = (645±3) мм 020 Транспортирование: переместить заготов% ки к нагревательной установке 025 Нагрев: нагреть заготовки 030 Объемная штампов% ка: подкатать в закры% том ручье; штампо% вать в предваритель% ном ручье; штампо% вать в окончатель% ном ручье 035 Транспортирование: переместить поков% ки на обрезку облоя 040 Обрезка: обрезать облой; про% шить отверстия Кран грузо% подъемностью 30/50 т Печь нагрева% тельная; нож% ницы сорто% вые усилием 10 МН Ножи диамет% ром 100 мм Линейка 1000 ГОСТ 427–75 Кран грузо% подъемностью 50/12,5 т Печь нагрева% тельная Молот штам% повочный; масса падаю% щих частей 5 т Фотопирометр Штамп моло% товой Кран%манипу% лятор подвес% ной Кран%манипу% лятор подвес% ной грузо% подъемностью 250 кг Пресс обрез% ной силой 6,3 МН Штамп обрез% ной; штамп прошивной; кран%манипу% лятор подвес% ной грузо% подъемностью 250 кг ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА 159 Продолжение табл. 41 Коэффи% Число одно% Код та% Объем Температу% Время циент Число временно об% Темпе% Вели% ра обра% нагрева, штучного рабочих рабатываемых рифной произ% ратура ставки водст% Тп.з чина ботки, °C мин времени деталей печи, садки (начало — (макс. венной °C конец) мин) Код про% Разряд Единица нор% Код вида партии фессии работы мирования нормы 600…550 1180±20 1150…950 900…850 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 160 Номер Наименование и со% уча% опера% держание операции сток ция Транспортирование: 045 переместить поковки на калибровку Калибровка: калибровать поковки 050 Оборудование Бойки, штам% Измеритель% Обозначе% (код, наименова% пы, приспо% ный инстру% ние доку% ние, инвентар% собления (код, мент (код, на% мента ный номер) наименование) именование) Кран%манипуля% тор подвесной грузоподъемно% стью 250 кг Молот штампо% вочный; масса падающих час% тей 5 т Маркирование (100 %%ное): 055 Штамп чека% ночный; кран%манипу% лятор подвес% ной грузо% подъемностью 250 кг Молоток Комплект цифр маркировать ударом номер чертежа и но% мер плавки Технический кон% троль: 060 проверить маркиров% ку и размеры по чер% тежу поковки выборочно Транспортирование: 065 070 переместить поковки на термообработку очистить поковки от окалины Зачистка: 080 085 Кран грузоподъ% емностью 16/3,2 т Термическая обра% ботка Дробеочистка: 075 Линейка 1000 ГОСТ 427–75; штангенцир% куль Шц%II%250%01 ГОСТ 166–89 зачистить кузнечные дефекты Технический кон% троль ОТК (5 %%ный): проверить маркиров% ку размеры и качест% во поверхности Камера очистная дробеметная Зачистной ста% нок Круг шлифо% вальный Линейка 1000 ГОСТ 427–75; штангенцир% куль Шц%II%250%01 ГОСТ 166–89 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА 161 Окончание табл. 41 Коэффи% Число одно% Код та% Объем Тем% Темпера% Время циент Число временно об% пера% Вели% тура обра% нагрева, штучного рабочих рабатываемых рифной произ% ставки тура чина ботки, °C мин водст% времени деталей печи, садки (начало — (макс. венной Код про% Разряд Единица нор% Код вида партии °C конец) мин) фессии работы мирования нормы 800… 750 Тп.з 162 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 16. ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ Поковки I группы, штампуемые пер, пендикулярно оси заготовки (штампов, ка плашмя). 1 % я п о д г р у п п а. При мер 1. Спроектировать штамп для штамповки поковки прицепного ша% туна. Чертеж поковки приведен на рис. 55; чертеж горячей поковки для изготовления штампа — на рис. 35. Основные параметры поковки: площадь проекции на плоскость разъ% ема штампа F п = 58443,3 мм2; пери% метр Pп = 1380 мм; длина l п = 600 мм; l средняя ширина b ср = 97,5 мм; п = b ср = 6,15 > 2,5; объем с учетом перемы% чек V п = 3,88×106 мм3; масса поковки и перемычек G п = 30,5 кг. Определение размеров облоя выполня% ют по формуле (8): h о = 0,015 58443,3 = = 3,63 мм. По табл. 7 ближайшее значе% ние hо = 4 мм. В соответствии с рис. 17 и 18 для участка стержня и головки принимают облойную канавку номер 7, п. 3 c размерами ho = 4 мм, b = 16 мм, b1 = = 42 мм, S об.к = 3,85 см2, R = 2,5 мм. Объем облоя находят по формуле (11) с учетом соответствующих указа% ний к этой формуле: V 0 = S 0Pп , где S 0 = xS об.к . По табл. 8 x = 0,8. Тогда S 0 = = 0,8×385 = 308 мм2, а общий объем об% лоя на участках головки и стержня V 0 = 308×1380 = 425 000 мм2. Ввиду большой массы поковки объем облоя необходимо увеличить на 20 %, т.е. V0 = 1,2×425 000 = 510 000 мм3. Расчет эпюры диаметров dэ (эпюра приведена на рис. 56). Построение расчетной заготовки выполняют, ис% пользуя значения длин отдельных эле% Рис. 55. Чертеж поковки прицепного шатуна ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ 163 Рис. 56. Расчетная заготовка поковки прицепного шатуна (эпюра диаметров) ментов поковки и найденных d э , кото% рые сведены в табл. 42. Расчет среднего сечения: V п.о = V п + V з = 4390000 мм 3 ; S ср = V п.о , где l э — длина эпюры; lэ 42. Расчет эпюры диаметров Номер сечения Sп 1 0 2 S об.к l э = l п = 600 мм; x Sэ , мм2 dэ , мм 1,0* 770 31,4 6240 0,8 6856 93,6 3 7160 0,8 7776 99,6 4 5030 0,8 5646 84,9 5 7160 0,8 7776 99,6 6 6240 0,8 6856 93,6 7 5800 0,8 6416 90,5 8 4400 0,8 5016 80,0 9 4400 0,8 5016 80,0 10 5800 0,8 6416 90,5 90,7 мм2 385 11 5830 0,8 6446 12 11 250 0,8 11 866 123,1 13 6780 0,8 7396 14 11 250 0,8 11 866 123,1 15 5830 0,8 6446 90,7 * 770 31,4 16 0 1,0 97,2 * Для конечных сечений x = 1,0. П р и м е ч а н и е. S = S п + 2xS об.к ;dэ =113 , Sэ . S ср = 4390000 = 7316,7 мм 2 ; 600 d ср = 1,13 S ср = 1,13 7316,7 мм; d ср = 97,7 мм. Выбор переходов штамповки. Рас% четную заготовку можно считать элементарной, так как она состоит из головки и стержня. Контуру го% ловки, имеющему резкий излом из%за отверстия в бобышке, необхо% димо придать плавные очертания, сохраняя объем неизменным (см. рис. 20). S Коэффициент K подк.общ = max = S ср 11866 = = 1,62 < 1,8. 7316,7 При использовании подкатного за% крытого (ПЗ), предварительного и окончательного ручьев K пр = 1,6 ×1,1 ×1,05 = 1,85 (значение K п взято из табл. 9). Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 164 В соответствии с диаграммой (см. рис. 27) при G п = 30,5 кг поковку шта мпуют из отдельной заготовки. Итак, для штамповки данной поковки из от% дельной заготовки необходимо приме% нять следующие переходы: ПЗ — Предв — Оконч. Определение размеров заготовки. По табл. 10 площадь поперечного сечения исходной заготовки 43. Размеры ручья по высоте для различных сечений Номер сечения dэ , мм m h, мм 1 31,4 0,75 23,6 2 93,6 0,75 70,2 3 99,6 0,75 74,7 4 84,9 0,75 63,7 5 99,6 0,75 74,7 6 93,6 0,75 70,2 7 90,5 0,75 67,9 ¢ = 1,05 × 7316,7 = 7682,5 мм 2 . S зг 8 80,0 0,75 60,0 9 80,0 0,75 60,0 В формуле использован коэффици% ент 1,05, так как при одной подкатке заготовка не должна доходить до кон% ца подкатного ручья. Длина головки l г = 139 мм (см. рис. 56); диаметр заготовки 10 90,5 0,75 67,9 11 90,7 0,75 68,0 12 123,1 1,0 123,1 D зг = 1,13 7682,5 = 99,0 мм; ¢ = S пд = 1,05S ср S зг или если заготовка квадратная, то A зг = 7682,5 = 87,6 мм. Выбираем заготовку диаметром 100 мм, длиной 571 мм и площадью поперечного сечения 7840 мм2. Последовательность расчета и по строения подкатного ручья: 1. Выбирают длины элементов ру% чья по размерам расчетной заготовки. 2. Сводят в табл. 43 размеры про% филя ручья по высоте. Расчет выполняют по табл. 14 при значениях m: 0,75 — для стержня; 1,0 — для головки. 3. Строят профиль ручья в соответ% ствии с указаниями, приведенными в табл. 14. 4. По формуле (52) табл. 14 ширина ручья B= S зг 7840 + 10 = + 10=140,7 мм. h min 60 13 97,2 1,0 97,2 14 123,1 1,0 123,1 15 90,7 0,75 68,0 16 31,4 0,75 23,6 П р и м е ч а н и е. h = mdэ . Пределы изменения B = (d э max + +10)...1,5D зг или В = 132…150 мм. Итак, В = 140,7 мм. Расположение ручьев и расстояния между ними, а также размеры штампо% вых кубиков определяют по общим правилам. Чертеж штампа показан на рис. 57; технологическая карта — в табл. 41. 2 % я п о д г р у п п а. Пример. На рис. 58 дан чертеж поковки звена гусе% ницы. Эпюра сечений сложная, с не% сколькими головками и короткими стержнями. При штамповке необхо% дим пережимной ручей. Опробование различных вариантов штамповки по% казало, что применение полосовой за% готовки (что равноценно применению расплющенной заготовки) и плавное округление переходов сечений фигуры позволяет провести штамповку в од% ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ Рис. 57. Молотовой штамп для поковки прицепного шатуна 165 166 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Рис. 58. Чертеж поковки звена гусеницы ном окончательном ручье. Поковка звена гусеницы является массовой и штамповка с высокой производитель% ностью в одном ручье очень выгодна. В молотовом штампе (рис. 59) преду% смотрен один окончательный ручей и контрзамок для предотвращения сдвига, возможного при использовании штампа с принятой линией разъема. Для ком% пенсации износа контрзамка верхний штамп по отношению к нижнему штам% пу сдвигают (при изготовлении) на 0,75 мм в направлении, противополож% ном сдвигающим усилиям штамповки. Штамповку осуществляют на молоте с массой падающих частей 1500 кг за 4–5 ударов. Заготовка%полоса с размерами 29´ ´100´295 мм. Производительность штам% повки 2000…2500 шт/смена. 3 % я п о д г р у п п а. Пример. На рис. 60 приведен чертеж поковки с фланцем. Основные параметры поковки: пло% щадь проекции на плоскость разъема Fп = 5085 мм2, периметр Рп = 448 мм, объем V п = 189 550 мм3, масса G п = 1,49 кг. Размеры облоя: по формуле (8) h о = 0,015 5085 = 1,15 мм; ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ 167 Рис. 59. Молотовой штамп для поковки звена гусеницы: I — смещение центра ручья верхней половины штампа относительно центра ручья нижней по% ловины штампа; II — ось хвостовика на участке фланца (при x = 0,6 — см. табл. 8)V об.ф = 0,6×113×280 = 19 000 мм3; на участке стержня V об1 = 0,6×113´ ´340 = 23 000 мм3; общий объем V о = V об.ф + V об1 = 19 000 + 23 000 = 42 000 мм3. Выбор переходов штамповки: объ% ем фланца V ф = V ц + 2V к = Рис. 60. Чертеж поковки с фланцем в соответствии с табл. 7 ближайшее большее ho = 1,6 мм, форма облойной канавки — по рис. 17; номера канав% ки — 4 п. 2; ее размеры, мм; ho = 1,6, b = 9, b1 = 25, R = 1,5; площадь канавки S об.к = 113 мм2. По формуле (11) с учетом сделан% ных к ней замечаний определяют объ% ем облоя: p90 2 p90 2 1 90 sin 7 ° = 10 + 2 4 4 3 20 = 63500 + 22800 = 86300 мм 3 , = 3 pd min , т.е. 86 300 мм3 > 4 > 635 000 мм3, то поковка согласно табл. 4 относится к типу Б, и для ее штамповки необходимы специаль% ный протяжной и высадочный ру% чьи. так как V ф > 3 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 168 Размеры заготовки зависят от объе% мов: заготовки с учетом облояV п.о = V п + + V о = 189 550 + 42 000 = 231 550 мм 3 ; заготовки с учетом потерь на угар (d = 2 %) по формуле (35) V зг¢ = 231550 100 + 2 = 236 000 мм 3 ; 100 фланца с учетом облоя V р.ф = V ф + V об.ф = = 86 300 + 19 000 = 105 300 мм 3 ; фланца с учетом потерь на угар (d = 2 %) V ф¢ = 105 300 100 + 2 = 107 300 мм 3 . 100 Диаметр расчетной заготовки опре% деляют по формуле (42): ¢ =3 D зг 4 ×107 300 = 37,9 мм. 2,5 p Выбираем D зг = 40 мм, тогда l зг = = 188 мм. Расчет и построение высадочного ручья (см. табл. 14, п. 15) начинают с определения его объемов: V ф = 107300 мм 3 и V1¢ = 128700 мм 3 . Высоту фланца h ф¢ с учетом ко% нусности 7° и выступа на торце при% нимают равной 10 мм (по размеру цилиндрического участка) и h ф.ср = = 16 мм. Высота h1 = l1 - (5… 15) мм = 107 - 12 = 95 мм. Диаметры d ср1 = 4 ×128700 » 41 мм. p × 95 Принимают d ср1 = 40 мм; 4 ×107300 = 92 мм. p ×16 Принимают d ф¢ = 90 мм. По полученным размерам выпол% няют графическое построение ру% чья, который показан в разрезе на чертеже штампа для данной поков% ки (рис. 61). Расчет и построение специального протяжного ручья (см. табл. 14 п. 16) начинают с определения его размеров: длины l = 95 + 5 = 100 мм, диаметра в среднем сечении d ср = = 40 - (5…10) = 32,5 мм, ширины В = 1,5× 40 + 20 = 80 мм. Ручей показан на чертеже штампа на рис. 61. 4 % я п о д г р у п п а. Пример 1. На рис. 62 показаны: поковка коленчатой оси трактора, штамп для этой поковки и профиль гибочного ручья. Поковка dф = Рис. 61. Молотовой штамп для поковки с фланцем ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ 169 Рис. 62. Штамповка поковки коленчатой оси трактора: а — поковка; б — молотовой штамп; в — профиль гибочного ручья; ВШ — верхняя половина штампа; НШ — нижняя половина штампа 170 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ относится к 4%й подгруппе, типу А (см. табл. 4). Построение профиля гибоч% ного ручья выполняют методом впи% сывания в контур плана поковки (рис. 62, в). Кроме гибочного ручья никаких заготовительных ручьев не применяют (рис. 62, б). Пример 2. Поковка кронштейна и штамп, в котором ее изготовляют, при% ведены соответственно на рис. 63 и 64. Рис. 63. Чертеж поковки кронштейна ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ Рис. 64. Молотовой штамп для поковки кронштейна: 1 — верхний штамп; 2 — нижний штамп 171 172 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Особенность штамповки — передача поковки из гибочного ручья в предвари% тельный ручей и затем в окончательный ручей без разворота на 90°, т.е. в том же положении. 5 % я п о д г р у п п а. Пример 1. На рис. 65 показаны поковка корпуса форсунки и штамп для этой поковки. Удлиненная с отростком поковка относится к 5%й подгруппе, типу А. При штамповке этой поковки приме% няют ручьи: несимметричный закры% тый подкатной и предварительно%за% готовительный. Штампуют поковку из прутка с последующей ее отрубкой на переднем ноже. Пример 2. На рис. 66 показана по% ковка типа вилки и штамп к ней. По% ковка относится к 5%й подгруппе, ти% пу Б. При выборе заготовительных ручьев такие поковки приводятся к 1%й подгруппе. Рис. 65. Молотовой штамп (а) и горячая поковка (б) корпуса форсунки ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ 173 Рис. 66. Молотовой штамп (а) и горячая поковка (б) вилки По значению коэффициента под% катки для этой поковки выбирают за% крытый подкатной ручей. Кроме того, поковка должна быть обработана в предварительно%заготовительном ру% чье с рассекателем. Штамповку прово% дят на молоте с массой падающих час% тей 2000 кг. Пример 3. Поковка вилки включения блокировки дифференциала (рис. 67) относится к 5%й подгруппе, типу Б и при выборе заготовительных ручьев приводится к 1%й подгруппе. Но так как длина развилины и другие разме% ры поковки небольшие, целесообраз% но проводить штамповку одновремен% но двух поковок. По значению коэффициента под% катки выбирают закрытый подкатной ручей. В предварительно%заготови% тельном ручье необходимо предусмот% реть рассекатель сложной в плане формы. Штамповку проводят из заго% товки диаметром 48 мм и длиной 230 мм, рассчитанной на две поковки на молоте с массой падающих частей 2000 кг. 6 % я п о д г р у п п а. Пример. Ти% пичными представителями поковок комбинированной конфигурации яв% ляются коленчатые валы с развитым фланцем (рис. 68). Обычно фланец получают высадкой на ГКМ бобыш% ки после штамповки поковки на мо% лоте и обрезки облоя на прессе. К этой же группе поковок относятся коленчатые валы, оси шатунных и коренных шеек, которые расположе% ны в разных плоскостях и которые (особенно при наличии противове% сов) подвергают выкрутке на специ% альной выкрутной машине после штамповки на молоте и обрезки об% лоя на прессе. 174 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Рис. 67. Молотовой штамп (а) и горячая поковка (б) вилки включения блокировки дифференциала: 1 — нижний штамп; 2 — верхний штамп Штамповку сложных коленчатых валов осуществляют, как правило, на агрегате, состоящем из несколь% ких штамповочных машин или ли% ний. Для таких поковок (см. рис. 68) рекомендуется применять поэле% ментный метод расчета переходов штамповки и размеров исходной за% готовки. В конфигурации поковок этого вида выделяют три элемента: передний участок с фланцем L1 , средний коленчатый участок L 2 и хвостовую часть L 3 . Первый участок с фланцем в зави% симости от формы и размеров фланца может быть обработан только в моло% товом штампе или высадкой элемента молотовой поковки на ГКМ. При оп% ределении необходимых переходов и размеров исходной заготовки участок с фланцем считают элементом с изо% гнутой осью. Хвостовая часть L 3 содержит обычно утоненный элемент, требую% щий или применения какой%либо за% готовительной операции (например, протяжки хвостовой части при под% катке), или устройства в молотовом штампе на этом участке увеличен% ной облойной канавки для размеще% ния возможного избытка металла (см. рис. 68, б). Определив переходы и размеры за% готовки на отдельных участках, уста% ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ 175 Рис. 68. Штамповка коленчатого вала: а — поковка; б — молотовой штамп; 1 — бобышка под фланец; 2 — контур гибочного ручья; 3 — линия мостика облоя верхнего штампа (выполняют по контуру фигуры); 4 — сечение круг% лой заготовки; 5 — расплющенный металл; ВШ — верхний штамп; НШ — нижний штамп 176 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ навливают необходимые переходы и размеры исходной заготовки для по% ковки в целом. Молотовой штамп для штамповки коленчатого вала показан на рис. 68, б. Штамповку проводят из исходной за% готовки диаметром 95 мм и длиной 1030 мм в двух ручьях (гибочном и окончательном), масса поковки 46 кг, заготовки — 57 кг. После штамповки на молоте и обрезки облоя выполняют высадку фланца на горизонтально%ко% вочной машине. Поковки II группы, штампуемые вдоль оси заготовки (штамповка осадкой в то, рец). 1 % я п о д г р у п п а. Пример 1. Черте% жи поковки шестерни и поковки для изготовления штампа приведены на рис. 69 и 70. Основные параметры поковки: Dп = 216 + 2×3 = 222 мм; Рп = 696 мм; Vп = 1,4×106 мм3; Gп = 11 кг. Размеры облоя: ho = 0,015×222 = = 3,33 мм. Выбираем облойную канавку I ти% па (см. рис. 16) и номеров 7 п. 2 (см. табл. 7) с параметрами: ho = 4 мм; b = 14 мм; b1 = 38 мм; S об.к = 344 мм2. Тогда по формуле (11) с учетом заме% чаний к этой форм уле для поковок II группы с массой более 5 кг (Gп = 11 кг) и для канавки № 2 имеем Рис. 69. Чертеж поковки шестерни Рис. 70. Чертеж поковки шестерни для изготовления штампа ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ Рис. 71. Молотовой штамп для поковки шестерни 177 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 178 x = 0,6 (см. табл. 8) или V о = = 0,6×344×696×1,15 = 165 000 мм3. Размеры заготовки: V п.о = V п + V о = = 1 400 000 + 165 000 = 1 565 000 мм3 и с учетом угара V зг¢ = 1,02×1 565 000 = = 1 595 000 мм3. Для облегчения отрезки заготовки принимают большее значение коэф% фициента m при определении ее диа% метра по формуле (44): m= L зг = 2,5. D зг По формуле (45) ¢ = 1,08 3 D зг 1 595 000 = 93 мм . 2,5 Выбираем заготовку диаметром 100 мм (D зг = 100 мм). Тогда длина заготовки L зг = 1 595 000 p ×100 2 4 = 203 мм . Выбор переходов штамповки: для штамповки поковки следует приме% нить площадку для осадки и оконча% тельный ручей. Рис. 72. Молотовой штамп (а) и горячая поковка (б) шестерни: ВШ — верхний штамп; НШ — нижний штамп ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ОТКРЫТЫХ ШТАМПАХ Конструирование площадки для осадки и определение размеров штам% повых кубиков: чтобы избежать обра% зования зажимов, желательно заготов% ку осадить — получить лепешку диа% метром 160 мм, которая перекрывала бы выступ. Поэтому задаемся разме% ром d = 160 мм, определяем при по% строении а = 560 мм, b¢ = 450 мм (см. табл. 14, п. 22). Чертеж штампа приведен на рис. 71. Пример 2. В открытом штампе для поковки шестерни поковку (рис. 72, а, б) штампуют на пло% щадке для осадки и в окончатель% 179 ном ручье. В штампе предусматри% вают кольцевой замок и облойную канавку IV типа (см. рис. 16), бла% годаря которой снижается расход металла на облой. Площадка для осадки выполнена с волнистыми рифлениями, позволяющими сбить окалину с торцов заготовки при осадке и получить осадку с мень% шей бочкообразностью, чем на площадке без рифлений. Штампов% ку ведут на молоте с мас сой па% дающих частей 2000 кг. 2 % я п о д г р у п п а. Пример. На рис. 73 приведен чертеж поковки кре% стовины и молотового штампа. Так Рис. 73. Молотовой штамп (а) и горячая поковка (б) крестовины: ВШ — верхний штамп; НШ — нижний штамп 180 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Рис. 74. Молотовой штамп (а) и горячая поковка (б) оси переднего колеса трактора как поковка небольших размеров, то применяют многоштучную штампов% ку (на две поковки), что приводит к увеличению производительности и экономии металла из%за хорошего вза% имного расположения деталей. По% ковку приводят к поковкам I группы 1%й подгруппы. По значению коэффициента под% катки выбирают закрытый подкатной ручей, а по наличию отростков боль% шой длины — предварительно%загото% вительный ручей. Штамповку выпол% няют на молоте с массой падающих частей 2500 кг. 3 % я п о д г р у п п а. Пример 1. При изготовлении поковки оси передне% го колеса трактора (рис. 74, б) из%за большого объема фланца и простой его формы применяют в качестве заготовительного ручья один специ% альный протяжной ручей (см. табл. 14, п. 25), расчет которого аналогичен расчету, приведенному в примере 1 для поковок I группы 3%й подгруппы (см. рис. 61). В штампе (рис. 74, а) предусмотрен кольцевой замок. Особенность штампа — на% личие нижнего рычажного выталки% вателя. Штамповку проводят на мо% лоте с массой падающих частей 4000 кг. Пример 2. Для поковки типа стерж% ня с несимметричным фигурным фланцем (рис. 75, б) при протяжке части заготовки на меньший диаметр применяют специальный протяжной ручей, а для смещения объема ме% талла фланца относительно стерж% ня — гибочный ручей. В штампе ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ЗАКРЫТЫХ ШТАМПАХ 181 Рис. 75. Молотовой штамп (а) и горячая поковка (б) типа стержня с несимметричным фланцем: 1 — верхний штамп; 2 — нижний штамп; 3 — пластина; 4 — рычаг; 5 — выталкиватель (рис. 75, а) имеется нижний рычаж% ный выталкиватель. Штамповку вы% полняют на молоте с массой падаю% щих частей 630 кг. 17. ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ЗАКРЫТЫХ ШТАМПАХ Поковки II группы, штампуемые вдоль оси заготовки (штамповка осадкой в то, рец). 1%я подгруппа (поковки к р у г л ы е в п л а н е ). Пример 1. Спро% ектировать штамп и выбрать оборудо% вание для штамповки поковки зубча% того венца (рис. 76, б). Материал по% ковки — сталь 18ХГТ. Основные параметры поковки: диаметр D п = 221 мм; площадь проекции F п = 55,4·103 мм2; объем V п = 1,370·106 мм3; масса G п = 10,75 кг. Основные размеры заготовки опре% деляют по объему поковки с учетом 3 % угара (двукратный нагрев заготов% ки в мазутной печи): V зг = 1,03·1,370·106 = = 1,410·106 мм3. Выбирают значение коэффициента m при определении диаметра прутка по формуле (44): m= L зг = 2,0. D зг 182 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ЗАКРЫТЫХ ШТАМПАХ По формуле (45): D зг = 1,08 × 3 = 1,08 × 3 V зг = m 1,410 ×10 6 = 96,2 мм. 2,0 Выбирают пруток диаметром 100 мм, т.е. D зг = 100 мм. Тогда окончательная длина заготовки L зг = 179 мм. Переходы штамповки. Для повы% шения стойкости штампа на первом переходе осуществляют осадку исход% ной заготовки в безоблойном ручье до расчетных размеров (рис. 76, а), с целью распределения материала по сечению, создания базы для фикса% ции ее в окончательном ручье (по диаметру 85 мм) и получения требуе% мой высоты. На первом переходе за% готовка центрируется в выемке диа% метром 101 мм. Окончательную штам% повку проводят также в безоблойном ручье. Конструирование ручьев и определение размеров штамповых кубиков. Для упро% щения и удешевления процесса изго% товления штампа рационально осадку и окончательную штамповку проводить на разном оборудовании. Для одноручьевого осадочного штампа, на котором заготовку оса% живают до диаметра 219 мм, выбира% ют кубик с размерами зеркала 450´ ´450 мм. Конструкция осадочного ручья приведена на рис. 76, в. Для одноручьевого окончательного штам% па выбирают кубик с размерами зер% кала 500´500 мм. Конструкция окон% чательного ручья приведена на рис. 76, г. Масса падающих частей молота 2000 кг. Пример 2. Изготовление поковки втулки (рис. 77, а), штампуемой в два перехода. Для центрирования заготовки в окончательном ручье в левом углу 183 штампа (рис. 77, б) предусматрива% ется предварительный ручей, в ко% тором заготовка осаживается с об% разованием центральной впадины. По этой впа дине заготовка фикси% руется в штамповочном ручье. При% меняют штамп с двойным (двухсту% пенчатым) замком, что обеспечива% ет более высокую стойкость нижней части штампа. Пример 3. Изготовление поков% ки шестерни бортового редуктора (рис. 78, а) массой 42,7 кг, штам% пуемой в два перехода из заготовки диаметром 140 мм. Материал по% ковки — сталь 18ХГТ. На первом переходе заготовку оса% живают на лицевой поверхности угла штампа до диаметра 150 мм. Фикса% цию заготовки в окончательном ру% чье (рис. 78, б) производят по коль% цевому выступу нижнего штампа, имеющему диаметр, равный диаметру средней полости верхнего штампа. Сменные вставки окончательного ру% чья упрощают его изготовление и уд% линяют срок эксплуатации. Конст% рукция штампа с контрзамком облег% чает укладку тяжеловесной заготовки в ручей штампа. Пример 4. Изготовление грибовид% ной поковки (рис. 79, а) массой 1,9 кг, штампуемой в два перехода из заго% товки Æ55´105 мм на молоте с массой падающих частей 1000 кг. Материал поковки — сталь 40. Штамп имеет подкатной и окон% чательный ручьи (рис. 79, б). Окон% чательный ручей в нижней половине штампа выполнен в быстросъемной вставке, закрепленной в кубике с помощью двух упорных болтов. Ниж% няя половина штампа предназначена для работы в паре с разными встав% ками (для разных, но близких по размерам поковок) и соответственно с разными верхними половинами штампа. 184 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Рис. 77. Чертеж поковки втулки (а) и закрытого молотового штампа (б) ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ЗАКРЫТЫХ ШТАМПАХ 185 186 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Рис. 79. Чертеж горячей грибовидной поковки (а) и закрытого молотового штампа (б) Для удаления грибовидных, болто% образных и других поковок, имеющих удлиненный стержень, используют выталкиватель, приводимый в дейст% вие с помощью пневмоцилиндра и ры% чага. Для удаления окалины из ниж% ней полости штампа на головке вытал% кивателя предусмотрены четыре про% дольных канавки. 3%я подгруппа (поковки т и п а с т е р ж н я с ф л а н ц е м ). При мер 1. Поковку вала%муфты сцепления ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ЗАКРЫТЫХ ШТАМПАХ 187 Рис. 79. Окончание (рис. 80, а) штампуют за три перехода в протяжном закрытом, подкатном и окончательном безоблойном ручьях (рис. 80, б). Естественным компенса% тором неточности объема заготовки служит полость ручья, в которой раз% мещается стержень поковки. Вместо заготовительных ручьев для получе% ния стержневой части поковки может быть применена вальцовка. Поковку вала%муфты сцепления массой 24,5 кг штампуют из заготовки 188 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ Рис. 80. Чертеж поковки вала,муфты сцепления (а) и трехручьевого молотового штампа (б) ПРИМЕРЫ ШТАМПОВКИ В ЗАКРЫТЫХ ШТАМПАХ 189 190 Глава 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ диаметром 105 мм на молоте с массой падающих частей 5000 кг. Пример 2. Поковку клапана массой 8,3 кг штампуют в два перехода на моло% те с массой падающих частей 3000 кг из заготовки Æ95´150 мм [1]. Материал поковки — сталь 50. Чертеж горячей по% ковки для изготовления штампа приве% ден на рис. 81, а. Штамп (рис. 81, б) имеет специальный осадочный ручей и окончательный закрытый ручей. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Бабенко В.А., Бойцов В.В., Во, лик Ю.П. Объемная штамповка: Атлас схем и типовых конструкций штам% пов. М.: Машиностроение, 1982. 104 с. Глава 4 ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ ПРЕССАХ 1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ШТАМПОВКИ НА КРИВОШИП, НЫХ ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ ПРЕССАХ Кривошипные горячештамповоч% ные прессы (КГШП) применяют для выполнения операций горячей штам% повки, требующих необходимой жест% кости конструкций в соответствии с требованиями к точности поковок. Применение КГШП эффективно в крупносерийном и массовом произ% водстве поковок при использовании в сочетании с ковочными вальцами (периодическим прокатом), индукци% онными нагревателями, средствами ав% томатизации. Современное штампо% вочное производство автомобильных заводов (ВАЗ, КамАЗ) базируется на использовании КГШП, в том числе ос% нащенных средствами автоматизации. КГШП имеет ряд технологических и эксплуатационных преимуществ по сравнению со штамповкой на молотах: 1. Выше точность поковок по высоте из%за постоянства хода пресса, а сдвиг поковок в плоскости разъема штампов предотвращается путем надежного на% правления ползуна и точного совпаде% ния верхней и нижней частей штампа за счет направляющих колонок и втулок. 2. Экономия металла и сокращение последующей обработки поковок ре% занием из%за уменьшения штамповоч% ных уклонов и припусков, так как по% ковки удаляют из штампов верхними и нижними выталкивателями. 3. Более высокая производитель% ность (в среднем в 1,4 раза, а при штамповке поковок шестерен — в 2 раза), так как деформация в каждом ручье штампа на КГШП происходит за один ход, а на молоте — за несколько ударов. 4. При штамповке на КГШП мож% но применять автоматические пере% кладчики заготовок по ручьям штам% пов и полностью автоматизировать процесс штамповки. 5. Более спокойный, безударный характер работы, меньше шума, виб% раций и сотрясений почвы, что спо% собствует улучшению условий труда и позволяет устанавливать КГШП в зда% ниях облегченной конструкции. 6. КПД пресса в 2–4 раза выше, чем у молота. 7. Надежность КГШП выше, чем у молотов, штоки которых часто и не% предвиденно ломаются. 8. Работа на прессах более простая, не требуется регулирование энергии уд ара. Недостатками штамповки на КГШП по сравнению с молотами являются сле дующие: 1. Меньшая универсальность, из%за жесткого хода ползуна при штамповке на КГШП не применяют протяжку и подкатку заготовок. 2. Необходимость очистки загото% вок от окалины перед штамповкой, так как деформация проходит за один ход пресса и окалина может быть за% штампована в тело поковки. 3. Ввиду худшего заполнения по% лостей при штамповке на КГШП тре% буется большее количество ручьев, чем при штамповке на молотах. 4. Более сложные конструкции штампов и большая трудоемкость их регулировки. 192 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ 5. Стоимость КГШП в 3–4 раза вы% ше, чем стоимость эквивалентного по мощности молота. 6. Возможность заклинивания и поломки прессов при крайнем ниж% нем положении ползуна в случае пере% грузки из%за недопустимых отклоне% ний температуры или объема загото% вок от их нормальных значений. 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОКОВОК Поковки, штампуемые на КГШП, подразделяют: Груп% па – в зависимости от характера те чения металла при штамповке на два класса: класс поковок, получаемых с преобладанием процесса осадки, и класс поковок, получаемых с преобла% данием процесса выдавливания; – в зависимости от конфигурации и сложности изготовления на пять основ% ных групп, в каждой из которых выде% ляют по три подгруппы (рис. 1) с соот% ветствующей технологией изготовле% ния поковок. I группа — поковки круглые или квадратные в плане и близкие к этой Подгруппа 1 2 I II III IV V Рис. 1. Классификация поковок, штампуемых на КГШП 3 КЛАССИФИКАЦИЯ ПОКОВОК форме, поковки типа шестерен, флан% цев, втулок, ступиц, штампуемые осадкой в торец или осадкой с незна% чительным выдавливанием. Поковки 1%й подгруппы штампуют за один пе% реход (окончательный ручей), 2%й и 3%й подгрупп — соответственно за два и три перехода с применением пло% щадки для осадки и (или) заготови% тельно%подготовительного ручья. Штамповку осуществляют в откры% тых и закрытых штампах. Заготовки, как правило, укладывают в ручей вер% тикально (на торец), но если разница между высотой и диаметром заготовки незначительна (до 1,5 : 1), заготовки можно укладывать горизонтально. II группа — поковки удлиненной формы типа тяг, проушин, валиков с небольшой разницей в площадях по% перечных сечений вдоль оси. Штам% повку осуществляют, как правило, без предварительной подготовки загото% вок. Поковки 1%й подгруппы штампу% ют за один переход, 2%й подгруппы — за два. В поковках 3%й подгруппы раз% ницу поперечных сечений уменьшают за счет спаривания поковок и штам% повку осуществляют за три перехода. При этом для подготовки заготовок достаточно лишь пережимного ручья. III группа — поковки удлиненной формы типа рычагов, шатунов, колен% чатых валов со значительной разницей в площадях поперечных сечений вдоль оси. Для изготовления этих поковок необходимы заготовки, предваритель% но подготовленные высадкой на ГКМ или выдавливанием (1%я подгруппа), вальцовкой на ковочных вальцах, ста% нах поперечно%клиновой прокатки или на другом аналогичном оборудо% вании (2%я подгруппа) и комбиниро% ванными процессами (3%я подгруппа). Металл для отростков поковки может быть набран при местном выдавлива% нии в предварительно%заготовитель% ном ручье. При штамповке поковок с 193 развилинами в предварительном ручье применяют рассекатели. IV группа — поковки с изогнутой осью. При изготовлении поковок 1%й подгруппы применяют штампы с зам% ком; 2%й подгруппы — гибочные ру% чьи; 3%й подгруппы — штампы с зам% ком и гибочными ручьями. При штам% повке особо сложных поковок с изо% гнутой осью заготовки часто получают на отдельном оборудовании, а в штам% пах помимо гибочных применяют все виды других ручьев, в том числе и рас% секатели. V группа — поковки, изготовляемые выдавливанием в цельных и разъемных матрицах как в направлении, парал% лельном оси поковки, так и перпенди% кулярном. У поковок типа стержня с утолщением (1%я подгруппа) стержне% вые элементы получают выдавливани% ем металла в направлении оси поковки (прямым выдавливанием), а отдельные выступы — обратным выдавливанием (закрытой прошивкой). У поковок с утолщениями или отростками (2%я подгруппа) выдавливание металла про% исходит в направлениях, перпендику% лярных к оси поковки, причем выдав% ливание может быть и комбинирован% ным, т.е. наряду с поперечным выдав% ливанием выполняют прямое. У поко% вок с глухой или сквозной полостью (3%я подгруппа) полые элементы обра% зуются выдавливанием металла в замк% нутую кольцевую полость (заготовки могут быть сплошными, с отверстиями и из труб); при изготовлении поковок с полостями или выступами с двух сто% рон применяют разъемные матрицы и двустороннее движение пуансонов. Некоторые поковки в зависимости от варианта штамповки можно отнести к различным группам, например, по% ковки сателлита, штампуемые по одной штуке, относят к I группе, 1%й подгруп% пе (рис. 2, а), а поковки, штампуемые из длинной заготовки по 3…6 штук — 194 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ Рис. 2. Способы штамповки поковки сателлита: а — по одной поковке; б — поковки соедине% ны в цепочку Рис. 3. Способы штамповки фланцевой втулки (а): б — высадкой; в — выдавливанием ко II группе, 1%й подгруппе (рис. 2, б); по% ковку типа фланцевой втулки (рис. 3, а) можно получить высадкой (рис. 3, б) соответствующего участка заготовки диаметром d (I группа поковок) или же выдавливанием (рис. 3, в) стержня из заготовки диаметром D (V группа). При многоштучной штамповке мелкие по% ковки могут также располагаться по не% сколько штук в одной заготовке. 3. ИСХОДНЫЕ ЗАГОТОВКИ При штамповке на КГШП приме% няют: сортовой прокат — для поковок всех групп (см. рис. 1); профилиро% ванные заготовки — для поковок III и иногда IV группы; калиброванные за% готовки — для точной штамповки в за% крытых штампах; трубы — для поковок V группы 3%й подгруппы. В соответствии с ГОСТ 2590–88 кривизна поставляемых на заводы прутков не должна превышать 5 мм на 1 м длины. Заготовки, нарезаемые из сортово% го проката для штамповки осадкой в торец, должны иметь качественные торцы. Торцовые заусенцы на такой заготовке не допускаются, смятие на торцах не более 3,5 мм. Если при от% резке получаются вырывы или боль% шие заусенцы, то поверхность торцов должна быть зачищена. Профилированные заготовки (см. гл. 9) получают: – на станах периодической прокат% ки металлургических заводов при зака% зе, обеспечивающем монтажную норму непрерывной работы прокатного ста% на, и если экономия металла при штам% повке превышает расходы на прокатку заготовок; – на станах поперечной, попереч% но%клиновой и поперечно%винтовой прокатки, устанавливаемых в кузнеч% ных или заготовительных цехах заво% да, или на металлургических заводах; – подготовкой на ковочных валь% цах (см. гл. 9); – высадкой на ГКМ; – подготовкой заготовок на ковоч% ных и штамповочных молотах и на ра% диально%ковочных машинах. Вместо проката применяют прутки, полученные непрерывной разливкой стали, но использование таких прут% ков требует проведения предваритель% ных исследований качества штампуе% мых из них поковок. Профилирование заготовок на ко% вочных вальцах или на станах, устанав% ливаемых в линию с прессом, позволяет осуществлять штамповку с одного на% грева. Температура нагрева в этом слу% чае должна быть максимально до пусти% мой. Для заготовок диаметром до 60 мм падение температуры в вальцах состав% ляет около 50 °С. Перед вальцовкой с заготовки удаляют окалину, чтобы из% бежать ее вдавливание в металл и пре% РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ дотвратить быстрый износ штампов. Окалина хорошо удаляется с заготовки в процессе деформирования при всех видах поперечной прокатки. Правильно профилированная заготовка позволяет снизить число переходов штамповки и уменьшить отход металла. Методы поперечной прокатки, осо% бенно поперечно%винтовой прокатки, находят широкое применение для по% лучения точных по массе заготовок, используемых при штамповке на прес% сах в закрытых штампах. 4. РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ Чертеж поковки составляют по чер% тежу детали. От правильной разработ% ки чертежа поковки зависит возмож% ность ее рационального изготовления. Для поковок, штампуемых в откры% тых штампах с преобладанием процес% са осадки, выбор плоскости разъема, построение расчетной заготовки и эпюры сечений, определение размеров заготовки, наметки отверстий и пере% мычек под пробивку, радиусов закруг% лений, конструирование замков и со% ставление чертежа поковки производят по тем же правилам, что и при штам% повке на молотах (см. гл. 3). Припуски на обработку резанием и допуски на размеры поковок, штамповочные ук% лоны, профиль канавки для облоя и ос% новные размеры ручьев отличаются от принятых при штамповке на молотах. При штамповке поковок на КГШП припуски и допуски назначают в соот% ветствии с ГОСТ 7505–89 (см. гл. 1) по первой или второй группе точности в зависимости от предъявляемых к по% ковке требований с учетом серийности производства и последующей обработ% ки резанием. При штамповке выдавливанием при% пуски обычно устанавливают только для шлифования. Наличие выталкива% 195 телей поковок из ручьев штампов по% зволяет уменьшить штамповочные ук% лоны по сравнению с поковками, штампуемыми на молотах. Это целе% сообразно в первую очередь делать для поковок с высокими ребрами, стенка% ми, толстыми фланцами, так как в ре% зультате значительно снижается масса поковки. Однако для низких поковок уменьшение штамповочных уклонов существенно не влияет на экономию металла, и штамповочные уклоны принимают равными 5…7°. Допусти% мые значения уклонов при штамповке выдавливанием приведены в табл. 1. 1. Штамповочные уклоны при выдавливании Уклоны, …° h b наружные внутренние До 1 1 1,5 Св. 1 до 3 2 3 »3»5 3 5 П р и м е ч а н и е. h — глубина полости ручья в штампе; b — соответствующая ширина. При штамповке на КГШП получают поковки, более близкие по форме к го% товой детали, более точные по разме% рам, чем при штамповке на молотах (рис. 4). Наличие выталкивателей по% Рис. 4. Пример поковок одной и той же детали, отштампованных на молоте (а) и на КГШП (б) 196 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ процесса производят так же, как и при штамповке на молотах (см. гл. 3). Объем заготовки подсчитывают по формуле V зг = V п + V уг + V о , Рис. 5. Линия разъема поковок при штамповке на молотах (а и в) и на КГШП (б и г) зволяет штамповать на КГШП поковки удлиненной формы осадкой в торец (рис. 5). При этом линия разъема может быть принята более простой и может ус% танавливаться по верхней наружной по% верхности поковки. В результате упро% щается конструкция поковки, снижает% ся ее масса и уменьшается облой, а так% же упрощаются конструкции основного и обрезного штампов. 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА Штамповка осаживанием в откры% тых штампах. Выбор линии разъема, составление эпюры диаметров и сече% ний, определение размеров расчетной и исходной заготовки, составление чертежа поковки, определение напус% ков, проектирование ручьев, выбор радиусов закруглений, соотношения размеров предварительного и оконча% тельного ручьев, конструирование замков, литниковых канавок и выемок под клещевину (при необходимости), составление карты технологического (1) где V п — объем поковки; V уг — потери на угар, при окислительном нагреве в пламенных печах они составляют 2 % от объема поковки, для безокислительного нагрева при образовании окалины на пути заготовки от нагревателя к прессу потери на угар могут быть приняты рав% ными 0,7…0,8 %; V о — объем облоя. Объем облоя при штамповке на КГШП из%за отсутствия в штампе прес% са магазина нормированной ширины определяют иначе, чем при штамповке на молотах, используя формулу V о = V мост + V маг = p(bh o + hB); (2) где V мост — объем мостика облоя; V маг — объем металла в магазине облоя; p — периметр поковки, мм; b — шири% на мостика, мм; h о — толщина мости% ка, мм; h о — средняя толщина облоя по магазину, мм, берется равной 2h о ; B — ширина облоя в магазине, мм. Значения h о и b определяют по табл. 2. Для поковок массой до 0,5 кг принимают B = 10 мм, массой до 2 кг — В = 15 мм, при массе более 2 кг — B = 20 мм. Если поковки имеют слож% ную форму, а облой образуется в пред% варительном штамповочном ручье — значение B удваивают. В табл. 2 приведены размеры об% лойных канавок в зависимости от си% лы пресса (рис. 6), а также значения радиусов закругления кромок фигуры ручья в зависимости от глубины H полости фигуры. Если глубины H полости фигуры в различных ее частях отличаются мало, то радиус закругления кромки выбирают по средней глубине; если же есть участки со значительной РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 197 2. Размеры, мм, облойных канавок штампов КГШП (см. рис. 6) Сила пресса, МН hо a b h1 R1 6,3 1…1,5 0,6…1,0 4…5 5 15 10 1,5…2,0 1,0…1,5 4…6 6 15 16 2,0…2,5 1,2…1,6 5…6 6 20 20 2,5…3,0 1,4…1,8 6 6…8 20 25 2,5…3,0 1,6…2,0 6 6…8 20 31,5…40 3,5…4,0 2,0…2,5 6…8 8 25 50…63 4,5…5,0 3,0…3,5 8…12 9…12 30 H 1…3 3…8 8…20 20…30 30…60 60…80 Св. 80 r 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 3,5…4,0 5…6 разницей глубин, то радиусы закругления кромок фигуры мо% гут быть различными, и эти участки оговариваются на чер% теже штампа особо. Из приведенных на рис. 6 че% тырех типов канавок наиболее распространен тип I. Магазин такой канавки полностью от% крыт с одной стороны, а мостик канавки для увеличения стойко% сти располагают в верхней части штампа, где он меньше прогре% вается. В этом случае облой в магазине изгибается вверх и при последующей обрезке поковка с облоем хорошо укладывается в обрезную матрицу. При обрезке облоя с предварительным разво% ротом поковки мостик делают в нижнем штампе. Тип II — магазин канавки по% лузакрыт. Такие канавки приме% няют для уменьшения обработки резанием, если кромка ручья от% делена от края вставки. Тип III — с двусторонним открытым магазином. Исполь% зуют на участках ручья с избы% точным выдавливанием металла в облой. Тип IV — канавка представля% ет собой гладкий зазор. Приме% Рис. 6. Типы облойных канавок 198 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ няют во вставках, предназначенных для горячей калибровки в тех случаях, когда объем облоя небольшой. Вычерчивание эпюры диаметров и сечений позволяет определить, к какой подгруппе отнести поковку и выявить условия подготовки заготовки к штам% повке. Для спаренных и многоштучных поковок вычерчивают общую эпюру для определения профиля заготовки, подготавливаемой на других агрегатах. В заготовке должно быть такое же распределение металла по длине, как и в готовой поковке (с учетом облоя), хотя при штамповке металл и перетекает в направлении длины. Это объясняется тем, что абсолютный обжим по длине будет различным в разных сечениях (из%за различных высот) и деформиро% вание прежде всего начнется на участ% ках с большим абсолютным обжимом. Металл из этих участков будет перете% кать в соседние по длине участки, где обжим меньше или еще не начался. При обжиме тонких участков поковки из%за меньшей конечной высоты (толщины) этих участков относительный обжим (при одном и том же абсолютном обжи% ме) будет большим, и металл потечет в направлении длины из зоны тонких участков в зону толстых участков, т.е. в обратном направлении. Это приводит к увеличению износа вставок. Возможность перетекания металла по длине нужно учитывать при проек% тировании штамповочных переходов. Так, площадь сечения в определенном месте поковки можно получить боль% шей, чем она была в исходной заготов% ке, если создать условия для вытесне% ния металла в эту зону из соседних по длине зон, например, с двух сторон за счет усиленного их обжима. В штампах КГШП применяют ручьи (и соответственно переходы): осадоч% ные, пережимные, гибочные, штампо% вочные заготовительно%предваритель% ные, предварительные и окончатель% ные, калибровочные, правочные; в от% дельных случаях — обрезные и прошив% ные, иногда — подкатные. При выборе ручьев и определении расположения поковки в ручье необ% ходимо учитывать, что: – заполнение верхнего и нижнего ручьев практически не зависит от их расположения и не меняется при пе% ремене мест ручьев; однако, учитывая потери тепла при контакте заготовки с поверхностью ручья нижней части штампа, в ряде случаев целесообраз% нее при проектировании предусмот% реть получение выступающих элемен% тов поковки в верхней вставке, что об% легчает также и удаление отштампо% ванной поковки с пресса (поковка поднимается с ползуном пресса и за% тем выталкивается верхним выталки% вателем на подставляемый снизу ло% ток); – в процессе деформирования ме% талл, заполняя полости ручьев штам% па, интенсивно течет в направлении разъема открытого штампа, где тече% нию нет сопротивления, хотя зазор в разъеме и уменьшается постепенно; при этом наблюдается изменение на% правлений течения одних объемов за% готовки относительно других, что мо% жет вести к образованию складок, за% жимов, прострелов; для предотвраще% ния образования складок необходимо в зоне перехода от стенки ручья к пе% ремычке увеличить радиус перехода, а также следить за тем, чтобы на поверх% ности металла не было окалины и за% готовки были равномерно прогреты до требуемой температуры; – основное перемещение металла при деформировании происходит по вертикали, поэтому для хорошего за% полнения высоких выступов поковки рекомендуется в предварительном ру% чье осуществлять набор металла одно% временно с противоположной стороны требуемых выступов, для чего в предва% РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА Рис. 7. Предварительный набор металла для вы, ступов: 1 — контур заготовки в предварительном ру% чье; 2 — труднозаполняемые участки рительном ручье преду сматривают ложные выступы (рис. 7, а), из кото% рых в окончательном ручье металл пе% ремещается в требуемые выступы для их хорошего заполнения (рис. 7, б); – при наличии в поковке плавных переходов металл достаточно хорошо заполняет полости ручья и фигуру по% ковки можно получить при первой штамповке, окончательный ручей в этом случае используют только для от% работки формы; необходимо учиты% вать, что проектирование поковки с плавными переходами, т.е. при значи% тельных напусках, приводит к пере% расходу металла и увеличению обра% ботки резанием; наиболее целесообраз ны плавные переходы в подготови% тельных ручьях; – перемещение металла во внут% ренних полостях проходит без особых затруднений при наличии свободной полости для размещения избыточного металла (магазина); если магазин не предусмотрен, то избыточный металл будет вытесняться в облой при окон% чательной штамповке, его течение будет крайне затрудненным и может послужить причиной образования за% жимов или прострелов, поэтому для свободного выхода металла во внут% ренних полостях ручья штампа необ% ходимы магазины (рис. 8). 199 Рис. 8. Наметка с магазином Технологические процессы штам% повки разрабатывают для различных групп поковок в соответствии с их классификацией. Поковки I группы. Диаметр заготовки выбирают с учетом ее удобной укладки в штамповочном ручье, обеспечения наилучших условий течения металла и отрезки заготовок от прутка. Чем мень% ше диаметр заготовки, тем легче выпол% нить отрезку заготовки от прутка, но наилучшее заполнение ручья штампа будет при диаметре заготовки, близком к наружному диаметру поковки. Заготовки осаживают на плоских ручьях или в специальных формовоч% ных ручьях для обеспечения последую% щей фиксации заготовки в штамповоч% ном ручье. Если диаметр заготовки меньше или равен диаметру полости для формовки, выполняют осажива% ние, если диаметр заготовки больше диаметра полости — осаживание с вы% давливанием. Для поковок с хвостовиком диа% метр заготовки выбирают равным диа% метру полости хвостовика (рис. 9) и формообразование поковки осуществ% Рис. 9. Выбор диаметра заготовки для поковок с хвостовиком 200 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ ляют высадкой, либо диаметр заготов ки принимают значительно большим диаметра полости, чтобы получить хвостовик выдавливанием металла в полость. Если диаметр заготовки не много (на 5…8 мм) больше диаметра основания хвостовика, то при штам повке возможно незаполнение полос ти. Рекомендуются следующие штам повочные переходы при штамповке поковок I группы: – штамповка в одном окончатель ном ручье для поковок простой формы с плавными переходами от сечения к сечению, небольшой разницей в диа метрах заготовки и поковки, без вы ступающих ребер и бобышек (1я под группа) и нагреве заготовок с мини мальной окалиной; – осадка и окончательная штам повка — поковки несложной формы при диаметре заготовки значительно меньшем, чем диаметр поковки (2я подгруппа); – предварительная и окончатель ная штамповка — поковки сложной формы при незначительной разнице в диаметрах заготовки и поковки; – осадка, предварительная и окон чательная штамповка (рис. 10) — по ковки сложной формы при значитель Рис. 10. Переходы штамповки шестерни: I — осадка на пло ской вставке; II — предва рительная штамповка; III — окончательная штамповка ной разнице в диаметрах заготовки и поковки (3я подгруппа); – осадка, фасонирование, предва рительная и окончательная штампов ка — сложные поковки, с глубокими полостями или высокими выступами. При штамповке в торец круглых в плане поковок необходимо вместе с осадкой на плоских вставках выпол нить некоторую формовку торцов в открытых (рис. 11, а) и полузакрытых осадочных ручьях (рис. 11, б). Это по зволяет приблизить форму заготовки к форме штамповочного ручья, обеспе чить центрирование заготовки в пред варительном ручье, а также улучшить его заполнение при уменьшении отхо дов металла в облой. Поковки II–IV групп. При разработке процесса штамповки необходимо учи тывать, что деформация вызывает зна чительно меньшее относительное увели чение размеров по длине заготовки, чем по ее ширине, так как металл в длину те чет значительно меньше, чем в ширину. Для удобной укладки заготовки в ручей ее длина должна быть несколько меньшей или равной длине поковки. Если поковка на концах имеет утол щения (бобышки, головки), то для обеспечения заполнения головок це лесообразно использовать заготовку, длина которой несколько больше дли ны поковки. В этом случае излишек металла по длине перейдет в облой, штамп начнет деформировать металл на концах заготовки, что препятствует дальнейшему вытеканию металла из полости штампа по длине поковки. В результате головка заполняется не за счет увеличения диаметра заготовки, а за счет увеличения ее исходной длины. При осадке между плоскими бой ками продолговатая заготовка прини мает бочкообразную форму, так как у ее торцов обжатый металл течет в ос новном в направлении длины и только часть металла — в направлении шири РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 201 Рис. 11. Открытые (а) и полуза крытые (б) осадочные ручьи ны. В средней же части заготовки весь или почти весь обжатый металл течет в ширину. Исходя из особенностей течения металла, предложены следующие ре комендации: – для получения бобышки, распо ложенной в центральной части поков ки, требуется заготовка меньшего диа метра, чем для штамповки поковок с такими же бобышками, расположен ными у торцов заготовки; – при штамповке двух поковок с бобышками у торцов (II группа, 3я подгруппа) их располагают в ручьях таким образом, чтобы большие бо бышки находились в центре; – если форма поковки такова, что не удается отштамповать ее с малыми отхо дами металла, необходимо проверить, нельзя ли получить хорошее использова ние металла при одновременной штам повке двух или нескольких поковок; – при штамповке цепочкой мелких поковок их следует располагать так, чтобы заготовки на концах суммарной поковки были направлены стороной с меньшей площадью поперечного се чения к концам суммарной поковки; – штамповку поковок с небольшой разницей в сечениях при несложном профиле, отсутствии резко выступаю щих элементов — ребер, бобышек (II группа, 1я подгруппа), можно прово дить в одном окончательном ручье, а при наличии выступов, ребер и ушков — в предварительном и окончательном штамповочных ручьях; для снятия ока лины и обеспечения удобной укладки заготовки используют осадочный ручей. Поковки II группы штампуют с ис пользованием следующих вариантов ручьев: – окончательного; – предварительного и окончатель ного штамповочного; – пережимного или осадочного, предварительного и окончательного штамповочного. Если при спаривании поковок (3я подгруппа) эпюра диаметров показы вает неравномерность распределения сечений в поковке, целесообразнее от казаться от спаривания. Для поковок III группы применяют подготовку заготовки на другом обо рудовании и затем штамповку в пред варительном и окончательном ручьях. При изготовлении поковок с разви линами возможны варианты штампов ки в ручьях: 1) предварительнозаготовительном или предварительном с рассекателем и окончательном штамповочном; 202 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ 2) подготовка на другом оборудова нии, затем штамповка в ручьях пред варительнозаготовительном или пред варительном с рассекателем и оконча тельном штамповочном. При штамповке поковок IV группы в соответствии с эпюрой диаметров воз можны варианты использования ручьев: а) штамповочного с замком; б) гибочного и окончательного штамповочного; в) гибочного, предварительного и окончательного штамповочного; г) предварительная подготовка на другом оборудовании, затем штампов ка в ручьях: гибочном, предваритель ном и окончательном штамповочном. Если необходимо уменьшить сече ние заготовки в местах изгиба, то гибоч ный ручей выполняют с пережимом. При штамповке поковок сложной формы, особенно при наличии значи тельных по сечению выступов, ребер, ушков, бобышек, резких переходов се чений, уже в предварительном ручье вводят облойную канавку. Канавка мо жет быть выполнена с мостиком раз личной толщины и ширины в различ ных сечениях. Общая толщина этого мостика превышает толщину мостика окончательного ручья на 0,5 мм, а ши рину — на 1…2 мм. Штамповка осаживанием в закрытых штампах. Штамповку в закрытых штампах применяют для получения поковок I группы и в редких случаях — поковок II–IV групп несложной фор мы с небольшой разницей в размерах сечений или при хорошо подготовлен ной на другом оборудовании заготовке. Основным условием успешного осуществления штамповки в закрытых штампах является точное соответствие объема заготовки объему поковки. Обычно длину и диаметр заготовки назначают такими, чтобы обеспечить заполнение ручья при минимальном объеме заготовки. Избыток металла в пределах допусков на диаметр и длину заготовки идет на увеличение габарит ных размеров поковки или вытесняет ся в торцовый заусенец. При большем избытке металла возможна поломка штампов и деталей пресса. Излишек металла в заготовках при штамповке в закрытых штампах может быть поглощен за счет увеличения: – в поковках со стержнем — длины стержня, выдавливаемого через очко матрицы, и частично высоты головки за счет упругой деформации пресса; – в поковках типа шестерен и фланцев — высоты поковки и созда ния зазора по высоте выступов; – в поковках типа ободов, втулок и венцов шестерен — частично высоты поковки и, главным образом, толщи ны перемычки (в средней ее части) во внутренней полости поковки, созда нием внутреннего магазина или ком пенсационной полости, образуемой подпружиненным выталкивателем. Если размеры поковок по высоте превышают допустимые, то вводят до полнительную обработку резанием. Уве личение толщины перемычки не влияет на процесс изготовления поковки, так как прошивку перемычки предусматри вают в технологическом процессе. Необ ходима только соответствующая полость в прошивном пуансоне для размещения выступающей части перемычки. Применение заготовок с занижен ным объемом приводит к изготовле нию бракованных поковок, размеры которых меньше допустимых. Для штамповки в закрытых штам пах применяют заготовки: – нарезанные из сортового проката на пилах, прессножницах или прес сах, с допусками на прокат и на раз резку, соответствующими поковкам обычной точности, которые штампу ют в штампах без компенсаторов; – нарезанные из сортового проката с допусками на длину, соответствую РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА щими обычной точности для штампов с компенсаторами; – точные по массе, подготовлен ные на другом оборудовании; – полученные из прутков, рассор тированных по диаметру на несколько групп, или калиброванного проката; – нарезанные из сортового проката на прессножницах в специальном штампе, обеспечивающем отрезку точных по массе заготовок с чистым срезом. Штамповка заготовок обычной точности в штампах без компенсато ров возможна только в том случае, ес ли их диаметр не превышает 30 мм. Колебания объемов таких заготовок составляют не более 3 %, а колебания высоты поковки не превышают допус ков на высоту поковки, установлен ных ГОСТ 7505–89. Поскольку высота поковки увеличивается за счет упру гой деформации пресса, то при штам повке этим способом необходимо: – подсчитать размеры недоштам пованной поковки, полученной из за готовки с максимальными допусками по диаметру и длине; – проверить, соответствует ли мак симальная высота поковки макси мальным допускам, установленным ГОСТ 7505–89; – вычислить увеличение высоты при переходе с расчетной заготовки на заго товку с максимальными допусками; – построить график упругой де формации системы пресс–штамп в за висимости от силы деформирования; – проверить по графику, какой по лучится упругая деформация пресса при штамповке поковки, во избежа ние аварии увеличение высоты поков ки должно составлять не более поло вины величины максимальной упру гой деформации; – проверить прочность штампа при силе, необходимой для штампов ки заготовки с максимальными допус ками по длине и диаметру; 203 – организовать контроль заготовок в цехе, чтобы не допустить подачи к прессу немерных заготовок, макси мальные допуски на размеры которых превышают допуски, установленные и принятые при расчете. Из заготовок, нарезанных из сорто вого проката с обычными допусками на резку, получают качественные поковки в штампах с компенсаторами, обеспечи вающими размещение избытка металла и безопасное течение процесса штам повки при спокойной работе пресса и достаточной стойкости штампов. Ком пенсаторы бывают пружинные, пневма тические и гидравлические. На рис. 12 показаны закрытые штампы с пружин ными компенсаторами. Сила предвари тельного сжатия пакета тарельчатых пружин 1 передается на верхние вытал киватели 2. При нормальном объеме за готовки заполнение полости штампа происходит при неподвижных выталки вателях. Если в заготовке есть избыток металла, давление в полости после ее полного заполнения возрастает и вытал киватели сдвигаются, освобождая место для избытка металла. Обычно делают подпружинненным один выталкиватель, верхний или нижний. На рис. 12, а по казан штамп с верхним кольцевым вы талкивателемкомпенсатором, а на рис. 12, б — с нижним цилиндрическим вы талкивателемкомпенсатором. Однако наличие компенсаторов ус ложняет конструкцию штампов и тре бует точной наладки и регулирования силы пружин компенсаторов. Точные по объему заготовки полу чают: – при использовании калиброван ного проката, получаемого с металлур гических заводов; – калибровкой прутков на волочиль ных станах или протяжных станках; – обточкой на токарных станках; – фрезеровкой торцов заготовки на длину, скорректированную в зависи 204 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ Рис. 12. Закрытый штамп КГШП с подпружиненными выталкивателямикомпенсаторами: 1 — пакет тарельчатых пружин; 2 — верхние выталкиватели; 3 — верхняя плита; 4 — нижняя плита мости от фактического диаметра заго товки; – калибровкой заготовок в штам пах с обрезкой излишнего металла, об разующего облой; – прокаткой шаровой или ролико вой заготовки на станах попереч новинтовой прокатки; – получением литой заготовки; – редуцированием на радиаль ноковочных машинах; – вырубкой заготовок из листа. Проведение этих операций удоро жает производство поковок, а исполь зование для штамповки литой заго товки не всегда обеспечивает требуе мое качество поковок. Наиболее рационально при штам повке в закрытых штампах применять дозированные заготовки, полученные на станах поперечной прокатки, либо точной отрезкой в специальных штам пах с жесткими допусками по массе заготовок. Если штамповку выполня ют из точной по массе заготовки, то допуск на размер по высоте поковки можно снизить на 25…30 % по сравне нию с установленным ГОСТ 7505–89. Штамповочные уклоны назначают: по наружному диаметру 0,5…3°; по внутреннему диаметру в зависимости от глубины полости 2…7°. Радиусы переходов выбирают так же, как и для ручьев открытых штампов. Торцовой заусенец, образующийся в заготовке при наличии избыточного металла, может при попадании в зазор между пуансоном и матрицей привес ти к заклиниванию штампа. Для пре дотвращения этого рекомендуется на пуансоне протачивать поясок толщи ной 1 мм и высотой 3…4 мм. Облой, заполняющий частично узкую полость пояска, тормозит дальнейшее вытека ние металла в полость между пуансо ном и матрицей, а тем более в зазор между ними и предохраняет от закли нивания. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 205 Диаметр заготовки, помещаемой в штамповочный ручей, принимают на 0,5…2 мм меньше диаметра матрицы. Объем заготовки подсчитывают по формуле V зг = V п + V пм + V з + V уг , (3) где V п — объем поковки; V пм — объем перемычки, потери металла на пере мычку зависят от ее размеров, при на метке с внутренним магазином при нимают 0,6…0,7; V з — объем торцово го заусенца, его определяют из расче та, что толщина заусенца равна 1…3 мм, высота 3…5 мм; V уг — потери на угар, при обычно применяемом безокислительном нагревеV уг = 0, если же при нагреве и по пути от нагревате ля к прессу на заготовке образуется окалина, то ее необходимо очистить, например, в гидроочистной установке или же ввести первый переход — осад ку заготовки. В этом случае объем ме талла, компенсирующий потери на угар V уг , равен 0,7…0,8 % от объема поковки, а при нагреве в пламенных печах — 2 % от объема поковки. При штамповке в закрытых штам пах большое значение имеет точная укладка заготовки по центру нижнего ручья, чему способствует небольшая разница в диаметрах ручья и заготов ки. У заготовок, нарезанных из прут ков меньшего диаметра, необходимый диаметр получают осадкой с таким расчетом, чтобы диаметр заготовки после осадки был на 0,5…2 мм меньше диаметра матрицы. Если полость штамповочного ручья позволяет обес печить точную укладку заготовки по центру, осадку проводят с одновре менной наметкой центрирующего вы ступа в поковке. Переходы штамповки поковок I группы в закрытых штампах осущест вляют по вариантам: осадка и оконча тельная штамповка — для поковок не Рис. 13. Примеры поковок несложной формы, штампуемых в закрытых штампах сложной формы (рис. 13); осадка про стая или фасонная, предварительная и окончательная штамповка — для по ковок сложной формы (рис. 14); в окончательном ручье для излишков металла предусматривают магазин, который при штамповке не должен за полняться полностью. Высоту направляющего участка матрицы выбирают с таким расчетом, чтобы к моменту соприкосновения с заготовкой пуансон входил в матрицу на глубину 3…5 мм. Зазор между пуан соном и матрицей принимают 0,08… 0,1 мм на сторону. Тонкий торцовый заусенец удаляют смятием верхним пружинным съемни ком в прошивном штампе, а толстый — жестким нижним съемником. В пер вом случае смятие происходит при воз действии пружины, во втором — силой пресса. Заусенец может быть также удален в механических цехах на метал лорежущих станках. Применение штамповки в закрытых штампах позволяет повысить точность штамповки, значительно приблизить форму поковки к форме готовой детали, благодаря чему возможна значительная экономия металла (50 % и более), сни жение трудоемкости обработки резани ем. За счет более благоприятного распо ложения волокон при штамповке в за 206 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ Рис. 14. Штамповка шестерни в закрытом штампе в три перехода крытых штампах повышается качество поковок. Примером штамповки в за крытых штампах может служить штам повка шестерен с зубьями. В настоящее время штампуют шестерни: конические с модулем до 7 мм (рис. 15), цилиндри ческие и со спиральным зубом. Для штамповки шестерен с зубом применяют заготовки из сортового про ката с точностью по массе ±1…1,5 %. При составлении чертежа поковки устанавливают следующие припуски на обработку: на общие размеры поко вок (высоту, диаметр ступицы и др.) — по общим правилам штамповки поко вок на КГШП; на обработку зуба — по профилю 0,7…0,9 мм, по высоте 0,4…0,8 мм, по дну впадины 1…1,2 мм; припуск по торцу зуба назначают в пределах общих требований к поков ке, штампуемой на КГШП и проходя щей калибровку; припуск на отвер стие 1…1,5 мм, на эксцентриситет 0,05…0,1 мм. В случае необходимости для обеспечения более простого изго товления мастерштампа припуск по профилю зуба берут неравномерным, с колебанием 0,1…0,15 мм. Длину зубьев увеличивают на 1 мм, чтобы избежать дефектов штамповки. На внешней части торцов зубьев поковки (рис. 15, б) устанавливают напуск толщиной 1,5 мм для обеспече ния при штамповке заполнения углов и поверхностей зубьев и отсутствия де фектов на торцах зуба, выявляемых после обработки резанием. Наметку в отверстии выполняют с повышенной толщиной перемычки (5…13 мм) и располагают ее ближе к широкому основанию зубьев, что обеспечивает лучшее их заполнение. Штамповку шестерен с зубьями проводят по следующим вариантам: 1) осадка, предварительная штам повка без оформления зубьев, оконча тельная штамповка с оформлением зубьев (рис. 16); при этом варианте зу бья оформляются в верхней половине штампа (пуансоном); 2) осадка, предварительная штам повка с оформлением зубьев, оконча РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 207 Рис. 16. Схема штамповки шестерен с оформ лением зубьев в окончательном переходе: а — второй переход; б — третий переход ном переходе более плавных сопряже ний поверхностей зубьев. Поэтому матрицу окончательной штамповки после износа используют, как правило, для предварительной штамповки. Рис. 15. Чертежи детали (а) и поковки шес терни (б) тельная штамповка шестерни с зубья ми (рис. 17); при этом варианте пред варительное оформление зубьев осу ществляют пуансоном, а в третьем пе реходе поковку переворачивают зубья ми вниз и укладывают в матрицу, в ко торой нарезаны зубья; профиль зубьев во втором и третьем переходах отлича ется лишь наличием в предваритель Рис. 17. Схема штамповки шестерни с оформ лением зубьев в предварительном и окончатель ном переходах: I — III — переходы штамповки 208 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ Рис. 18. Схемы выдавливания При штамповке по первому вариан ту упрощается изготовление штампо вочного инструмента второго перехода и повышается его стойкость, однако при этом увеличивается нагрузка на пуансон окончательной штамповки. Для получения поковок повышен ной точности проводят калибровку шестерен при температуре окончания штамповки или после нормализации и очистки поверхности от окалины при 650…680 °C. Процесс калибровки со стоит из предварительной калибров ки, обрезки заусенца и окончательной калибровки. В закрытых штампах используют разъемные и неразъемные матрицы. Штамповка выдавливанием в закры тых штампах получила распростране ние при производстве поковок из ма лопластичных сталей и сплавов, пла стическая деформация которых облег чается в условиях всестороннего не равномерного сжатия. Различают выдавливание: прямое (рис. 18, а и е), обратное (рис. 18, б и в), поперечное (рис. 18, г) и комбини рованное (рис. 18, д ). Как правило, при штамповке поко вок V группы стержень поковки получа ют в ыдавливанием, а головку — осад кой в закрытых или открытых штампах. При выдавливании стержня и осад ке головки в закрытом штампе изли шек металла расходуется на увеличение длины стержня, а головка штампуется без заусенца или же с небольшим тор цовым заусенцем. В отдельных случаях при более сложной форме головки штамповку проводят в открытом штам пе и излишек металла вытекает в щеле вой поперечный заусенец или же в об лой, характерный для штамповки в от крытых штампах. Щелевой заусенец толщиной примерно 1 мм и высотой 4…6 мм предусматривают в поковках небольших размеров и несложных по форме. Запас энергии маховика дол жен быть достаточным, чтобы обеспе чить необходимую работу деформиро вания, которую можно определить по площади диаграммы «Путь–сила». Для поковок, получаемых выдавли ванием, припуски на сторону и допус ки на размеры поковки определяют в зависимости от формы элементов по ковки и их размеров (табл. 3). Радиусы закруглений элементов, получаемых осадкой, назначают так же, как и при штамповке поковок I груп пы; радиусы закруглений элемен тов, получаемых выдавливанием, за висят от конструкции матрицы. Разработка технологии штамповки выдавливанием. Дно матриц, исполь зуемых при выдавливании, выполня ют коническим с заходным углом a = 150°. Для большей гарантии отсут ствия мертвых зон лучше выбирать его равным или менее 120°. При выдавли вании наиболее эффективно примене ние пуансона с коническим торцом с РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 209 3. Припуски и допуски, мм, на поковки, получаемые выдавливанием Элемент поковки Параметр элемента поковки Размер детали Припуск на сторону 5…25 0,2…0,3 25…50 0,3…0,5 20…100 3…5 100…250 5…8 25…50 0,3…0,5 50…150 0,5…0,8 10…50 1…1,5 50…250 1,5…2,5 10…50 0,8…1,0 50…100 1,0…2,5 Допуск на размер поковки +0,3*1 -0,1 Диаметр d +0,5*1 -0,2 Стержень +5,0*2 -0,0 Длина l Диаметр D1 и высота H1 утолщения, получаемо го выдавливанием +10,0*2 -0,0 +0,5 -0,2 +0,7 -0,3 Утолще ние Диаметр D и высота H утолщения, получае мого осаживанием и раздачей металла +1 -0,3 +1,5 -0,5 +0,3 -1,0 Диаметр +0,5 -1,5 Полость 10…50 +0,5 1,0…2,0 -1,5 Глубина 50…150 +0,5 2,0…5,0 -2,0 *1 Минимальные значения припусков и допусков на последующую обработку шлифованием. *2 Минимальные значения допусков. При возможных значительных колебаниях объема исход ной заготовки длину стержневых элементов поковки на чертеже сопровождают надписью «не ме нее» (см. рис. 22). углом 150°; при штамповке сложных головок, если доштамповку головки проводят в следующем ручье, целесо образнее применять плоский пуансон. Относительное обжатие F-f (4) d= 100%, F где F — площадь поперечного сечения матрицы (головки); f — площадь попе речного сечения очка (стержня), изме няющаяся в пределах 15…95 %. Скорость, м/с, истечения металла w= F v, f (5) где v — скорость движения пуансона (м/с), определяемая по графику движе ния ползуна; при выдавливании изме Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ 210 няется от максимального значения в начале рабочего хода до нуля в крайнем нижнем положении. Следовательно, при штамповке выдавливанием на кривошипном прессе скорость истече ния металла будет также переменной с максимальным значением в начале процесса выдавливания, что необходи мо учитывать при определении допус тимой скорости истечения металла. Эта скорость зависит от скорости рек ристаллизации и широты температур ного интервала зоны пластичности. Высоколегированную сталь штампуют при меньших скоростях истечения, чем низколегированную и углеродистую. При неблагоприятном соотношении скоростей деформации и рекристаллиза ции, а также при значительном трении между металлом и стенками матрицы может произойти разрушение металла поковки, выражающееся часто в появле нии на стержне поперечных трещин. Для уменьшения силы выдавливания за готовку нагревают до верхнего предела температурного интервала штамповки. Термомеханический режим штамповки выдавливанием сплошных и полых по ковок устанавливают в соответствии с данными табл. 4. 4. Термомеханические режимы прессования стальных профилей и труб Сталь Изделие Температура Скорость начала прес истечения, сования, °С м/с 35 Трубы 1250…1200 5,5 30ХГС Профили и тр убы 1200…1050 4,5 40ХН То же 1200…1050 4,5 1Х18Н9 Трубы 1150…1050 1,8 В зависимости от формы поковки, выбранного варианта технологическо го процесса и колебаний объема заго товки штамповкой выдавливанием могут быть получены поковки без об Рис. 19. Облой при штамповке выдавливанием: а — торцовый; б — развернутый плоский; в — поперечный с канавкой; г — поперечный с торцовым заусенцем лоя, с торцовым заусенцем, с попе речным облоем и с поперечным обло ем и торцовым заусенцем (рис. 19). Образование торцового заусенца и его величина зависят от средней удельной силы, определяемой при прочих равных условиях коэффици ентом вытяжки: l= F f (6) При малых значениях l металл лег ко выдавливается в стержень и головка может получиться незаполненной; при l < 7,8 выдавливание осуществля ют без торцового заусенца; при 7,8 < l < 15 выдавливание проходит с образованием на поковке торцового заусенца; при l > 15 сила выдавлива РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ния стержня значительно возрастает и торцовый заусенец будет настолько велик, что пуансон заклинивает. В этом случае выдавливание не реко мендуется. Если при сложной форме поковки более целесообразен попе речный облой, то предусматривают специальную облойную канавку. При небольшой головке несложной формы глубина канавки равна 1…2 мм, а ши рина 15…30 мм. При штамповке в два или несколько переходов поковок с головками, имеющими выступающие бобышки, необходимо предусмотреть, чтобы торцовый заусенец, образую щийся при штамповке в закрытом предварительном ручье, был выведен в поперечный облой при окончательной штамповке в открытом ручье. Зазор между пуансоном и матрицей назначают в зависимости от выбран ного технологического процесса и диаметра головки поковки. Для поко вок без торцового заусенца принима ют следующие значения зазора. Диаметр головки поковки, мм . . . . до 60 Зазор, мм . . . . . . 0,05…0,15 60…100 0,3…0,4 Если предусматривают торцовый заусенец, то зазор устанавливают 1,2…1,4 мм на сторону. Осадку заготовок перед штампов кой выдавливанием проводят также для снятия окалины. Иногда при осад ке проводят формоизменение загото вок для более удобной укладки заго товки в штамповочный ручей. КГШП для штамповки выдавлива нием выбирают с учетом того, что при выдавливании необходимы большая штамповая высота (по сравнению с осадкой) и выталкиватель должен иметь увеличенный ход. Необходимо проверить соответст вие силы штамповки допустимой силе пресса на участке хода ползуна в начале выдавливания. 211 Размеры заготовки. Основные по тери металла при штамповке выдавли ванием — потери на торцовый или по перечный заусенец, удлинение стерж ня, заусенец на головке штампуемой в открытом штампе поковки и на окали ну. Для определения объема торцового заусенца принимают его высоту рав ной 3…5 мм, а толщину в зависимости от диаметра головки, мм: до 40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 40…70 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,0 70…100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,5 100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . св. 1,5 Объем поперечного заусенца Vз = p 2 (D з - D п2 )h, 4 (7) где D з — наружный диаметр заусенца; D п — диаметр поковки; h — толщина (высота) заусенца. Потери металла, идущего на удли нение стержня, рассчитывают из усло вия, что длина стержня после штам повки на 15…25 мм больше номиналь ной длины. Размеры заусенца у головки поков ки определяют так же, как размеры об лоя, образующегося при штамповке в открытых штампах. При выборе диаметра заготовки учи тывают, что: – чем меньше диаметр, тем меньше скорость истечения металла и сила штамповки, лучше условия для отрез ки заготовок; – отношение высоты к диаметру заготовки не должно превышать 2,0…2,5; наиболее целесообразно от ношение 1,5…1,8; – заготовка должна удобно, без пе рекосов укладываться в матрицу; с этой целью выбирают диаметр заго товки не более чем на 2…10 мм меньше диаметра матрицы; если по состоянию поверхности нагретой заготовки и ус 212 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ ловиям фиксации в штамповочном ручье необходима осадка, то выбирают заготовку того же объема, но меньше го диаметра и большей высоты. Переходы штамповки. Процесс вы давливания отдельных элементов по ковки и доштамповку головки поковок V группы 1й подгруппы осуществляют в одинтри штамповочных перехода, кроме того, по мере необходимости, проводят осадку. На рис. 20 показаны переходы штамповки поковок поворот ного кулака автомобиля КамАЗ на КГШП с номинальной силой 63 МН. На первом переходе во вставках 1 и 2 выполняют фасонную осадку исходной заготовки диаметром 120 мм и длиной 229 мм. Полученный полуфабрикат Рис. 20. Переходы штамповки и рабочие вставки для поковки поворотного кулачка РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА бочкообразной формы при укладке «на бок» самоцентрируется в ручье нижней вставки 4 второго перехода штамповки. Сложный характер комбинированного выдавливания на втором переходе при водит к образованию торцового заусен ца по разъему вставок 3 и 4. На третьем переходе чистовой штамповки во встав 213 ках 5 и 6 торцовый заусенец располага ется на мостике облойной канавки и выдавливается в облой, составляющий 14 % массы поковки. В один переход можно получать по ковки: – со стержнем и головкой неслож ной формы (рис. 21, а и б), с коэф Рис. 21. Однопереходная штамповка поковок: а — шарового пальца; б — шпильки опоры поперечины; в — со ступенчатым стержнем и полой го ловкой; г — со ступенчатым хвостовиком и большим фланцем; д — типа развилин (вилка кардана) 214 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ фициентом вытяжки l £ 7,5…7,8; за готовка должна быть очищена от ока лины; – со ступенчатым хвостовиком (рис. 21, в), у которого общий коэф фициент вытяжки l = 8…10, но от ношение площади поперечного се чения головки к площади большей ступени стержня меньше 8 и длина меньшей ступени стержня неболь шая; – со ступенчатым хвостовиком и большим фланцем (рис. 21, г); ко эффициент вытяжки l > 8, заусенец может быть торцовый и попереч ный; – типа развилин (рис. 21, д) с не большой разницей в размерах сече ний в стержне и в щеках вилки; для штамповки таких поковок в один пе реход необходимо проверить возмож ность получения развилины из заго товки, диаметр которой равен или несколько меньше диаметра стержня, а затем проверить длину выдавливае мой части заготовки; форма вилки должна быть такова, чтобы в пуансо не не было тонких стенок; для этого на щеках вилки предусматривают пло ские заплечики; щеки вилки получа ют обратным выдавливанием; при менее благоприятных формах поков ки выдавливание выполняют в два и более переходов. Штамповку в два перехода осуще ствляют при большом значении коэф фици ента вытяжки l или сложной форме головки поковки. В первом пе реходе выполняют оформление стерж ня на 65…95 % и предварительное оса живание головки. Во втором ручье проводят доштамповку головки, одно временно окончательно оформляется стержень при его удлинении. Чем сложнее головка и больше сила дош тамповки, тем больше (до 35 %) до полнительное удлинение стержня во втором переходе. При отладке штампа длина выдав ливаемого стержня поковки в первом и втором ручьях может быть отрегули рована с помощью клинового регули ровочного устройства или прокладок и фасонных шайб. Поковки со стержнем ступенчатой формы штампуют выдавливанием так же, как и с цилиндрическим или кони ческим стержнем. Число ступеней на стержне не должно превышать трех. В местах переходов необходимо вводить плавные закругления. Диаметр наи меньшей ступени стержня должен быть не менее 0,2…0,3 диаметра по ковки. В отдельных случаях диаметр заготовки выбирают по диаметру большей ступени стержня, тогда мень шую его ступень можно получить вы давливанием, а головку — осаживани ем. Если поверхность головки неслож ная и имеет круглый контур, доштам повку проводят в закрытом ручье. Ко нические и шарообразные головки доштамповывают в открытом ручье с плоским заусенцем (рис. 22, а). Если же штамповку таких головок осущест вляют в закрытом ручье, то для обес печения прочности пуансона необхо димо вводить на поковке специальный напуск (рис. 22, б), после чего выдав ливание можно выполнить в одном ручье. Прочность пуансона повышает ся, если расположить коническую часть поковки в матрице (рис. 23). Если размеры выступов таковы, что при любом расположении поковки в штампе получается тонкостенный пу ансон, то рекомендуются следующие варианты штамповки: доштамповка в открытом штампе; увеличение диа метра утолщенной части поковки; вве дение бурта, обрезаемого на прессе как заусенец или же снимаемого при обработке поковки резанием. В три перехода штампуют поков ки с головками некруглой и сложной формы. Иногда при этом в качестве РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА Рис. 22. Поковки с конической и шаровидной головками, получаемые в штампах: а — открытом; б — закрытом; 1 — контур пу ансона; 2 — напуск; I, II — переходы; lc — длина стержня промежуточного перехода выполня ют штамповку в открытом штампе аналогично штамповке поковок II группы. При штамповке поковок с отростка ми и поперечным утолщением (V груп пы 2й подгруппы) чаще всего проводят поперечное выдавливание в штампах с разъемными матрицами. Разъем матриц выполняют как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях (рис. 24). При штамповке поковки в штампе с го ризонтальным разъемом центральную часть поковки подвергают осадке, а от ростки — поперечному выдавливанию. Поковку удаляют из штампа нижним выталкивателем. При этом способе 215 Рис. 23. Схемы штамповки поковки со сту пенчатой конической головкой: а — неправильная; б — правильная штамповки в штампе получают обыч ную линию разъема. Для того чтобы облегчить затека ние металла в труднодоступные части поковки, ее следует конструировать с Рис. 24. Схемы штампов с разъемными матрицами: а — горизонтальный разъем; б — вертикаль ный разъем 216 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ плавными переходами к отросткам, без боковых выступов, тормозящих движение металла. Бурты на отрост ках заполняются легче в нижней мат рице. Чаще всего штамповку в разъ емных матрицах осуществляют в один переход. Однако поковки с глу бокой наметкой в центральной части штампуют в два перехода. В первом переходе оформляют поковку и отро стки, во втором ручье делают намет ку полости. Если конструкция поковки тако ва, что не удается обеспечить плав ные сопряжения поверхностей или сгладить углы, то и в этом случае штамповку проводят в два перехода. В первом ручье оформляют поковку с плавными переходами, во втором ручье осуществляют доштамповку поковки. Для поглощения излишка металла заготовки применяют компенсацион ные полости, диаметр которых мень ше диаметра отростков в 1,5–2 раза. Торцовые компенсаторы целесооб разны, если отростки поковки в даль нейшем подвергают обработке реза нием, например, подрезке торцов. Предусматривают также облойные канавки. При двухпереходном процессе на первом переходе намечают компенса торы в отростках, на втором переходе благодаря более точной дозировке ме талла вместо облойной канавки обще го типа применяют щель толщиной 0,8…1,2 мм. Для штамповки поковок с попереч ными утолщениями используют штам пы с вертикальной линией разъема. В штампах с разъемными матрица ми необходимо обеспечить плотное их смыкание перед началом выдавлива ния и достаточное сжатие в процессе деформирования. При штамповке поковок с полос тями (V группа, 3я подгруппа) при меняют прямое и обратное выдавли вание, а также прошивку. В штампах предусматривают ручьи: осадочные, формовочнопрошивные, штампо вочнопрошивные, штамповочные и прошивные. Формовочнопрошив ные ручьи используют для предвари тельной формовки заготовки и ее полости; штамповочнопрошив ные — для окончательного оформле ния поковки и прошивки отверстий; прошивные — для прошивки сквоз ных отверстий. В зависимости от формы поковки выдавливание с прошивкой полостей осуществляют в один–три перехода, не считая осадки. При выдавливании с несквозной прошивкой в первом переходе выполняют осадку заготов ки с образованием нижней полости, используемой для фиксации поков ки. Иногда в этом же переходе оформляют стержневую часть и на метку углубления под выдавливание Рис. 25. Двухпереходная штамповка поковки с глухой полостью: I, II — переходы штамповки РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 217 Рис. 26. Четырехпереходная штамповка поковки с глухой полостью: I — IV — переходы штамповки полости с отверстием. При втором переходе осуществляют окончатель ное оформление стержня прямым выдавливанием и глухого отвер стия — обратным выдавливанием. Если головка имеет сложную форму, то ее окончательную штамповку вы полняют в третьем переходе. Второй и третий переходы в зависимости от формы поковки могут выполняться в открытых или закрытых штампах. Примеры двухпереходной штамповки показаны на рис. 25, а четырехпере ходной штамповки поковки с глухой полостью — на рис. 26. Штамповку поковок со сквозной полостью производят из заготовок: цельных, с прошитой полостью и трубных. Такие поковки можно так же изготовлять с глухой полостью и более длинным стержнем, конец ко торого отре зают в механическом цехе. Штамповку из целой заготовки с прошивкой сквозного отверстия вы полняют с помощью прошивня с ост рым углом и матрицы с углом входа очка 30…60° (рис. 27). При прошивке Рис. 27. Схема двухпереходной штамповки по ковки со сквозным отверстием 218 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ Рис. 28. Схема четырехпереходной (считая осадку) штамповки поковки с наметкой и про шивкой сквозной полости получают полость с неровными, заост ренными краями в хвостовой части. В выталкивателе должен быть преду смотрен канал для удаления высечки. Длина прошивня на 20 мм больше длины инструмента при глубокой про шивке. Если при выдавливании выпол нить двустороннюю глухую прошив ку, причем в нижней стороне на рас стоянии не менее 30…40 мм от дна, то при просечке получают чистую поверхность поковки в хвостовой части (рис. 28). Штамповку из прошитой заготовки или из трубы обычно выполняют в два перехода: выдавливание стержня и штамповку головки. При несложной форме поковки эти переходы совме щают. 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ШТАМПОВКИ Особенностью кинематической схе мы КГШП является жесткая связь между приводом и ползуном. При значительной перегрузке, например вследствие резкого охлаждении тон кого облоя, ползун, не доходя до нижнего положения, останавливает ся и пресс может заклиниться. Рас чет силы штамповки на КГШП не обходимо выполнять с максимально возможной точностью, так как при использовании пресса с недостаточ ной силой может произойти авария, а при выборе пресса по завышенной силе он будет использоваться нера ционально. Силу при штамповке осаживанием в открытых штампах определяют по формулам: – для круглых и квадратных в пла не, а также близких к ним по форме поковок ìæ D ö P = s bt í ç 1,5 + m 0 п ÷ F о + hо ø îè (8) D ö ü æ 2m b + ç 0 - 0,375 + 1,25 ln п ÷ F п ý; hо ø þ è hо – для удлиненных в плане поковок, а также поковок, имеющих в плане форму прямоугольника или близкую к нему, ìæ b ö P = 1,155s bt í ç 1 + m 0 ÷F о + h о ø îè B ср ö ü æ 2m b ÷F п ý. + çç 0 - 0,25 + 1,25 ln h о ÷ø þ è hо (9) В формулах s bt — временное со противление при соответствующих температуре и скорости деформа ции, МПа; m 0 — коэффициент внешнего трения (на мостике об лоя), обычно принимают его макси мальное значение, равное 0,5; b и h о — соответственно ширина и тол щина мостика облоя, мм; F о — пло щадь проекции мостика облоя, мм2; Dп, Bср — соответственно диаметр и ширина поковки, мм; F п — площадь проекции поковки на плоскость разъема, мм2. Формулы (8) и (9) действительны B ср D = 15…65 или п = 15…65. при hо hо ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ШТАМПОВКИ 219 Рис. 29. Схемы инструмента для штамповки выдавливанием Для поковок, близких по форме к круглым и квадратным в плане, при нимают D п = 1,13 F п , (10) среднюю ширину удлиненных по ковок B ср = Fп , Lп ственный радиус закругления угла дна матрицы, мм; H п — высота по ковки, мм; Dп — диаметр поков ки, мм. Силу, необходимую для штампов ки выдавливанием поковок V груп пы (при m = 0,5), определяют в зави симости от их формы. Для поковок, близких по форме к изображенным на рис. 29, а, (11) где L п — максимальный габаритный размер поковки в плане (в направле нии длины), мм. При штамповке в закрытых штам пах éæ 1 2 ö F P = s bt êç + ÷ ln + + 2 sin g 1 cos g ø f ëè (13) 2 L 2l ù + + F; D d úû на рис. 29, б, ìï æ 2 r ö 2 1,5 H п P = s bt 2,07 í ç 1 - 2 ÷ + 1,5 ln + 2 r2 Dп ø ïî è r ö H H2 r æ + 12 2 ç 1 - 2 ÷ - 4,5 п + 1,92 п + Dп Dп Dп è Dп ø + 2 Dп ü + ( H п - r1 - r2 ) - 1,5 ý F п , 6H п D п þ (12) где r1 — радиус закругления поков ки около пуансона, мм; r2 — есте éæ 1 ö F 2 L 2l ù P = s bt êç 1+ ÷ ln + + ú F ; (14) ëè 2 sin g ø f D d û на рис. 29, в, ìæ 1 ö F P = s bt í ç 1 + ÷ ln + ¢ î è 2 sin g ø f (15) æ 1 ö f ¢ 2 L 2l ü ÷÷ ln + + ýF . +çç 1 + D dþ è 2 sin g ¢ ø f 220 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ Если форма поперечного сечения поковки отличается от круга, то ис пользуют равенство (10). При выборе пресса следует учи тывать, что рассчитываемая по фор мулам (13)–(15) сила должна разви ваться прессом в начальный момент выдавливания, т.е. на участке пути ползуна при его повышенной ско рости. 7. СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Заполнение полостей штампов за висит от состава смазочных материа лов, их дозирования и равномерности распределения по поверхностям гра вюр. Смазка облегчает условия дефор мирования заготовок за счет сниже ния трения и силы деформирования, способствует улучшению качества по верхности изделий, уменьшению об лоя и износа инструмента. Также она должна обеспечивать охлаждение ин струмента для предотвращения его ра зупрочнения. Одно из основных тре бований к смазочному материалу — хорошая экранирующая способность, т.е. способность надежно разделять поверхности деформируемой заготов ки и инструмента. При горячей штамповке поковок осаживанием как в открытых, так и в закрытых штампах применяют водную суспензию графита, соляной раствор с машинным маслом или без масла. В кузнечном производстве ВАЗа при меняют бездымную суспензию колло идного графита в воде типа «Аквадаг». Бездымные смазочные материалы ОГВ75, «Графитол В2», «Градис ОФ» используют на кузнечном заводе Ка мАЗа. Их основным компонентом яв ляется графит со средним размером частиц 2…4 мкм. При штамповке выдавливанием применяют графитомасляные смеси, растворы сульфитощелочной барды, при штамповке поковок клапанов — смазки типа «Укринол7». Эффективность смазок зависит от их количества и способа нанесения на гравюры штампов. В отечественной и зарубежной практике применяют уста новки различного типа для механизи рованного и автоматического нан есе ния смазочного материала. Такие уста новки состоят из следующих узлов: – баков и устройств для размеще ния, обеспечения требуемой конди ции и подачи исходных смазок; – устройств для предварительной подготовки и дозирования аэрозоли; – форсунок и распылителей сма зочных смесей для получения требуе мой дисперсности аэрозолей; – стационарного крепления или систем подачи форсунок и распылите лей в рабочее пространство прессов. При неподвижном креплении фор сунок и распылителей к прессам на от носительно большом расстоянии от штампов для нанесения на них необ ходимого количества смазочной смеси требуется факел больших размеров. При этом периферийная часть факела распределяется вне гравюр штампов, что приводит к повышенному расходу смазочного материала, загрязнению рабочих мест и ухудшению условий труда штамповщиков. Из существующих устройств для по дачи форсунок и распылителей в рабо чее пространство прессов наибольшей простотой отличаются ручные писто леты, распылители которых штампов щик вводит в пространство над гравю рами штампов. Но такой способ не обеспечивает стабильное и равномер ное нанесение смазочной смеси. Для оптимального распределения смазки по гравюрам штампов без зна чительных потерь смазочного мате риала и загрязнения окружающей сре ды применяют механическое введение ШТАМПЫ распылителей смазок в штамповое пространство. Это осуществляют по средством рычажных систем от ползу на пресса, либо электромеханических или пневматических устройств, свя занных с системой управления прес сом. Современные установки для авто матического смазывания штампов подразделяют на несколько типов: – специализированные для графи томасляных смесей или смазочных ма териалов типа «Укринол» при штам повке поковок прямым выдавливани ем, например установки фирмы «На циональ» (США); – специализированные с жестким дозированием объема для нанесения на инструмент машинного масла при штамповке поковок типа зубчатых ко лес конструкции НИИТавтопрома ; – специализированные для нане сения эмульсии на штампы автомати зированных прессов конструкции фирм «Вагнер» (ФРГ) и «Джако» (Ве ликобритания); – специализированные для нане сения смазочных материалов типа ОВГ75 на штампы автоматизирован ных КГШП конструкции фирм «Су митомо» и «Камацу» (Япония); – универсальные для нанесения смазочных материалов типа ОВГ75 на штампы КГШП — конструкции фирм «Ачесон» (США), «ФИАТ» (Италия) и др. Все универсальные и автоматизированные КГШП на куз нечном заводе КамАЗа оснащены ус тановками фирмы «Ачесон» (США). Эти установки обеспечивают подачу смазочных аэрозолей высокой степе ни дисперсности. 221 нены ручьи, и блоков (пакетов) или державок, в которых закрепляют вставки. Благодаря сборной конструк ции штампов упрощается изготовле ние сменного инструмента и обеспе чивается экономия дорогих инстру ментальных сталей. Блоки. Существуют два основных типа конструкций блоков: для призма тических и цилиндрических вставок. Блоки для цилиндрических вставок изза присущих им недостатков (труд ность регулирования, ненадежность крепления и др.) применяют редко. Для штамповки круглых в плане поко вок широко используют цилиндриче ские вкладыши, монтируемые в приз матических державках, которые, в свою очередь, закрепляют в блоках для призматических вставок (рис. 30). Блок состоит из верхней и нижней плит, связанных между собой направ ляющими колонками и втулками, де талей крепления штамповых вставок и выталкивающего механизма. Различа ют универсальные блоки и специаль ные, предназначенные для одной или нескольких однотипных поковок в 8. ШТАМПЫ Штампы кривошипных горячеш тамповочных прессов состоят из штамповых вставок, в которых выпол Рис. 30. Цилиндрические вкладыши в сборе с призматической державкой Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ 222 специализированном кузнечнопрес совом производстве. Верхняя плита блока (пакета) кре пится болтами к ползуну пресса, а нижняя — к столу. В верхней плите выполнен паз, в который входит вы ступ ползуна пресса. На столе пресса блок перемещают и фиксируют в пра вильном положении клиньями, дейст вующими на две скошенные плоско сти нижней плиты блока. Размеры универсальных блоков для прессов силой 6,3…63 МН приведены в табл. 5. 5. Размеры, мм, универсальных блоков для прессов Сила пресса, МН В L Н Сила пресса, МН В L H 6,3 630 750 574 25 1120 1200 900 10 710 750 570 40 1600 1600 1010 16 900 1040 666 63 1800 2000 1160 ШТАМПЫ 223 Клиновая подушка прессов позво ляет регулировать закрытую высоту блоков. Наилучшие эксплуатационные показатели имеют блоки, для которых закрытая высота выбрана по формуле Н = А + 0,75 а, (16) где Н — номинальная закрытая высота блока; А — минимальная закрытая вы сота штампового пространства пресса; а — величина регулирования клино вой подушки стола пресса. Для предохранения плит блока от из носа между вставками и основными плитами устанавливают кованые терми чески обработанные подкладные плиты из легированной стали. Толщина основ ной и подкладной плит в зависимости от силы пресса приведена в табл. 6 (толщи на верхней и нижней плит одинакова). 6. Толщина, мм, подкладной и основной плит Толщина плиты Номинальная си ла пресса, МН Основной Подкладной 6,3 149 40 10 137 50 16 150 60 25 212 80 40 234 80 63 344 100 Направляющий узел блока (рис. 31) состоит из направляющей колонки 3, втулки 4, сальника 5, нижней крышки 6, защитной шайбы 2. Гнездо для посадки колонки в нижней плите 7 блока сверлят в сборе с верхней плитой 1, что обеспе чивает соосность колонки и втулки. Направляющие колонки располага ют в блоке так, чтобы они не мешали штамповщику. Обычно в блоке штампа предусматривают две направляющие колонки, расположенные на блоке сза ди, но в отдельных случаях, когда к точ Рис. 31. Направляющий узел блока ности поковок предъявляют повышен ные требования, блоки выполняют с тремя, а иногда и четырьмя колонками. Конструкция деталей крепления призматических штамповых вставок в блоке показана на рис. 32 (цилиндри ческие вставки см. на рис. 30). Блоки в основном проектируют двух или трехручьевыми. Расположение ручь ев в блоке зависит от расположения на гревательных устройств. Первый ручей располагают в блоке со стороны подачи нагретой заготовки, второй — с противо положной стороны, в центре — оконча тельный ручей. Если для штамповки достаточны один или два ручья, то в блок добавляют до комплекта гладкие вставки из конструкционных сталей. 224 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ 7. Длина хода, мм, толкателей выталкивающих механизмов блоков прессов Номинальная сила пресса, МН Рис. 32. Крепление штамповых вставок в блоке: а — продольное прихватами; б — продольное прижимными клеммами; в — боковое упорны ми винтами; г — боковое прижимными клем мами; д — упорными винтами через стойку Выталкивающие механизмы уни версальных блоков конструируют: – с одним выталкивателем; – с траверсой, позволяющей про водить выталкивание поковок из лю бого ручья штампа; – с траверсой и поворотными ры чагами, с помощью которых выталки вание можно осуществлять, воздейст вуя на любой элемент поковки; – рычажнокулачковые. Необходимая длина хода толкания выталкивающих механизмов блоков для прессов с различной силой приве дена в табл. 7. Для поковок, изготов ляемых штамповкой выдавливанием, применяют специальные выталкива тели с увеличенным ходом. Выталкивающий механизм с одной точкой толкания для удаления поковок только из окончательного ручья прост по конструкции, но область его приме нения очень ограничена. Выталкиваю щие механизмы с траверсой также не получили широкого распространения изза перекосов и заедания траверсы, приводящих к частым авариям. Рычажнокулачковый выталкиваю щий механизм показан на рис. 33. Эти механизмы универсальны, надежно ра ботают в трудных условиях, не мешают Необходимый ход* толкателя 6,3 10…12 10 13…18 16 15…20 20…25 18…25 31,5…40 20…30 50…63 25…35 80 30…40 * Рекомендуется только для универсальных блоков. монтажу и демонтажу вставок непо средственно на прессе без съема блока. Конструкция имеет достаточную жест кость и может выдерживать большие нагрузки. Это позволяет применять рычажнокулачковый механизм с тол Рис. 33. Рычажнокулачковый выталкивающий механизм: 1 — рычаги; 2 — стержень выталкивателя пресса; 3 — стакан; 4 — направляющая втул ка; 5 — стержень выталкивающего механизма блока; 6 — пружина; 7 — разъемные подшип ники; 8 — толкатель штамповой вставки ШТАМПЫ кателем, действующим непосредствен но на тело поковки, а не только на об лой или внутреннюю перемычку. Если выталкивание нужно прово дить только в одном центральном окончательном ручье и в одном месте этого ручья, то используют рычаг с од ним плечом. При необходимости вы талкивания из предварительного и окончательного ручьев рычаг изготов ляют двухплечим и при выталкивании в трех ручьях — трехплечим. Поскольку в первом ручье обычно осуществляют осадку, гибку и тому подобные перехо ды, для которых выталкивание не тре буется, то универсальные блоки обыч но снабжают двухплечими рычагами. 225 Универсальные блоки имеют опре деленное расположение стержней, воздействующих на толкатели, причем это расположение может не всегда со ответствовать желательному располо жению толкателей у вставок. Для того чтобы не увеличивать номенклатуру блоков, широко применяют передачу сил толкателям через траверсы, уста новленные во вставках со стороны их опорной поверхности. В табл. 8 приведены основные раз меры рычагов. Размер А задают конст руктивно в зависимости от расстояния между главными осями вставок. Система выталкивания поковок в штамповых вставках состоит из вытал 8. Размеры, мм, рычагов выталкивателей Сила пресса, МН d H B 6,3 30 30 25 10 40 40 32…35 16 50 50 40 20…25 65 55 50 31,5…40 90 80 65…75 50…63 100 90 70…80 80 110 100 75…90 Размеры на чертеже соответствуют прессу с силой 16 МН. 226 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ Рис. 34. Конструкция выемки для захвата поковки клещами кивателя поковки (толкателя штампо вой вставки), имеющего форму ци линдрического стержня или кольца, и пружины, возвращающей его в исход ное положение (см. рис. 30 и 33). Выталкивание поковок осуществ ляют воздействием на тело поковки, на облой или перемычку. Выталки ватели в виде стержня, воздействую щего на поковку, располагают в не посредственной близости от участ ков, где наиболее вероятно застрева ние поковки — у бобышек, выступов и ребер. Не следует размещать их напротив базовых участков поковки. Выталкиватели рекомендуется изго товлять на 0,5…1 мм больше расчет ной длины; после того как вставка будет собрана, торец выталкивателя зачищают заподлицо с поверхностью ручья. Поковки выталкивают с воз действием на облой только при на личии участков с широким облоем, когда отверстие под толкатель мож но сверлить в стороне от стенки по лости ручья. Выталкивание с воздей ствием на перемычку осуществляют при наличии перемычки с магази ном (см. рис. 8). В зависимости от формы поковки и вероятности ее застревания преду сматривают выталкивание поковки из верхней или нижней вставки или из обеих вставок одновременно. Иногда привод выталкивателей нижней пли ты блока осуществляют через травер су, связанную болтами с верхней пли той блока. Для удобства захвата поковок кле щами за облой во всех вставках неза висимо от наличия или отсутствия толкателя выполняют выемки, анало гичные выемкам, применяемым в мо лотовых штампах (рис. 34). Конструирование ручьев. В штампах КГШП предусматривают заготови тельные и штамповочные ручьи; ино гда (особенно при автоматической штамповке) — ручьи для выполнения операции обрезки облоя и пробивки отверстий. К заготовительным ручьям штам пов КГШП относят пережимной, формовочный, гибочный ручьи и площадку для осадки (иногда — под катные ручьи); к штамповочным ручьям — предварительный, оконча тельный и заготовительнопредвари тельный ручей, который применяют для удлиненных поковок и для осе симметричных поковок, штампуемых вдоль оси. Ручьи конструируют с учетом ос новных особенностей горячей штам повки на прессах: – учитывая необходимость преду преждения заклинивания пресса, по вер хности разъема вставок не должны ШТАМПЫ 227 соприкасаться при штамповке; ме жду верхней и нижней вставками необходим зазор, величину которо го при конструировании принима ют не меньше толщины облоя; ис ключение из этого правила допус кается только в отношении некото рых вставок для горячей калибров ки поковок; – на вставке, как правило, рас полагают только один ручей; – размеры ручьев надо взаимно увязать так, чтобы в окончательном ручье деформация, по возможно сти, осуществлялась осадкой, а не выдавливанием; – на наружных боковых поверх ностях вставок с криволинейным разъемом (рис. 35) необходимо пре дусмотреть лыски глубиной 1,5… 3 мм и наименьшей шириной 5… 10 мм, чтобы избежать зарубку ря дом стоящей вставки при горизон Рис. 35. Вставки для поковок с кривой линией разъема тальной регулировке; – на вставках без толкателей необ облой, толщину мостика уменьшают ходимо предусмотреть гнезда для сво на 40…50 % или же увеличивают его бодного движения выталкивателей ширину на 50…70 %, что предпочти блока; расположение и диаметр гнезд тельнее, так как уменьшает опасность должны быть такими, чтобы при лю работы пресса в распор. бой регулировке вставок не могло Ручьи с узкими и глубокими по быть поломки (см. рис. 35); лостями плохо заполняются метал – на каждой вставке должно быть лом изза скопления в них воздуха и по два транспортировочных отверстия; продуктов сгорания смазочного ма эти отверстия не должны мешать во териала. При штамповке на молоте зобновлению фигур при капитальном этого не происходит, так как штам ремонте вставок, поэтому их распола повку осуществляют за несколько гают ближе к опорным плоскостям; ударов. Для выхода газов в атмосфе диаметры отверстий во всех вставках ру на дне глубоких полостей ручьев рекомендуется делать одинаковыми. необходимо предусматривать газоот Для некоторых вставок, особенно водящие каналы, диаметр которых предназначенных для штамповки вы не превышает 1,2…1,5 мм, иначе в давливанием, предусматривают охлаж них будет затекать металл. дение водой, циркулирующей в специ Если дно глубокой выемки в альных каналах. штампе имеет полукруглую форму, Окончательный штамповочный ру то достаточно просверлить одно от чей изготовляют по чертежу горячей верстие на дне выемки. В тех случа поковки. При необходимости задер ях, когда дно глубокой выемки плос кое, отверстия сверлят у каждого жать, уменьшить вытекание металла в 228 Глава 4. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ПРЕССАХ конца выемки возможно ближе к вертикальной стенке. Для упроще ния изготовления газоотводящих ка налов отверстие диаметром 1,2… 1,5 мм сверлят только на глубину 15…20 мм, а с обратной стороны вставки засверливают отверстие диа метром 8…15 мм. На рис. 36 показа но правильное и неправильное рас положение газоотводящих каналов. Для сообщения газоотводящих от верстий с атмосферой на опорной поверхности вставки фрезеруют ка навку глубиной 5…6 мм, пересекаю щую все отверстия. Иногда вместо сверления отвер стий целесообразно вставлять глухие пробки с четырьмя фрезерованными долевыми канавками радиусом 0,75 мм. Это упрощает изготовление газо отводящих каналов и одновременно позволяет увеличить число восста новлений изношенных фигур. Для отвода газов используют также вы полненные на толкателях ручьев ка навки радиусом 0,8…1,2 мм или в прошивных пуансонах — отверстие диаметром 1,5 мм. Предварительный ручей жела тельно конструировать так, чтобы в результате деформирования в нем заполнение полости окончательного ручья проходило за счет осадки, а не выдавливания. Поэтому заготовка, полученная из предварительного ру чья, должна хорошо укладываться на дно полости окончательного ручья. Для выполнения указанного условия полость предварительного ручья в каждом сечении делают по горизон тальным размерам в плоскости разъ ема штампов несколько уже, чем в окончательном ручье. Для создания же необходимого избытка металла при заполнении окончательного ру чья глубину полости у предваритель ного ручья выполняют несколько большей (на 5…6 %), чем у оконча Рис. 36. Расположение газоотводящих каналов тельного ручья. Рекомендуется уве личение на 15…20 % объема предва рительных ручьев по сравнению с окончательными. Этот излишек ме талла обеспечивает хорошее запол нение полости окончательного ручья и выдавливается в облой. Для мел ких поковок, площадь поперечного сечения которых незначительна, раз меры фигуры предварительного ру чья задают такими же, как и у окон чательного. В предварительных ручьях, если за полнение полости осуществляется осадкой с незначительным количест вом избыточного металла, облойную канавку с магазином делать необяза тельно. При наличии в предваритель ном ручье облойной канавки ширина ШТАМПЫ мостика должна быть больше на 30…40 %, а толщина — в 1,5 раза. При штамповке поковок выдавливанием, когда есть гарантия заполнения ручья, для облегчения условий работы пресса и штампа в предварительных ручьях мостик обязателен. Радиусы переходов в предваритель ном ручье обычно увеличивают в 3 раза по сравнению с радиусами окон чательного ручья, острые кромки скругляют. При штамповке спаренных поковок толщину полотна между по 229 ковками в предварительном ручье уменьшают на 30…40 %, чтобы в окон чательном ручье между поковками не было избыточного металла, приводя щего к образованию зажимов. Как правило, оптимальную геомет рию предварительных ручьев опреде ляют при наладке процесса штампов ки, которая заключается в изменении радиусов переходов и формы отдель ных элементов гравюр для исключе ния дефектов поковок при достаточ ной стойкости штампов. Глава 5 ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ На гидравлических прессах штампу ют крупные поковки, которые невоз можно изготовить на другом куз нечном оборудовании изза его недостаточной мощности. Это поковки, для штамповки которых необходим большой рабочий ход, а сила деформирования не имеет максимального значения в начале или в конце хода деформации (например, при глубокой прошивке) и поковки, требую щие специальных физикохимических условий горячей деформации. Тихоходность гидравлических прес сов предопределяет тяжелые условия работы штампового инструмента изза более продолжительного контакта с поковкой. Гидравлические штампо вочные прессы применяют для штам повки поковок из легких сплавов и из стали в условиях массового производ ства, например, колес подвижного со става железных дорог. Основные технологические операции и классификация поковок. На гидравличе ских штамповочных прессах наиболее целесообразно выполнять следующие операции: выдавливание — обратное (прошивка в закрытой матрице), прямое (прессование) и боковое; вытяжку с уто нением стенки (пр отяжку); осадку в за крытой матрице и высадку; гибку; штам повку в открытых и закрытых штампах. Эти операции могут проводиться в любых сочетаниях друг с другом (ком бинированная штамповка). Наиболее распространенными способами ком бинированной штамповки являются сочетания выдавливания, вытяжки с утонением стенки и осадки в закрытых штампах. Для выполнения перечисленных технологических операций применя ют открытые и закрытые штампы, а также многопуансонную (многоплун жерную) штамповку в цельных и разъ емных матрицах. В качестве исходных заготовок используют прокат, слитки, поковки и отливки. Все многообразие поковок, штам пуемых на гидравлических прессах, в зависимости от применяемых для их изготовления операций, подразделя ют на группы (табл. 1): I — поковки типа стаканов с гладки ми стенками или сложной формы с глу хими или сквозными отверстиями (кор пуса снарядов, гильзы, втулки, муфты, цилиндры и т. п.); 1. Методы получения поковок различных групп на гидравлических прессах Группа поковок Поковки Методы штамповки Обратное выдавливание с последующей вытяжкой с утонением стенки I ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ 231 Окончание табл. 1 Группа поковок Поковки II III Методы штам повки Осадка и выдав ливание в от крытых, закры тых и секцион ных штампах Гибка с высад кой в раздвиж ных или секци онных штампах Комбинирован ная штамповка в разъемных штампах IV Штамповка по ковок в блочных и секционных штампах V II — поковки типа дисков (невысо кие чашки и втулки с фланцами, рото ры турбин, диафрагмы и т. п.); III — поковки с вытянутой осью (коленчатые валы и т. п.); IV — поковки типа крестовин (втулка авиационного винта и т. п.); V — поковки типа панелей. Составление чертежа поковки. При назначении припусков и допусков на поковки, штампуемые на гидравличе ских штамповочных прессах, необхо димо учитывать их конструктивные особенности. Для старых прессов с на правлением подвижной поперечины по колоннам припуски на размеры по Глава 5. ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ 232 2. Допустимая разностенность поковок I группы (размеры, мм) Диаметр* наружный внутренний Длина поковки Диаметр* Разно стенность наружный внутренний Длина поковки Разно стенность 85 75 50 60 300 2…3 275 250 195 215 1000 8…9 115 105 75 80 350 2…3 300 270 220 240 1500 8…10 135 120 90 100 525 3…4 350 310 270 290 2000 10…12 165 150 105 120 600 4…5 400 360 300 330 3000 11…14 195 180 130 145 700 5…6 500 450 380 410 4000 15…18 220 200 160 175 800 6…7 600 530 440 480 5000 18…22 250 230 170 190 900 7…8 650 560 480 510 5500 22…26 * В числителе — диаметр поковки; в знаменателе — диаметр детали после чистовой обработки. П р и м е ч а н и е. Максимальная разностенность допускается при штамповке поковок с полостя d , , где d — внутренний диаметр, l — глубина полости. £ 15 l ми большой глубины, т. е. при 1 £ ковок должны быть увеличены на 50 % по сравнению с припусками, назна чаемыми по ГОСТ 7505–89 на разме ры поковок. Для новых прессов с направляющи ми для ползуна пресса, обеспечиваю щими высокую точность изготовления поковок, припуски и допуски назнача ют в соответствии с ГОСТ 7505–89. Для поковок I группы припуск на диа метр с учетом разностенности поковок типа стаканов выбирают по табл. 2. Допуски на разностенность выби рают по ГОСТ 7505–89 с возможным увеличением их на 25…50 % в зависи мости от глубины полости для d/l > 1,5. Штамповочные уклоны назначают в зависимости от оснащенности пресса выталкивателями, глубины полостей и толщины стенок поковки. Уклоны внутренних стенок равны 2…4°, укло ны наружных стенок — 1…2°. Для по ковок, штампуемых выдавливанием, назначают небольшие наружные укло ны (до 30¢) для облегчения удаления их из штампа с помощью выталкивателя или съемн ика. Для поковок с массой до 100 кг ра диусы закруглений выбирают по табл. 3. Размеры радиусов закруглений для крупных поковок, определяемые по среднему припуску, должны соответ ствовать значениям из следующего нормального ряда, мм: 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 и далее через 10 мм. Разработка технологического про цесса. При разработке технологиче ских процессов необходимо руко водствоваться следующими прави лами: – формообразование полости в по ковке целесообразнее проводить раз ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ 233 3. Радиусы закруглений, мм, в зависимости от массы поковки Масса поковки, кг Св. До 0,5 0,5 до 1,0 Точность поковок нормальная повышенная 1,5 1,0 2,0 1,5 » 1 » 3 2,5 1,5 » 3 » 5 3,0 2,0 » 5 » 10 4,0 3,0 » 10 » 20 5,0 4,0 » 20 » 40 8,0 5,0 » 40 » 60 10,0 8,0 » 60 » 100 15,0 12,0 дачей металла в стороны; так, напри мер, обратное выдавливание поковок типа стакана с глубокими полостями целесообразно осуществлять из за го товок с квадратным поперечным сече нием с закругленными углами; – обратное выдавливание приме нять для изготовления неглубоких по лостей с отношением диаметра к глу бине полости, меньшим единицы, а затем производить вытяжку с утоне нием стенки; – при выдавливании и вытяжке с утонением массу заготовки опреде лять с учетом припуска на неровность краев; – необходимо проводить очистку нагретой заготовки от окалины или ис пользовать методы нагрева без окисле ния поверхности. П о к о в к и 1 г р у п п ы. Пример 1. Штамповка поковки корпуса типа ста кана [см. эскиз 1 (группа I), табл. 1]. Корпус штампуют из заготовки квадратного или круглого сечения, применяя две операции: обратное выдавл ивание и вытяжку с утонени ем стенки. Возможны два варианта технологи ческого процесса. По первому вариан Рис. 1. Схемы последовательных штампов для выдавливания и вытяжки с утонением: а — двухпозиционный штамп; б — трехпози ционный штамп ту заготовку нагревают и затем штам пуют на одном прессе в двух или трех позиционных штампах (рис. 1). При штамповке в двухпозицион ном штампе центрирование заготовки осуществляется специальной напра вляющей втулкой (рис. 1, а). Заготовку подают на первую пози цию штампа. При движении вниз пу ансон заталкивает заготовку в матрицу 234 Глава 5. ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ Рис. 2. Схемы штампов: а — обратного выдавливания; б — прямого выдавливания и происходит формообразование по лости. Затем заготовка выталкивается и передается на вторую позицию штам па. При движении пуансона вниз вы полняется вытяжка с утонением стенки через две матрицы. При штамповке в трехпозиционном штампе после обратного выдавливания заготовку подают на вторую и затем третью позиции штампа (рис. 1, б). На этих позициях осуществляется вытяж ка с утонением стенки через четыре матрицы. При изготовлении по второму ва рианту штамповку проводят на двух прессах. На первом прессе стакан штампуют обратным выдавливанием по двум вариантам: – матрица 1 неподвижна (рис. 2, а), а пуансон 2 перемещается; заготовку 3 устанавливают в центрирующее коль цо 4 матрицы; после штамповки по ковка 5 выталкивается из матрицы вы талкивателем 6 либо снимается с пуан сона съемником; – пуансон 1 неподвижен (рис. 2, б), а матрица 2 подвижна, заготовку 3 ук ладывают на специальную вставку 4, матрица опускается; после прямого выдавливания поковка 5 либо вытал кивается из матрицы выталкивателем 6, либо снимается с пуансона съемни ком; затем заготовку передают на гори зонтальный или вертикальный пресс, на котором проводят вытяжку с утоне нием стенки, одним из следующих спо собов: – вытяжкой (рис. 3, а) через не подвижные матрицы 1; заготовка уста навливается на первую матрицу и про ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ 235 Рис. 3. Схемы штампов для вытяжки с утонением: а — с подвижным пуансоном; б — с подвижными кольцами талкивается подвижным пуансоном 2 через дветри матрицы и снимается с пуансона съемником 3 ; – вытяжкой (рис. 3, б) при непод вижном пуансоне и подвижных коль цах (матрицах); заготовка устанавли вается на первую матрицу, вытягива ется и снимается с пуансона. Вытяжку двух заготовок, предвари тельно выдавленных на другом прессе, можно осуществлять также одновре менно двумя пуансонами. Число матриц, необходимое для из готовления поковки, определяют по площади F вытяжки (перемещаемого металла): F = F1 - F 2 , где F1 , F 2 — мак симальная площадь поперечного коль цевого сечения заготовки и поковки соответственно. Чтобы избежать пробивки дна ста кана при малой площади пуансона f, отрыва дна или стенки заготовки при малой площади F 2 , должны соблю даться следующие условия: F £ 0,4 f и F £ 0,7 F 2 . Зная размеры заготовки, вытяну той поковки, а также площадь вытяж ки F, с помощью этих соотношений определяют число колец (матриц) и их диаметры. Диаметр последнего кольца равен диаметру цилиндрической части вытянутой поковки в нагретом состоя нии, а площадь вытяжки через два кольца распределяют так, чтобы на первое кольцо приходилось 2/3 f, а на второе — 1/3 F (при протяжке через 236 Глава 5. ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ Рис. 4. Схемы вытяжки с утонением на горизонтальном прессе: а — вытяжка в кольцах; б — роликовая матрица; 1 — ролики; 2 — кронштейны; 3 — корпус; 4 — пуансон; 5 — поковка три кольца последнее кольцо исполь зуют только для калибровки). Пример 2. Штамповку тонкостенно го удлиненного цилиндрического ста Рис. 5. Переходы штамповки диска кана [эскиз 4 (группа I), табл. 1] прово дят также на двух прессах. Сначала вы давливанием по схеме на рис. 2, а с по следующей вытяжкой с утонением стенки на горизонтальном гидравличе ском прессе (рис. 4, а). Вытяжку осу ществляют через обычную матрицу или роликовую (рис. 4, б). При этом заго товку надевают на подвижный пуансон и протягивают через ролики. При об ратном ходе съемник снимает ее с пу ансона. При необходимости заготовку подогревают и проводят вторичную вытяжку через матрицы меньшего диа метра. П о к о в к и II г р у п п ы. Пример 1. Штамповку диска [эскиз 1 (группа II), табл. 1] производят в трехсекционном штампе на гидравлическом штампо вочном прессе. На рис. 5 показаны пе реходы штамповки. Расчеты секцион ной штамповки дисков даны в гл. 2. Нагретую заготовку подают в штамп (рис. 6) с цельной матрицей и секцион ным пуансоном, состоящим из трех концентричных секций, причем цен тральная и средняя секции подвижны и регулируются по высоте специальны ми регулировочными кольцами, кото рые в нижней части имеют выступы, соответствующие пазам верхней части секции. Возможны два положения сек ций — верхнее, когда зубья регулирую щих колец находятся в пазах секций, и ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ 237 Рис. 6. Схемы штамповки диска в штампе с секционным пуансоном: 1 — регулировочные кольца нижнее, когда регулирующие кольца повернуты на ширину паза и выступы колец находятся против выступа сек ций. Регулировку положений секций осуществляют независимо друг от дру га. В начальной стадии штамповки (рис. 6, а) выступы колец расположены в пазах секций, проводят предвари тельную формовку диска. При ходе траверсы пресса вверх центральная и средняя секции опускаются на толщи ну регулировочного кольца, благодаря чему фиксируется поворотом регули ровочного кольца нижнее положение одной секции или обеих секций. Затем регулировочное кольцо поворачивает ся и осуществляется обжим централь ной части заготовки (рис. 6, б). С по мощью второго регулировочного коль ца обжимают среднюю часть заготовки (рис. 6, в), после чего оба кольца пово рачивают так, чтобы их зубья находи лись над пазами секций (рис. 6, г), и осуществляют калибровку поковки. Пример 2. Штамповку поковки сту пицы [см. эскиз 3 (группа II), табл. 1] проводят на двух гидравлических прес сах с промежуточным нагревом. Пере ходы штамповки показаны на рис. 7. Нагретую заготовку подают в матрицу штампа (рис. 8, а) и надевают на мат рицу направляющее кольцо. Выполня ют первый переход — высадку конца заготовки. После этого пуансон 7 сни мают, а пуансоном 6 проводят второй переход — высадку утолщения. 238 Глава 5. ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ Рис. 7. Переходы штамповки ступицы: а — заготовка; б — высадка конуса; в — высадка утолщения; г — выдавливание от верстия Затем заготовку подогревают, по дают на второй пресс и укладывают ее в нижнюю часть штампа (рис. 8, б), накрывают верхней частью и формо образуют полость пуансоном 4. После этого верхнюю часть штампа снима ют, вынимают заготовку и устанавли вают в матрицу с кольцом, где проби вают отверстие пуансоном 7. П о к о в к и III г р у п п ы. Пример 1. Штамповку крупных коленчатых ва лов осуществляют в раздвижных штампах. При ходе траверсы пресса Рис. 8. Схемы штампов для изготовления ступицы: а — штамп для первой операции штамповки ступицы: 1 — нижняя часть матрицы; 2 — матри ца; 3 — направляющее кольцо; 4 — дно; 5 — выталкиватель; 6 — пуансон второй высадки; 7 — пуансон первой высадки; б — штамп для второй операции штамповки ступицы: 1 — подставка; 2 — нижняя часть штампа; 3 — верхняя часть штампа; 4 — прошивной пуансон; 5 — матрица для пробивки; 6 — кольцо; 7 — пуансон для пробивки ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ 239 Рис. 9. Схема секционной штамповки крупных коленчатых валов методом гибки с высадкой: а — укладка заготовки в штамп; б — высадка фланца: 1 — клин; 2 — ползушка; в — перемеще ние заготовки: 1 — нажимной пуансон; г — высадка первого колена; д — перемещение заготовки; е–з — высадка остальных колен вниз предварительно подготовленная заготовка (полученная ковкой) зажи мается в ручьях штампа (рис. 9, а). За тем с помощью клиновых устройств две половины штампа сближаются и происходит высадка фланца подвиж ными ползушками (рис. 9, б), после чего заготовка передвигает ся на длину колена (рис. 9, в) и с помощью нажим ного пуансона при сближении ползу шек проводится высадка и гибка пер вого колена (рис. 9, г). Аналогичным образом проводят штамповку осталь ных колен (рис. 9, д–з). При ходе траверсы пресса вниз предварительно подготовленная заго товка (полученная ковкой) зажимает ся в ручьях штампа (рис. 9, а). Затем с помощью клиновых устройств две по ловины штампа сближаются и проис ходит высадка фланца подвижными ползушками (рис. 9, б), после чего за готовка передвигается на длину коле на (рис. 9, в) и с помощью нажимного пуансона при сближении ползушек проводится высадка и гибка первого колена (рис. 9, г). Аналогичным обра зом проводят штамповку остальных колен (рис. 9, д–з). Расчет технологи ческого процесса штамповки коленча тых валов этим методом см. в гл. 2. Коленчатые валы штампуют также в секционных штампах. В гл. 2 описан процесс штамповки, а на рис. 6 (гл. 5) показан штамп с секционным пуан сон. П о к о в к и I V г р у п п ы. Пример 1. Штамповку поковки типа втулки трех лопастного авиационного винта [эс киз 1 (группа IV), табл. 1] проводят на гидравлическом прессе в закрытом разъемном штампе (рис. 10). 240 Глава 5. ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ Рис. 10. Штамп для поковки втулки авиавинта В корпус 1 штампа устанавливают нижнюю часть матрицы 2. В выемки матрицы свободно закладывают три боковых пуансона 3, которые закреп ляют верхней частью матрицы 4, при жимной плитой 5 и двумя клиньями 6. Таким образом создается закрытая по лость штампа. Деформирующий пуан сон 9 перемещается в отверстии верх ней части матрицы. Он закреплен в державке 8, вставленной в хвостовик 7. Нагретую и предварительно подго товленную ковкой заготовку в форме усеченного конуса (на рис. 11 показа на штриховой линией) укладывают в матрицу поверхностью с меньшим диаметром. Под действием пуансона металл деформируется, заполняя фи гурную полость штампа. После этого проводят разъем штампа и удаление поковки, для чего выбивают клинья, поднимают при обратном ходе пресса прижимную плиту с верхней частью матрицы. Специальной выколоткой или рычагом отделяют поковку вместе с наметками и удаляют из поковки бо ковые пуансоны. Штамповку таких втулок целесообразнее проводить на специальных гидравлических штам повочных прессах, имеющих верти кальные и горизонтальные цилиндры. При штамповке на таких прессах нет необходимости в подготовке заготов ки, поэтому производительность зна чительно выше. Пример 2. Штамповку поковок типа авиационных цилиндров [см. эскиз 2 (группа IV), табл. 1] прово дят на специальном гидравлическом прессе, имеющем два горизонталь ных и два вертикальных цилиндра. Штамповку проводят из предвари тельно подготовленной ковкой заго товки. Вертикальным цилиндром пресса проводят обжатие централь ной части заготовки и формообразо вание выступа (рис. 11, а), а затем под действием горизонтальных ци линдров производят формообразова ние двух полостей одновременно (рис. 11, б). Особенности конструкций штам пов, их основные узлы, детали и мате риалы. При проектировании штам пов и рабочего инструмента надо учитывать особенности процессов деформирования на гидравлических прессах и тяжелые условия работы инструмента. Штампы гидравличе ских прессов подразделяют: по мето ду штамповки — на открытые и за ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ 241 Рис. 11. Переходы при изготовлении цилиндра крытые; по числу поверхностей разъема — с одной, двумя или не сколькими поверхностями разъема; по монтажному признаку — на блоч ные и сборные; по назначению и конструкции — для выдавливания, вытяжки, двухручьевые, комбиниро ванные и т.п. Монтажными узлами сборных штампов гидравлических прессов яв ляются верхняя и нижняя плиты, корпус штампа, детали крепления; направляющими — прижимные и центрирующие кольца и колонки со втулками; удаляющими — выталки ватели, съемники; деформирующи ми — пуансоны, матрицы, ролико вые матрицы. В штампах необходимо предусмат ривать водяное охлаждение и смазку пуансонов и матриц. Крупные детали штампов делают пустотелыми. Для повышения их прочности приварива ют ребра жесткости. На рис. 12 показан штамп для вы давливания цилиндрического стакана. Штамп состоит из верхней 1 и нижней 2 плит, пуансона 3 с быстросменной головкой и внутренним охлаждением, матрицы 4 с внутренним охлаждени ем, центрирующего бандажа 5, кото рый служит направляющей для пуан сона и автоматически закрепляется при рабочем ходе посредством клино вого устройства 6. Штамп снабжен вы талкивателем 7, а также устройством 8 для нанесения на поверхность пуансо на и матрицы смазочноохлаждающей жидкости. Заготовку устанавливают в матри цу, центрирующий бандаж опускается на коническую часть матрицы и запи 242 Глава 5. ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ Рис. 12. Схема штампа для выдавливания рается клиновым устройством, что по зволяет получить хорошее направле ние пуансона по матрице. После рабо чего хода пуансона верхняя плита вме сте с центрирующим бандажом подни мается вверх, заготовка удаляется из ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ матрицы выталкивателем. В штампах такой конструкции получают пустоте лые поковки с разностенностью, не превышающей 1…2 мм. Стойкость ра бочего инструмента значительно по вышается благодаря внутреннему и наружному охлаждению. Исполнительные размеры рабочего инструмента штампов для вытяжки с утонением определяют по зависимо стям: D= d(1 + at ) 1 + at , + K1 + K 2 ; H = h 1 + at1 1 + at1 где D и H — соответственно диаметр и длина вытяжного пуансона, d — номи нальный диаметр полости поковки с 1 учетом положительного допуска; 4 a — коэффициент линейного расши рения стали; t — температура поковки в конце вытяжки; t1 — температура на грева вытяжного пуансона (200 °С); K 1 — коэффициент, учитывающий овальность и усадку при охлаждении (K 1 » 0,4 мм); K 2 — коэффициент, учитывающий абсолютный допуск на изготовление пуансона; h — длина со ответствующей части поковки. Радиусы закруглений пуансона должны соответствовать радиусам за кругления поковки. Диаметр калиб рующей части пуансона выдавливания равен соответствующему диаметру вы тяжного пуансона с добавлением 1… 3,5 мм в зависимости от размера по ковки. Диаметр цилиндрической час ти пуансона выдавливания на 1…2 мм больше диаметра вытяжного пуансо на. Остальные размеры поковки пуан сона для выдавливания соответствуют пуансону для вытяжки. Угол захода кольца для вытяжки принимают 12…15°, высоту кольца — 50…100 мм, высоту калибрующего поя ска — 5…10 мм. 243 Определение деформирующих сил штамповки. Для определения удель ных сил деформирования при об ратном выдавливании (прошивке) ис пользуют формулу q= 1 + 2 mR 2 ( R 2 - 1) + R 2 (r - 1) ´ 2 é ù ú ê 1 1 ú ê + ´ + ú ê 4 4 R R 2 + 3 ú êr 3 +3 úû êë r4 R2 +3 r2 + + 0,82, R4 3 4 +3 r где m — коэффициент трения на боко вой поверхности матрицы; можно R( R + 2 m ) ; R — принять m = 0,2; r = 1 + 2 mR отношение радиуса матрицы к радиусу пуансона. Давление на боковую поверхность матрицы, используемое при расчете инструмента, определяют по формуле p= 1 + mR 2 ( R - 1) 2 + R -r 3 ´ æ ö ç ÷ ç 1 - 3m 2 ÷ R2 ´ç + ÷+ 4 R ÷ ç 2R r3 +3 ÷ ç r4 è ø 2 R +3 r2 + . R4 3 4 +3 r 244 Глава 5. ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ Обозначения те же, что и в формуле для определения удельной силы. Вытяжка с утонением стенки. На пряжение по оси симметрии в попе речном сечении стенки вытянутого стакана ì ï s 1 æ 1 s0 ö s z = s в í ln 0 + ç 1 - ln ÷ ´ ï s1 4 tg a è 2 s1 ø 2 î ü aï s1 æ s0 ù öé ´ç - 1 ÷ êm 1 - m 2 + (m 1 + m 2 ) ú + tg ý, s0 2ï è s1 û øë þ где s в — временное сопротивление разрыву (напряжение текучести в ус ловиях горячей деформации); s0 и s1 — первоначальная и конечная толщина стенки стакана; a — угол наклона об разующей в вытяжной матрице; m 1 и m 2 — коэффициенты трения соответ ственно между заготовкой и матрицей, заготовкой и пуансоном. Приравняв s z и s в , можно най ти предельное значение отношения æ s0 ö ç ÷ : è s1 ø пр æ 1 s ö ç 1 - ln 0 ÷´ a ç 2 s1 пр ÷ ø 4 tg è 2 öé ù æs s ´ç 0 - 1 ÷ êm 1 - m 2 + 1 (m 1 + m 2 ) ú ç s1 пр ÷ê s0 пр úû øë è a - tg . 2 s ln 0 =1s1 пр 1 æs ö удобнее Для определения ç 0 ÷ è s1 ø пр построить кривые для левой и правой частей приведенного выражения, пе ресечение этих кривых соответствует предельному формоизменению. При вытяжке через две и более матриц предельное формоизменение больше по сравнению с предельным формо изменением при вытяжке через одну матрицу. Деформирующая сила, необходи мая для вытяжки, s -s ö æ P = pd п s1 ç s z + m 2 s q 0 1 ÷, s 1 sin a ø è где s q — давление по поверхности контакта пуансона и заготовки; d п — диаметр пуансона. Штамповка в закрытых штампах. При штамповке в закрытых штампах для процессов выдавливания и осад ки с вытеснением металла в торцо вую щель расчет удельной силы де формирования проводят по формуле А.З. Журавлева: H для высоких поковок при ³1 D 2 t l öæ 2 d ö D æ p = ç 3,82 + к з ÷ç 1 - ÷ + 1,42 ln + Kd øè Dø 4d è d2 d + 12 - 12 2 - 2,22; D D для низких поковок при H £ 0,2 D 2 t l öæ 2 d ö æ p = ç 3,82 + к з ÷ç 1 - ÷ + Kd øè Dø è d d2 1,5 H +1,48 ln + 12 - 12 2 D 2d D - 4,5 H H2 D + 1,92 2 + - 1,5. 6H D D В формулах t к — удельная сила тре ния по поверхности контакта, t к » ms s ; l з — длина торцового заусен ца; K — пластическая постоянная; d — ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ 245 Рис. 13. Номограмма для определения удельных сил бокового выдавливания толщина торцового заусенца; D — наибольший диаметр поковки и ручья; H — высота поковки. Боковое выдавливание. Для опреде ления удельных сил деформирования, отнесенных к напряжению текучести при боковом выдавливании, исполь зуют номограмму, приведенную на рис. 13, или формулы: é ö æ ÷ ê 1ç R q 1 R q= = ê1 + ç ln 1 ln 2 ÷ + bs s ê 2 ç r1 R2 r2 ÷ -1 ÷ ç êë r2 ø è + 3d 1 (1 + 0,7m ) + ( tgg1 + tgg 2 ) + 8D 4 ù m æ L 5 d ö 4 m (l - rф ) ú + ç4 + ÷+ ú bd bè D 4 D ø úû 4m ö p d æ + ç1 + + , ÷ ln p ø 1,75 rф 8 è где R1 D =2 - 0,5; r1 d tgg1 = d ö R2 D d æç ÷; =4 - 1; 2- D ÷ø r2 d D çè d ö d æç ÷. 2- ç D ÷ø Dè Здесь d, l — соответственно диа метр и длина отростка; D — диаметр рабочей полости матрицы; L — вы сота центральной части поковки от оси отростка; rф — радиус фаски от ростка в конечный момент деформи рования; b — коэффициент Лодэ, равный 1,0…1,155; m — коэффициент трения. tgg 2 = СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Живов Л.И. Овчинников А.Г., Складчиков Е.Н. Кузнечноштампо вочное оборудование: учебник для ву зов / под ред. Л.И. Живова. М.: Издво МГТУ им. Баумана, 2006. 560 с. 246 Глава 5. ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ 2. Теория ковки и штамповки: учеб ное пособие / Е.П. Унксов, У. Джон сон, В.Л. Колмогоров и др.; под общ ред. Е.П. Унксова и А.Г. Овчинников. 2е изд. перераб. и доп. М.: Машино строение, 1992. 720 с. 3. Машиностроение. Энциклопедия. В 40 т. Т. III2. Технология заготовитель ных производств / под ред. В.Ф. Мануй лова. М.: Машиностроение, 1996. 736 с. 4. Машиностроение. Энциклопе дия. В 40 т. Т. IV4. Машины и оборудование кузнечноштампо вочного и литейного производст ва / под ред. Ю.А. Бочарова, И.В. Матвеенко. М.: Машиностроение, 2005. 926 с. 5. Специальные технологиче ские процессы и оборудование обра ботки давлением / В.А. Голенков, А.М. Дмитриев, С.Т. Яковлев и др.; под. ред. В.А. Голенкова и А.М. Дмитриева. М.: Машиностроение. 2004. 464 с. Глава 6 ШТАМПОВКА НА ВИНТОВЫХ ПРЕССАХ Винтовые фрикционные и дугоста торные прессы изготовляют с номи нальной силой 0,4…16 МН и кинетиче ской энергией движущихся частей 0,8… 320 кДж, а гидровинтовые прессы — бо лее 16 МН. Основные параметры вин товых прессов приведены в табл. 20, т. 1. У винтовых прессов скорость пол зуна в момент удара по заготовке со ставляет 0,5…1 м/с. Благодаря этому динамические нагрузки на фундамент снижены (при сравнении с паровоз душными молотами), а продолжитель ность контакта горячей заготовки со штампом уменьшена (при сравнении с гидропрессами). Благодаря этому ис пользование винтовых прессов улуч шает условия работы в кузнечных це хах, обеспечивает более высокую стойкость и долговечность использо вания рабочего инструмента, а также возможность штамповать поковки из труднодеформируемых малопластич ных сталей и сплавов. Техникоэкономические показате ли винтовых прессов: – возможность штамповки поко вок в открытых и закрытых штампах; – возможность штамповки точных поковок; – наличие выталкивателей для уда ления поковок из полости штампа, что позволяет уменьшить штамповочные уклоны (по сравнению со штамповкой на молотах). 1. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПОКОВОК Винтовые прессы наиболее широко применяют для выполнения техноло гических операций: осадки и высадки; выдавливания (прямого, обратного, бокового и радиального), гибки, прав ки и калибровки. Комбинации этих технологических операций позволяют штамповать в от крытых и закрытых штампах самые разнообразные по форме поковки из черных и цветных металлов и их спла вов. В табл. 1 и 2 приведены типы по ковок, штампуемых на винтовых прес сах. Заготовки для штамповки на вин товых прессах изготовляют прокаткой и ковкой на молотах или ковочных вальцах. При правке и калибровке в качестве заготовок используют поков ки деталей. 1. Поковки, изготовляемые в открытых штампах Поковки Круглые в плане Эскиз Глава 6. ШТАМПОВКА НА ВИНТОВЫХ ПРЕССАХ 248 Окончание табл. 1 Поковки Эскиз С прямой осью удлинен ные в плане С изогнутой осью удли ненные в плане С отростками и развилина ми или произвольной фор мы 2. Поковки, изготовляемые высадкой и выдавливанием в закрытых штампах с неразъемной и разъемной матрицами Поковки Стержневые с фланцами или буртами С глухими или сквозными полостями Эскиз ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ 249 Окончание табл. 2 Поковки Эскиз С боковыми отростками Сложной формы 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ На винтовых прессах возможна штамповка поковок из жаропрочных, титановых, медных и алюминиевых сплавов, углеродистых и легированных конструкционных сталей. Наиболее распространена одноударная штам повка в одноручьевых штампах, одна ко возможна многоударная штампов ка в открытых штампах, а также штам повка в многоручьевых штампах. Штамповка поковок в открытых штампах. Размеры заготовок и переходы для штамповки поковок в открытых штампах следует определять по методи ке, разработанной для молотов (гл. 3) с учетом особенностей винтовых прессов. Последовательность разработки тех нологического процесса состоит в п ост роении расчетной заготовки и эпюры сечений с учетом многоштучной штам повки (если ее применяют) и определе нии числа переходов по соотношению размеров элементов эпюры. Если в тех нологическом процессе необходимы операции протяжки и подкатки, то ис пользуют ковочные вальцы, поскольку винтовые прессы, как и КГШП, не при годны для выполнения таких операций. Плоскость разъема выбирают по ана логии с молотовыми штампами согласно рекомендациям, приведенным в гл. 3. Штамповочные уклоны приведены в табл. 3; радиусы закруглений — в табл. 4. 3. Штамповочные уклоны a, …° h b Штамп без выталки вателя с выталкива телем До 1,5 5/7 3/7 Св. 1,5 7/10 3/7 П р и м е ч а н и е. В числителе — уклоны внешних поверхностей поковок, в знаменате ле — внутренних. Глава 6. ШТАМПОВКА НА ВИНТОВЫХ ПРЕССАХ 250 вают до формирования плавного сопря жения. Размеры глухих полостей и под прошивку выбирают по табл. 5. Облойные канавки конструируют согласно рекомендациям, приведен ным в гл. 3. Толщину облоя при штам повке на винтовых прессах определя ют по выражению 4. Радиусы закруглений h, мм r r1 r2 1,5…3,0 1,5 До 5 2,5 Св. 5 до 10 5,0 3,0 » 10 » 16 6,0 4,0 » 16 » 25 7,0 5,0 Чтобы избежать образования на по ковке зажимов, при выборе радиусов закруглений необходимо принять сле дующий больший размер r2 . Если эле мент поковки с радиусом закругления r1 в дальнейшем будут обрабатывать реза нием, то ограничивающее условие со стоит в сохранении на кромке необхо димого припуска. Если элемент поков ки в дальнейшем не будет обработан ре занием, то радиус закругления увеличи h о = 0,02 F п , где F п — площадь проекции поковки в плане (мм2) должна быть несколько большей, чем молотовой. Объем заготовки V зг для штампов ки в открытых штампах определяют с учетом отходов на облой и угар. Длину исходной заготовки определяют но формуле l зг = V зг / S зг , где S зг — площадь поперечного сече ния заготовки. При штамповке поковок широко применяют универсальные перенала живаемые штампы (рис. 1). 5. Размеры глухих полостей и полостей под пробивку Полость Глухая Эскиз Условия применения Размеры, мм D = 12…30 мм d = D - 2 (H - S/2) tg b S > 0,8 D r = d/2 tg(p/4 - b/2) S=n D Со ско сом (под пробивку) Н £ 25; D > 30 мм n = 0,7 H > 25; n = 0,8 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ 251 Рис. 1. Универсальный переналаживаемый блок штампа для штамповки в закрытых штампах (может быть использован для открытых штампов) Штамп содержит верхнюю 4 и ниж нюю 1 плиты. В их гнезда устанавлива ют вставки и крепят винтами 8. Матри цедержатели 2 и 3 используют для кре пления вставок и в качестве ограничи телей хода ползуна. Для направления плит штампа используют цилиндриче ские ко лонки 7 и втулки 6. При штамповке поковок с удли ненной осью в открытых штампах для исключения «проворота» применяют вставки с замками. Вставки устанав ливают в гнезда на закаленную под кладную плитку 5 и упор 9. Такая кон струкция позволяет уменьшить износ штамповых плит. Поковки из полости штампа удаляют выталкивателем 10, приводимым в действие механизмом пресса. На рис. 2, а показан универсальный переналаживаемый блок штампа с од ним штамповочным ручьем для штам повки поковок с удлиненной осью на винтовых прессах 2,5…6,3 МН. Блок штампа состоит из нижней 1 и верхней 2 плит, направляющих колонок 8, сменных вставок 3, которые крепят призматическими клиньями 7. Их фиксируют призматическими шпонка ми 4 и устанавливают на закаленные подкладные плитки 5. Соударение штампов происходит по зеркалу вста вок, которые на 60…80 мм выше закры той высоты. Нижнюю часть штампа 252 Глава 6. ШТАМПОВКА НА ВИНТОВЫХ ПРЕССАХ Рис. 2. Универсальный переналаживаемый блок штампа с одним штамповочным ручьем (а) для штамповки поковок с удлиненной осью и сменная вставка штампа (б) (допуск параллельности осей колонок — 0,02 мм на 100 мм длины; допуск перпендикулярности осей колонок к плоскости K — 0,02 мм на 100 мм длины) крепят прихватами, для чего преду смотрены боковые полки, верхнюю часть — хвостовиком 6. Габаритные размеры блока штам па приведены в табл. 6, а вставок (рис. 2, б) — в табл. 7. Для штамповки круглых в плане поковок и высадки головок в стержне вых изделиях (типа болтов) на фрик ционных или дугостаторных прессах 6. Габаритные размеры, мм, универсальных переналаживаемых блоков штампов (см. рис. 2, а) Сила пресса, МН B L H Масса, кг 2,5 500 500 344 424 4,0 630 560 410 770 6,3 710 630 430 1081 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ 253 7. Размеры, мм, вставок универсальных переналаживаемых блоков штампов (см. рис. 2, б) Сила пресса, МН B 2,5 160 4,0 200 185,2 34,4 6,3 250 320 100 40 235,2 60,3 L 280 H 80 90 h 50 В1 Масса, кг 147,7 21,0 силой 0,40…2,5 МН применяют уни версальные переналаживаемые штам пы, показанные на рис. 3 и 4, а. В кон струкции не предусмотрены направ ляющие колонки с втулками. Для цен трирования используют конические поверхности вставок. Блок штампа (см. рис. 3) содержит нижнюю 1 и верхнюю 3 плиты, ком плект сменных вставок 2, устанавли ваемых в гнезда на подкладных зака ленных плитках 4. Закрепляют встав ки клиньями 6. Верхнюю плиту крепят к ползуну хвостовиком 5, нижнюю — к подштамповой плите пресса прихва тами. Блок штампа (см. рис. 4, а) содер жит нижнюю 1 и верхнюю 6 плиты. Верхнюю плиту крепят к ползуну пресса хвостовиком 7, центрирующим штамп относительно ползуна пресса. Комплект вставок, состоящий из ниж ней 3 высокой матрицы и пуансона 5, устанавливают между плитами. Пуан сон закрепляют в гнезде верхней пли ты призматическим клином 8, а мат рицу устанавливают на подкладной за каленной плитке 2 и крепят полуколь цами 4, помещенными в обойму с че тырьмя болтами 9. В средней части матрицы сделана проточка диаметром D 2 (рис. 4, б) и высотой h1 , используемая при крепле нии и фиксации матрицы в обойме. Угол конуса 3° необходим для направ ления верхней вставки пуансона при штамповке. В размерах вставок учтена Рис. 3. Универсальный переналаживаемый блок штампа с комплектом сменных вставок возможность восстановления и ре монта их в процессе эксплуатации. Нижнюю плиту крепят прихватами. Размеры блока штампа приведены в табл. 8, размеры вставок — в табл. 9. Штамповка поковок в закрытых штам пах высадкой и выдавливанием. На чер теже поковку изображают в том поло жении, какое она занимает в штампе. Плоскость разъема штампов, как пра Глава 6. ШТАМПОВКА НА ВИНТОВЫХ ПРЕССАХ 254 Рис. 4. Универсальный переналаживаемый блок штампа (а) с высокой матрицей (б) для штамповки круглых в плане поковок 8. Размеры, мм, блоков штампов (см. рис. 4, а) Cила пресса, МН B 0,40 280 0,63 320 1,00 360 1,60 400 2,50 450 H Масса, кг 325 104 335 137 360 387 186 400 422 225 L 320 450 462 341 вило, горизонтальна и соответствует наибольшему периметру поковки. Ес ли в конструкции штампа предусмот рены разъемные матрицы, то кроме разъема необходима и вертикальная плоскость разъема для удаления по ковки из штампа. На поковках, штампуемых в закры тых штампах с выталкивателями, штам 9. Размеры, мм, вставок блоков штампов (см. рис. 4, б) D2 D1 Сила пресса, D Точность раз H меров по 10му МН квалитету 0,40 125 123 115 0,63 140 138 130 1,00 160 157 150 1,60 180 176 170 2,50 200 196 190 h 125 50 h1 Мас са, кг 25 160 66 28 200 84 32 11,6 14,6 24,4 49,6 повочные уклоны не предусматривают. В некоторых случаях они могут быть на значены в пределах до 2° (табл. 10). Наружные и внутренние радиусы закруглений выбирают по табл. 4; для поковок с боковыми отростками или буртами — по табл. 11. Размеры наме ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ 10. Штамповочные уклоны для поковок, штампуемых в закрытых штампах 12. Припуски, мм, и допуски, %, по диаметру и длине стержня поковки Обработка резанием h/ b a°/b° при цельной матрице a° при разъемной матрице До 1,0 1/3 3 Св. 1,0 до 2,5 2/5 5 » 2,5 » 4,0 3/7 7 11. Радиусы закруглений, мм, для поковок с отростками h, мм r r1 r2 r3 До 3 5 2,5 1,5 1,0 Св. 3 до 5 8 4,0 2,5 1,0 » 5 » 10 10 5,0 4,0 1,5 » 10 » 15 15 8,0 5,0 1,5 Диаметр стержня Длина стержня при пуск до пуск при пуск до пуск Лезвийная 2…4 3…5 1…3 2…10 Абразивная (шлифование) 0,5…1 0,5…1 – – выбирают в зависимости от типа про изводства и способа последующей об работки (табл. 12). В этом случае при пуски и допуски на утолщенную часть устанавливают так же, как и на элементы, штампуемые на прессах, а на стержни — как при выдавливании. Объем заготовки для штамповки в закрытых штампах должен быть на 2…5 % больше объема поковки, т.е. V зг = (1,02K1,05)V п . При штамповке стержневых поко вок выбирают заготовку, диаметр ко торой равен диаметру ее стержня. В за висимости от технических условий для выдавливания стержневых поковок используют калиброванный прокат или прокат с повышенной точностью. Основными техническими операция ми при штамповке таких поковок яв ляются высадка или прямое выдавли вание. Длину высаживаемой части заготовки определяют по формуле lв = ток под прошивку и глухих полостей определяет по формулам табл. 5. Припуски на обработку резанием и допуски на штампованные поковки выбирают согласно ГОСТ 7505–89 (см. гл. 1). При этом положительные допуски на размеры по высоте следует увеличить в 1,5–2 раза. Припуски и допуски на стержневые элементы по ковок, штампуемых выдавливанием, 255 Vв , S зг где V в — объем высаженной ее части. В зависимости от l в / d определяют число переходов и формоизменение на каждом переходе. На винтовых прессах штампуют поковки, для изго товления которых потребуется не бо лее двух переходов. При высадке поковок типа стержня на нем выполняют два различных ук 256 Глава 6. ШТАМПОВКА НА ВИНТОВЫХ ПРЕССАХ Рис. 5. Универсальный переналаживаемый блок штампа с осевым расположением направляю щих узлов лона — на части, примыкающей к фланцу или бурту, на длине (0,15… 0,20) d — 2…3°; на остальной — не бо лее 30¢. Штамповку поковок с глухими или сквозными полостями осуществляют об ратным выдавливанием. Для удоб ного выталкивания поковки матрицы изготовляют с конусными полостями, не превышающими 20¢. На рис. 5 показан универсальный переналаживаемый блок штампов с осевым расположением направляю щих узлов для высадки головок болтов и других стержневых поковок. Блок штампа содержит верхнюю 1 и нижнюю 7 плиты, закрепляемые хвостовиком и прихватами соответст венно. Их соосность обеспечена на правляющими колонками 2 и втулка ми 3. В пуансонодержателе 4 с помощью гайки 5 на подкладной закаленной плитке крепят верхнюю вставку 12, а на нижней в обойме 6 размещена ниж няя вставка 11. В зависимости от дли ны заготовки выталкив атель 9 с помо щью резьбовой пробки 10 перемеща ется в корпусе 8 и устанавливается на нужный размер. Изготовление поковок крестовин карданных валов, корпусов газосва рочной аппаратуры и т. п. проводят в штампах с разъемными матрицами, которые в процессе штамповки рас крываются по плоскости разъема на 0,2…0,5 мм. Учитывая это, при проек тировании штампов для точных поко вок в размеры полости штампа вводят соответствующую поправку. При проектировании штампов с разъемными матрицами необходимо предусмотреть возможность использо вания пневматических (рис. 6) или гидравлических устройств, клиновых или рычажных систем для раскрытия и закрытия матриц, а также выталки вания поковки. Штамп содержит верхнюю и ниж нюю части и цилиндрический направ ляющий узел скольжения. Нижняя часть штампа состоит из установленных на плите 8 корпуса 6 , разъемных матриц 4 и 17, пневматиче ского цилиндра 13, закрепляемого под столом пресса шпильками 12 с регули руемыми втулками 10 (крышки ци линдра соединены шпильками 14 ), трубы 9 с наклонной площадкой 15 (труба прикреплена к штоку 11), на садки 16, клиньев 18 и толкателя 7, скользящего по вкладышу 5. Верхняя часть штампа состоит из пуансона 3, пуансонодержателя 2 и верхней плиты 1; содержит втулки 20 и колонки 19, установленные и закреп ленные соответственно в верхней и нижней плитах штампа. В исходном положении ползун с верхней частью штампа находится в крайнем верхнем положении, а сомк ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ Рис. 6. Блок штампа с разъемными матрицами и пневматическим устройством для раскрытия и закрытия матриц с выталкивателями поковок нутые разъемные матрицы — в край нем нижнем, заготовка — в полости разъемных матриц. При движении ползуна пуансон опускается и деформирует заготовку. Полость матрицы заполняется ме таллом. Происходит оформление по ковки. При ходе ползуна вверх шток пнев матического цилиндра толкает разъ емные матрицы вверх. Матрицы при 257 подъеме размыкаются, а толкатель вы талкивает поковку из полости. Поков ка падает через трубу на наклонную площадку и затем в бункер. Шток пневматического цилиндра опускает ся, матрицы смыкаются. Рабочие де тали штампа занимают исходное по ложение. В штампах такой конструкции (как и в ранее рассмотренных) необходимо предусмотреть ограничитель хода. При его отсутствии избыток накоп ленной подвижными частями пресса эффективной (кинетической) энергии расходуется на упругую деформацию, в первую очередь — пуансона. Поэто му пуансон быстро выходит из строя. Материал пуансонов, матриц и дру гих рабочих деталей блоков штампа должен удовлетворять требованиям на дежной работы в условиях горячей штамповки при приложении удельных сил 500…1000 МПа. Для штампов реко мендуют стали: 5ХНМ, 5ХНВ, 3Х2В8, 4Х3ВМФ, 2Х8В8М2К8 и 40ХСМФ. Выталкиватель обычно изго товляют из стали 7X3 и подвергают термообра ботке, обеспечивающей твердость 44… 48 НRC. Деформирующие силы определяют по формулам, приведенным в гл. 5. При этом необходимо учитывать ско ростной коэффициент. Ориентиро вочно силу, необходимую для штам повки на винтовых прессах, определя ют по нижеприведенной формуле æ Fп ö ÷s в F п , P = aç 2 + 0,1 F п ç ÷ V п è ø где а = 3 при штамповке в закрытых штампах без значительного выдавли вания металла, а = 4 при штамповке в открытых штампах, а = 5 при штам повке выдавливанием в закрытых штампах; F п — площадь проекции по ковки;V п — объем поковки; s в — вре 258 Глава 6. ШТАМПОВКА НА ВИНТОВЫХ ПРЕССАХ менное сопротивление при температу ре штамповки. Штамповка в закрытых штампах с разъемными матрицами. Штамповка на винтовых прессах двойного действия (см. гл. 1) в закрытых штампах с разъ емными матрицами имеет существен ные преимущества по сравнению со штамповкой на универсальных прес сах традиционными процессами об лойной штамповки в открытых штам пах и штамповкой поковок в закрытых штампах. При выполнении операции штамповки в закрытых штампах с разъемными матрицами соблюдает ся следующая последовательность движения верхней матрицы 1 и пу ансона 2, которые закреплены на наружном 3 и внутренним 4 ползу нах винтового пресса двойного дей ствия (рис. 7). Перед ходом дефор мирования заготовка 6 устанавлива ется в нижнюю матрицу 5 штампа (рис. 7, а ). Ход разгона вниз оба ползуна совершают с одинаковой скоростью. При соприкосновении верхней и нижней матриц наруж ный ползун останавливается, а внутренний ползун и связанный с ним пуансон продолжают переме щаться вниз. Происходит деформи рование заготовки (рис. 7, б ). Сила прижима наружного ползуна при смыкании матриц штампа превы шает силу распора при штамповке по ковки. Соотношение силы деформи рования и силы смыкания матриц штампа сохраняется на всем ходе де формирования. После завершения де формирования первоначально пере мещается вверх внутренний ползун, а затем наружный, после чего оба ползу на перемещаются вверх с одинаковой скоростью. Винтовой механизм обеспечивает работу пресса без заклинивания в нижнем положении при любых коле Рис. 7. Последовательность штамповки в за крытых штампах с разъемными матрицами баниях объема штампуемой заготовки в любом интервале температур. Неже сткое перемещение наружного и внут рен него ползунов упрощают перена ладку пресса при переходе на другой тип поковок, что облегчает обслужи вание пресса особенно в серийном и мелкосерийном производствах. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ 259 13. Поковки, штампуемые в закрытых штампах с разъемными матрицами на винтовых прессах двойного действия Основным преимуществом штам повки на винтовом прессе двойного действия является получение поко вок сложной конфигурации за один ход ползунов пресса (табл. 13). На прессах можно штамповать поковки типа тел вращения с гладкой обра зующей поверхностью с фланцами, боковыми отростками, зубьями и ребрами, типа рычагов, вилок, а так же поковки, имеющие комбинации указанных конфигураций элементов. На рис. 8 приведены заготовка и от штампованная поковка шестерни с зубом на винтовом прессе двойного действия модели Ф3134 номинальной силой 2500 кН. На рис. 9 приведены отштампован ные поковки на винтовом прессе двойного действия модели Ф3132 но минальной силой 1600 кН. При переходе на штамповку на винтовых прессах двойного действия в закрытых штампах с разъемными мат Рис. 8. Заготовка и поковка шестерни с зубом, отштампованная на прессе Ф3134 260 Глава 6. ШТАМПОВКА НА ВИНТОВЫХ ПРЕССАХ Рис. 9. Поковки, отштампованные на прессе Ф3132 рицами повышается производитель ность труда кузнечной обработки до 2–4 раз за счет сокращения числа пе реходов с двух–четырех до одно го–двух и сокращение операции об резки, которая, как правило, осущест вляется на вспомогательном оборудо вании и связана с затратами производ ственных площадей. Штамповка в закрытых штампах с разъемными матрицами осуществля ется без облоя с минимальными значе ниями штамповочных уклонов и при пусков. При переходе с облойной штамповки поковок на штамповку в закрытых штампах с разъемными мат рицами обеспечивается снижение рас хода металла на 10…40 % за счет отсут ствия облоя, получение глубоких по лостей с незначительными уклонами (1…3°) или вообще без уклонов. Воз можность применения разъемных матриц дает возможность штамповать поковки с поднутрениями, перпенди кулярными направлению хода дефор мирующего ползуна, т.е. в наиболь шей мере приблизить внешние конту ры поковки к внешним контурам гото вой детали. Высокая точность размеров поков ки, оформляемой матрицами, опреде ляется отсутствием влияния упругой деформации винтового пресса от силы деформирования и гарантированное смыкание матриц штампа. В результа те допуски на размеры поковки по вы соте уменьшаются примерно в 2 раза. Уменьшение допусков приводит к со кращению припусков под механиче скую обработку примерно на 30 %. При этом КИМ повышается с 0,25… 0,7 до 0,5…0,85 или на 20…100 %. Это означает, что перевод на штамповку в закрытых штампах с разъемными мат рицами одной тонны деталей даст эко номию металла от 0,25 до 2 т. Отсутствие облоя и меньшие раз меры поковки позволяют снизить си лы деформирования в 3–4 раза за счет уменьшения площади контакта по ковки с инструментом и применять оборудование с меньшей номиналь ной силой. При этом энергетические затраты при штамповке снижаются на 20…100 %, т.е. прямо пропорциональ но снижению расхода материала в за висимости от формы и размеров дета ли. За счет отсутствия облоя и умень шения припусков и напусков по срав нению с облойной штамповкой сни жается до 40 % расход металла и уменьшается до 30 % трудоемкость последующей обработки. Уменьшение объема заготовки снижает энергоза траты на нагрев металла и ускоряет на грев заготовок перед штамповкой, что ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ важно при использовании кузнечных индукционных нагревателей. Штамповка на винтовых прессах двойного действия создает благопри ятные условия для получения дета лей с плотной структурой и располо жением волокон, исключающих их перерезание при последующей меха нической обработке. Более благо приятная схема деформирования обеспечивает увеличение стойкости инструмента. Например, стойкость инструмента при штамповке поко вок из конструкционных сталей на ходится в пределах от 3 до 15 тыс. штук, а при штамповке латунных поковок до 100 тыс. штук. За счет сокращения переходов с двух–трех до одного и сокращения операции обрезки облоя в 2–4 раза увеличивается производительность кузнечной обработки, а процесс штамповки выдавливанием улучшает структуру металла поковок, что повы шает их механические свойства. Ре сурс работы отштампованных таким способом шестерен с зубьями увели чивается до 30 %. Снижение силы де формирования (до 4 раз) изза умень шения объема заготовки, отсутствия облоя, а также изменения характера деформирования и расположения по ковки в штампе улучшает условия экс плуатации оборудования, а штамповка за один переход облегчает механиза цию и автоматизацию процесса. Процесс штамповки в закрытых штампах с разъемными матрицами с одним поперечным разъемом матриц штампов обеспечивает штамповку около 75 % поковок. При незначи тельном усложнении конструкции штампов можно также штамповать поковки с продольным разъемом мат риц штампа, что увеличивает номенк латуру штампуемых поковок. Штамповка на прессах может осу ществляться двумя способами: до упо 261 ра пуансона в поковку и до упора внут реннего ползуна в блок штампов. В обоих случаях точность размеров по ковки определяется конфигурацией штампа. Целесообразность примене ния каждого способа деформирования зависит от многих факторов, основ ными из которых являются сложность конфигурации, размеры штампуемой поковки и технологический процесс ее дальнейшей обработки. При штам повке вторым способом пуансон раз гружается по силе от избыточной ки нетической энергии рабочих частей в конце хода деформирования. Применение винтового пресса двойного действия существенно упро щает технологическую оснастку и не требует предварительной подготовки заготовки, так как процесс деформи рования осуществляется в закрытых штампах с разъемными матрицами выдавливанием в одном ручье штампа за один ход пресса. На рис. 10 приве дена типовая конструкция штампово го блока для штамповки детали «Кре стовина карданного вала». Штампо вый блок содержит сменные нижнюю 7 и верхнюю 4 матрицы, пуансон 1 и выталкиватель 6. Верхняя матрица крепится к верхней плите 3 фланцем 5, нижняя матрица — к нижней плите 9 фланцем 8. Пуансон кр епится к внут реннему ползуну 4 (см. рис. 7) пресса фланцем 2 (рис. 10). Нижняя плита штампа с нижней матрицей крепится к столу пресса, а верхняя плита с верх ней матрицей к наружному ползуну 3 (см. рис. 7). Процесс штамповки осуществля ется следующим образом. Заготовка устанавливается в нижнюю матрицу штампа. При включении привода пресса наружный и внутренний пол зуны с инструментом перемещаются вниз. В конце хода вниз верхняя и нижняя матрицы штампа смыкаются и наружный ползун останавливается, 262 Глава 6. ШТАМПОВКА НА ВИНТОВЫХ ПРЕССАХ Рис. 10. Блок штампа для штамповки в закрытых штампах с разъемными матрицами Рис. 11. Штамповый блок с «плавающей» мат рицей для штамповки в закрытых штампах с разъемными матрицами а внутренний ползун перемещается вниз и деформирует заготовку. При возвратном ходе последова тельно перемещаются вверх первона чально внутренний ползун относи тельно наружного, а затем оба ползуна вместе перемещаются в крайнее верх нее положение. При штамповке деталей с глубоки ми двусторонними внутренними по лостями или при штамповке высоких заготовок применяется штамповый блок с «плавающими» матрицами. Штамповый блок (рис. 11) состоит из верхней плиты 1, которая крепится к наружному ползуну. К верхней плите фланцем 2 крепится верхний бандаж 3, с запрессованной в него верхней мат рицей 4. Нижняя плита 5 крепится к столу пресса. На нижней плите закреп лен фланец 6, в котором установлен бандаж 7 с запрессованной в него ниж ней матрицей 8. Нижний бандаж и пу ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ ансон 10 с толкателем 11 опираются на каленую прокладку 9. Нижний бандаж с матрицей опираются на толкатели 12, подпружиненные пружинами 13. Пуансон 14 крепится к внутренне му ползуну фланцем 15. Направление верхней и нижней плит осуществляется направляющи ми колонками 16 и втулками 17. Этапы технологического процесса штамповки поковки (рис. 12) детали «Втулка» приведены на рис. 13. I. Исходное положение. Заготовка 3 диаметром 42,5 мм и высотой 44 мм устанавливается в нижней матрице 4, которая под действием пружин нахо дится в верхнем положении относи тельно нижнего пуансона 5, что обес печивает центрирование заготовки. Верхняя матрица 2 и пуансон 1 нахо дятся в крайнем верхнем положении. II. Редуцирование заготовки. После пуска пресса подвижные части разго няются вниз, верхняя матрица 2 при подходе к заготовке 3 начинает прямое 263 Рис. 12. Горячая поковка детали «Втулка» выдавливание и редуцирование заго товки до закрытия матриц. Затем про исходит совместное перемещение матриц вниз. Пуансон 1 находится в крайнем верхнем положении. III — IV. Процесс прямого и обрат ного выдавливания. Пуансон 1 пере Рис. 13. Этапы процесса штамповки в штампе с «плавающей» матрицей 264 Глава 6. ШТАМПОВКА НА ВИНТОВЫХ ПРЕССАХ мещается вниз, и осуществляется вы давливание заготовки 3 в верхнюю и нижнюю полости матриц штампа. V. Окончательная штамповка. При дальнейшем ходе деформирования происходит окончательное заполне ние всех полостей матриц штампа. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Живов Л.И. Овчинников А.Г., Складчиков Е.Н. Кузнечноштампо вочное оборудование: учебник для в узов / под ред. Л.И. Живова. М.: Издво МГТУ им. Баумана, 2006. 560 с. 2. Теория ковки и штамповки: учеб ное пособие / Е.П. Унксов, У. Джон сон, В.Л. Колмогоров и др.; под общ ред. Е.П. Унксова и А.Ч. Овчинников. 2е изд. перераб. и доп. М.: Машино строение, 1992. 720 с. 3. Машиностроение. Энциклопе дия. В 40 т. Т. III2. Технология заго товительных производств / под ред. В.Ф. Мануйлова. М.: Машинострое ние, 1996. 736 с. 4. Рябичева Л. Исследование на пряженнодеформированного состоя ния при обжиме поковок // Кузнеч ноштамповочное производство. 1996. № 10. 5. Машиностроение. Энциклопе дия. В 40 т. Т. IV–4. Машины и обору дование кузнечноштамповочного и литейного производств / под ред. Ю.А. Бочарова и И.В. Матвеенко. М.: Ма шиностроение, 2005. 926 с. Глава 7 ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОКОВОК Поковки, изготовляемые на ГКМ, в зависимости от их формы и технологиче ских особенностей штамповки можно подразделить на шесть групп (табл. 1). 1. Классификация поковок, изготовляемых на ГКМ I группа. Поковки типа стержня с утолщением Размеры поперечного сечения исходной заготовки сохраняются в стержневой части поковки неизменными. Формоизменение осуществляют высадкой. Кроме окончательного формовоч ного ручья используют наборные, предварительные формовочные, обрезные и отрезные ручьи, а также зажимные, пережимные и подъемные элементы ручьев 1 я п о д г р у п п а. Поковки с одним круглым или сложной формы утолщением на конце стержня На выбор заготовки влияют диаметр d заготовки и длина l с стержневой части поковки: при l с £ l,5 d используют прутковую заготовку; при l с > 1,5d — мерную заготовку. Отрезку паковок от прутка осуществляют сдвигом поковок при ходе подвиж ной матрицы. Если d > 20 мм, то отрезке заготовки предшествует ее пережим или обрезку проводят в два перехода: надрезка — в первом ручье и окончательная от резка — во втором. При штамповке прутковой заготовки используют передний упор; при штам повке мерной заготовки — задний упор Типы поковок Обозна чение А Б В Форма утолщения Особенность штамповки Примерно с постоянной Предпочтительное располо площадью сечения или уве жение формовочного ручья личивающейся в направле в пуансоне нии от торца к стержню Площадь поперечного сече Формовочные ручьи распо ния увеличивается в торцо ложены в матрицах вой части Предпочтительное располо Площадь поперечного сече жение формовочного ручья; ния увеличивается в сред частично — в матрицах, час ней части тично — в пуансоне Эскиз Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 266 Продолжение табл. 1 Обозна чение Г Форма утолщения Особенность штамповки Торцовый фланец перехо дит у стержня в уступ Формовочный ручей распо ложен частично или полно стью в матрицах С выемкой в средней части Необходимо использование предварительного ручья Эскиз Д Для размещения избытка ме талла, заполняющего полос ти ручья в матрицах и пуан соне, применяют облойный магазин, подобный магази нам в штампах КГШП. Е Сложная, несимметричная Для одностороннего пере распределения металла реко мендуется при штамповке сдвигать ось конического набора по отношению к оси стержня и использовать скос на торце пуансона предвари тельного формовочного ру чья для обеспечения боль шого набора металла на уча стке, соответствующем это му скосу Ж Некруглая Рекомендуется использовать задний упор 2 я п о д г р у п п а. Поковки с двумя утолщениями, расположенными на концах стержня Технологический процесс зависит от объема утолщений, диа метра d заготовки, длины стержня l с поковки и длины матриц. В зависимости от этих факторов возможна штамповка из мерной заготовки на одной ГКМ с одного нагрева или с раз дельным нагревом концевых участков заготовки и с поворотом ее на 180°. Первое утолщение штампуют от переднего упора; второе утолщение — от заднего упора. При штамповке от прутка используют скользящие матрицы с целью сокращения числа переходов и окончания всего процесса в одном штампе. Отделение поковки от прутка осуществляют при сдвиге ходом подвижной матрицы в отрезном ручье. Если все ручьи не размещаются в одном штампе, штамповку каждого утолще ния проводят раздельно с нагревом каждого утолщения. При этом могут быть ис пользованы различные ГКМ с номинальной силой, отвечающей размерам от дельного утолщения КЛАССИФИКАЦИЯ ПОКОВОК 267 Продолжение табл. 1 3 я п о д г р у п п а. Поковки с одним или несколькими утолщениями, расположенными вдоль стержня Уточнению подлежит необходимость использования скользящих матриц, ко гда длина участка l1 позволяет разместить его в пуансоне Типы поковок Обозна чение А В Особенность поковки Утолщения расположены на некотором расстоянии от торца стержня Особенности штамповки Высадку утолщения проводят в пуансоне или матрицах (концевой участок l1 разме щают в пуансоне). При l1 > d уклоны рав ны a = 30¢…2°. При наличии двух утолще ний штамповку осуществляют с поворо том заготовки на 180° Утолщения расположены вдоль стержня. Участки стержня выполнены без уклонов Использует штампы со скользящими мат рицами II группа. Поковки типа колец и втулок Размеры поперечного сечения по сравнению с исходной заготовкой изменя ются на всех участках поковок. Формоизменение поковки осуществляют высадкой и прошивкой, а заканчи вают операцией пробивки. Чаще всего поковки штампуют из прутковых загото вок с использованием переднего упора и отделением поковки от прутка при про бивке. В зависимости от принятого соотношения диаметров d (исходного прутка) и d0 (пробиваемого отверстия) штамповку проводят с пережимом, подъемом или постоянным сечением прутка у заднего торца поковки. Возможна также штам повка из мерной (на две поковки) и штучной заготовок. Помимо окончательного формовочного и пробивного ручьев могут быть ис пользованы наборные, предварительные формовочнопрошивные ручьи с за жимными, пережимными и подъемными элементами, а также обрезные ручьи. При d / d0 > 1,2 для удаления высечки используют отрезной ручей, предшествую щий циклу штамповки следующей поковки. При d / d0 > 1,8 используют совмещенный отрезнойпробивной ручей, в кото ром пруток отделяют от поковки сдвигом за счет хода подвижной матрицы с по следующей пробивкой отверстия при ходе ползуна. Если отрезнойпробивной ручей применяют без предварительного пережима, то проводят постепенную (двухпереходную и более) отрезку прутка сдвигом при ходе подвижной матрицы в предшествующих ручьях Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 268 Продолжение табл. 1 1 я п о д г р у п п а. Поковки типа колец Отношение высоты кольца к наружному диаметру H / D £ 0,7. При штамповке поковок характерно совмещение операций высадки и прошивки. Штамповку проводят в пуансоне (предпочтительно) или в матрицах. Более одного наборного перехода обычно не применяют, что обеспечивается подбором отношения дли ны высаживаемой части прутка l в к диаметру заготовки в пределах l в / d £ 2,5. На борный переход сопровождается в большинстве случаев предварительной фор мовкой элементов наружного и внутреннего контура поковки Типы поковок Обозна чение Особенность поковки А Б В Особенности штамповки Гладкие цилиндри ческие Если не требуется пережим прутка, то штам повку без наборного перехода проводят в пу ансоне при lв / d < 1,7 и в матрицах при , Штамповка может быть проведена lв / d < 15. без облоя с расположением ручья в пуансоне при 0,9 £ lв / d < 15 , или в закрытом ручье в матрицах при lв / d < 1,4. Получение поковки без облоя облегчается при использовании скользящего пуансона. При H / d0 < 0,6 и d0 = d возможно использование формовочного ручья без наметки под прошивку С цилиндрическим наружным и слож ным внутренним контуром По мере усложнения внутреннего контура, увеличения d1 по сравнению с d0 и уменьше ния s затрудняется сочетание высадки с про шивкой и увеличивается необходимость в до полнительных формовочных переходах Последовательность предварительного оформления элементов наружного контура в наборном ручье зависит от вида формовочно С цилиндрическим го ручья. Формовочной штамповке в пуансо отверстием и слож ным наружным кон не предшествует оформление фланца диамет ром D1 в наборном переходе. При штамповке туром в матрице фланец диаметром D1 получают в формовочном ручье Г Со сложным наруж ным и внутренним контуром Особенности конфигурации наружного и внутреннего контура колец этого типа во многих случаях исключают возможность рас положения формовочного ручья в пуансоне 2 я п о д г р у п п а. Поковки типа втулок Отношение высоты поковки к наружному диаметру H / D > 0,7. Формоизме нение при наборных переходах осуществляют высадкой с незначительной на чальной прошивкой, при формовочнопрошивных операциях — преимущест венно прошивкой с минимально возможным выдавливанием металла навстречу движению пуансона. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОКОВОК 269 Продолжение табл. 1 Расположение наборных ручьев (в матрицах или пуансоне) зависит от соотно шений геометрических размеров поковки. Формовочные ручьи располагают в матрицах Типы поковок Обозна чение А Форма втулки Особенности штамповки Для толстостенных поковок, у которых , может использоваться s / d0 > 0,3 и H / D £ 11, наборный переход в коническом пуансоне; для тонкостенных поковок при s / d0 < 0,3, а также при s / d0 > 0,3 и H / D >11 , используют наборный переход в матрицах. При этом по Гладкие цилиндри лучают центрирующий бурт с наметкой под ческие прошивку в торцовой части и утолщение на заднем торце, примыкающем к прутку. При H / D >1,4 и s / d0 £ 0,3 рационально при менять пруток, рассчитанный на две поковки. В этом случае высечка от первой поковки служит клещевиной при изготовлении второй поковки Б Конфигурация поковки облегчает образова ние на первых переходах центрирующего фланца диаметром D1, удерживающего заго товку при прошивке. С фланцем и ци линдрическим от верстием Возможна постепенная отрезка прутка сдвигом при ходе подвижной матрицы с предваритель ным пережимом прутка, а в некоторых случаях и без пережима. Окончательное отделение по ковки от прутка ходом подвижной матрицы выполняют перед пробивкой отверстия в том же ручье (отрезнойпробивной ручей) В С цилиндрическим Изменение толщины стенки поковки необ наружным и слож ходимо учитывать в изменениях поперечных ным внутренним сечений в наборном переходе контуром Г С двумя буртами и более и цилиндри ческим отверстием Для образования бурта, примыкающего к прутку, в процессе предварительной штам повки в некоторых случаях требуются повы шенные удельные усилия. Поэтому штам повку приводят с образованием облоя, бурт располагают в матрицах, а высадку осталь ной части поковки выполняют в пуансоне. Объемы металла, находящиеся по разные стороны облоя, должны быть одинаковы на всех переходах. На участке поковки диамет ром D1 с малой толщиной стенки s необходим пережим прутка Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 270 Продолжение табл. 1 Обозна чение Д Форма втулки Со сложным на ружным и внутрен То же, что и для поковок типов В и Г ним контуром Е С асимметричными элементами и ме стными выступами Ж Особенности штамповки С фасонной фор мой торца Выбор варианта предварительной формовки (в том числе пережим прутка в средней час ти ходом подвижной матрицы или набор несимметричной формы) зависит от конфи гурации местных выступов, их числа и рас положения. Формирование набора может выполняться с образованием поперечного заусенца, обеспечивающего заполнение не симметричной полости. В последующем ру чье необходимо предусмотреть отрезку за усенца Изза сложности формы торцовой поверхно сти возникает необходимость ее окончатель ного оформления на первых переходах и штамповки с заусенцем 3 я п о д г р у п п а. Поковки с отверстием, прошиваемым с двух сторон Поковки с разнообразной конфигурацией внутренних и наруж ных поверхностей. Технология изготовления поковок этой под группы отличается от технологии изготовления поковок двух пре дыдущих подгрупп тем, что разделение поковки и прутка не мо жет быть выполнено в конце цикла штамповки. Поэтому в про цессе штамповки необходимо использовать задний упор и штуч ную заготовку с поворотом ее на 180° III группа. Поковки с полостями (глухими отверстиями) По конфигурации наружных и внутренних поверхностей поковки этой груп пы аналогичны поковкам II группы. В технологическом отношении они отлича ются от предыдущей группы отсутствием операции пробивки. Формоизменение осуществляют высадкой и прошивкой. Помимо оконча тельного формовочного ручья могут быть использованы наборные, предвари тельные формовочнопрошивочные, отрезные и обрезные ручьи с зажимными, пережимными и отрезными элементами 1 я п о д г р у п п а. Поковки с односторонними полостями Штамповку проводят с передним упором в основном от прутковой заготовки. Отделение поковки от прутка осуществляют в отрезном ручье с предваритель ным пережимом и последующим сдвигом при ходе подвижной матрицы. Реже применяют двухпереходную (и более) отрезку в отрезных вставках штамповоч ных ручьев сдвигом прутка при ходе подвижной матрицы КЛАССИФИКАЦИЯ ПОКОВОК 271 Продолжение табл. 1 Типы поковок Обозна чение А Форма втулки С неглубокой по лостью или без нее, с размерами поперечных сече ний, отличающих ся от размера d ис ходного прутка Формоизменяющие операции и штамповочные ручьи (элементы ручьев) для поковок этого ти па аналогичны формоизменяющим операциям и штамповочным ручьям (элементам ручьев) для поковок I группы 1й подгруппы. Полости получают прошивкой в сочетании с высадкой, как и у поковок II группы 1й подгруппы Гладкие с глубо кой полостью Особенности штамповки аналогичны штамповке поковок гладких цилиндрических втулок (II2А). При большой длине H поковки рационально вы бирать исходную заготовку на две поковки и, применяя постепенный пережим прутка, прово дить штамповку с поворотом. Благодаря пережи му зажимная часть ручья имеет минимальную длину, равную (l…1,5) d. При необходимости по лучения отчетливого контура с относительно ост рыми углами в задней части поковки и необходи мостью ровного заднего ее торца применяют штучную заготовку и штамповку от заднего упора Б В Особенности штамповки С полостью и переменным сечением Те же, что и для поковок колец и втулок (II1 и II2), а также поковок типов А–Б данной группы 2 я п о д г р у п п а. Поковки, в которых полости расположены с двух сторон Поковки с разнообразной конфигурацией внутренних и наружных поверхностей, подобные поковкам II группы 3й подгруппы и отли чающиеся от них в технологическом отношении отсутствием опера ции пробивки IV группа. Полые поковки, штампуемые из труб К этой группе относят поковки, размеры поперечных сечений которых изме няются преимущественно на концевых участках трубы. Утолщения в средней части трубы получают так же, как у поковок I группы 3й подгруппы. Процесс обжатия трубы по наружному диаметру, особенно на неконцевых участках, целесообразнее проводить на радиальнообжимных и ротационнооб жимных машинах. Формоизменение поковки осуществляют высадкой и разда чей (или высадкой с раздачей), а также обжимом. Трубу фиксируют, как правило, по заднему упору. Рекомендуется проводить штамповку в два перехода. При большем числе ручьев необходим дополнительный нагрев трубы. Во всех технологических формоизменяющих переходах длина оправки долж на быть больше длины деформируемого на этом переходе участка трубы Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 272 Продолжение табл. 1 1 я п о д г р у п п а. Поковки с утолщенной стенкой Утолщение стенки осуществляют высадкой с последующим ее утонением в том случае, если формоизменение утолщения завершается раздачей Типы поковок Обозна чение А Форма втулки Особенности штамповки С уменьшенным внутренним диамет ром трубы Форма утолщения удобна для набора метал ла, осуществляемого высадкой. При большой длине высаживаемой части l в первом переходе увеличивают толщину стенки s до 0,75 s0 и во втором — до s0 . Та кое ведение процесса предотвращает образо вание продольного и торцового заусенцев и способствует лучшему удалению окалины Б Форма утолщения менее удобна для набора металла высадкой по сравнению с предыду щей поковкой. За один переход можно полу чить утолщение с толщиной стенки s0 £ 125 , s. С увеличенным наружным диаметром трубы При l £ 0,75D и D0 £ D 2 + 0,75d 2 можно про водить утолщение стенки в два перехода. В первом переходе осуществляют высадку с уменьшением внутреннего диаметра трубы не более чем в 2 раза; во втором — раздачу трубы до первоначального внутреннего диа метра и требуемого наружного. При l > 0,75D и D0 £ D 2 + 0,75d 2 высадку про водят в три перехода с двумятремя нагревами. В первых двух переходах высаживают металл трубы с уменьшением ее внутреннего диаметра и в третьем переходе проводят раздачу. При l = (1K2,5)D и D0 = (15 , K2)D высадку вы полняют в четыре перехода. В первом пере ходе высаживают металл внутрь трубы с уменьшением d на 25 %, во втором — одно временно внутрь и наружу с уменьшением d на 50 %; в третьем переходе высаживают ме талл с увеличением наружного диаметра при постоянном внутреннем диаметре, равном 0,5 d. В четвертом переходе производят раз дачу трубы до первоначального диаметра d и заданного наружного диаметра D0 В Выбор формы промежуточных переходов С увеличенным наружным и уменьшен проводят с учетом того, что форма утолще ным внутренним диаметрами трубы ния этого типа приближается в большей или меньшей степени к типу А или Б данной подгруппы в зависимости от требуемого уве личения D0 по сравнению с D или уменьше ния d0 по сравнению с d соответственно КЛАССИФИКАЦИЯ ПОКОВОК 273 Продолжение табл. 1 Обозна чение Форма втулки Г С фланцем Д С фланцем при уменьшенном внутреннем диа метре трубы Особенности штамповки Возможность одно или многопереходной вы садки, а также форма промежуточных перехо дов зависят от объема фланца Vф и размеров D0 , D и d. В общем случае фланец получают из утолщения типа Б этой подгруппы. Так, фланец с D0 = (2K2,5)D может быть высажен из утолщения типа Б с l = (0,5K10 , )(D - d), по лученного за тричетыре перехода Фланец может быть получен из утолщения типа В этой подгруппы раздачей, заканчи вающейся доштамповкой высаживанием 2 я п о д г р у п п а. Поковки, имеющие примерно постоянную толщину стенки Технология изготовления поковок этой подгруппы отличается от технологии изготовления поковок предыдущей подгруппы тем, что высадка для этих поко вок не является основной формоизменяющей операцией. Для сохранения при мерно постоянной толщины стенки ее утонение при раздаче должно компенси роваться последующей или предшествующей подсадкой, а ее утолщение при об жатии — последующей калибровкой раздачей Типы поковок Обозна Способ получения чение А Раздача Особенности штамповки Раздача может осуществляться со сжимающими меридиальными напряжениями. Если проведение раздачи и подсадки стенок тру бы за один переход оказывается невозможным, то сначала про водят утолщение стенок, а затем раздачу. Во избежание утяжки, разрывов и эксцентричности на конце трубы раздачу осуществляют при растягивающих меридиальных напряжениях. До начала раздачи на конце трубы высаживают фланец (бурт), который затем удаляется в обрезном ручье штам па. При раздаче с растяжением допустимое за один переход уве личение диаметра ограничивается изза возможного отрыва заго товки от фланца или образования продольных трещин в участках с наибольшим тангенциальным растяжением Б Обжим Возможен обжим в коническом пуансоне или при ходе подвиж ной матрицы с поворотом трубы. Наилучшим оборудованием для получения поковок этого типа яв ляются ротационнообжимные и радиально обжимные машины V группа. Поковки смешанной формы Разнообразные по конфигурации поковки, в том числе с отростками и разви линами, с прямой и криволинейной осью, с глухими или сквозными отверстия ми, ось которых может не совпадать с осью стержневой части поковки. Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 274 Продолжение табл. 1 При изготовлении этих поковок необходимы сочетания отдельных техноло гических операций, указанных для поковок первых трех групп, а также дополни тельных операций, ограниченно применяемых при штамповке на ГКМ, — вы давливания, расплющивания, гибки, протяжки, волочения 1 я п о д г р у п п а. Поковки с особой формой утолщений или стержневой части В поковках сочетаются особенности конфигурации поковок I группы. Изготовление поковок требует помимо технологических операций, указан ных для поковок I группы, применения операций выдавливания, расплющива ния, протяжки, пережима и гибки Типы поковок Обозна чение А Способ получения Особенности штамповки С высаженным утолщением и отростком, получаемым выдавливанием Выступы могут быть получены выдавливанием в соот ветствующую полость формовочного пуансона. В зави симости от конфигурации утолщения штамповку про водят в закрытом или открытом штампе с поперечным облоем. Для отчетливого оформления отростка необхо димы повышенные удельные силы, что ограничивает получение поковок с подобными элементами на ГКМ Б С расплющенным утолщением Расплющивание предварительно высаженного участка шарообразной формы осуществляют ходом подвижной матрицы; стержень может быть расположен горизон тально (предпочтительно) или вертикально. При недостаточной силе зажимного ползуна ГКМ хо дом подвижной матрицы проводят предварительное расплющивание утолщения, полученного в наборном переходе. Окончательную формовку производят пуансоном В С протянутым участком стержня Г В зависимости от требуемой длины l и ширины b об жатие в протяжном ручье может быть осуществлено за один ход подвижной матрицы (расплющивание) или за несколько последовательных ходов с рядом последова тельных подач прутка (протяжка). Технологические операции подобного типа рациональнее осуществлять на молотах или ковочных вальцах Поковки получают двумя способами. С утолщением типа развилин Первый способ — перед штамповкой развилины заго товку надрезают пилой с образованием паза. В ручьях штампа части заготовки, полученные при надрезке, разводят и формуют развилину соответственно полости штампа. Второй способ — заготовку, в том числе после высадки утолщения, пережимают ходом пережимного пуансона с образованием развилины КЛАССИФИКАЦИЯ ПОКОВОК 275 Продолжение табл. 1 Обозна чение Способ получения Особенности штамповки Д При высадке несимметричных утолщений окончатель ной формовочной штамповке предшествует гибка прутка, осуществляемая ходом подвижной матрицы. Длину отгибаемой части и угол гибки прутка определя ют с учетом формы высаживаемого утолщения и объе ма облоя. При необходимости гибка может сопровож даться предварительным перераспределением металла формовкой и расплющиванием С утолщением, полученным гибкой и высадкой Е С изогнутой стержневой ча стью Гибку осуществляют ходом подвижной матрицы. В не которых случаях для обеспечения четкой конфигура ции в углах ручья применяют доштамповку при ходе пуансона в скользящих матрицах Ж С гнутой петлей на конце стержня Петлю получают ходом подвижной матрицы, в процес се которого происходит гибка прутка в горизонтальной плоскости. Окончательную гибку проводят пуансоном 2 я п о д г р у п п а. Поковки с полыми утолщениями на концах стержня В конфигурации поковок сочетаются элементы форм поковок I и III групп. К этой подгруппе относят также поковки с глухими и сквозными полостями, оси которых не совпадают с осью стержня, что отличает их от поковок других групп. В конфигурации поковок возможны и криволинейные стержни, получаемые с помощью гибки Типы поковок Обозна чение Форма поковки А С прошитой частью примерно постоянного сечения Особенности штамповки По технологии изготовления эти поковки подоб ны поковкам гладких цилиндрических втулок (II2A). Наличие стержневой части облегчает прошивку заготовки с образованием на первых переходах центрирующего фланца, с помощью ко торого заготовка удерживается при прошивке (аналогично поковкам типа II2Б); отрезку флан ца осуществляют в обрезном штампе ГКМ. Для тонкостенных поковок данного типа возможно утонение стенки на ГКМ волочением или выдавливанием Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 276 Окончание табл. 1 Обозна чение Форма поковки Б Особенности штамповки Поковки с полыми утолщениями, ось полости которых совпадает с осью стержня; в технологическом отношении подобны поковкам с полостями пере менного сечения (III1В). С утолщениями, глухими полостями или со сквозными отверстиями различной формы При штамповке поковок, у которых ось отверстия не совпадает с осью стержня (например, перпендикулярна ей), выполняют высадку утолщения требуемой (например несимметрич ной) формы. При необходимости высаженное утол щение может подвергаться формовоч ному расплющиванию, осуществляе мому ходом подвижной матрицы. Формовку полости и пробивку отвер стия (при получении сквозного отвер стия) чаще осуществляют ходом пуан сона в верхней части штампа. Если ось отверстия перпендикулярна цен тральной оси поковки, то поковку при осуществлении этих операций удерживают в вертикальном положе нии. Пробивка отверстия может осу ществляться также ходом подвижной матрицы с расположением поковки в вертикальном или горизонтальном положении V I г р у п п а. Поковки, требующие дополнительной штамповки на ГКМ Поковки разнообразной формы, в которых перед обработкой на ГКМ не обходимо получить базовые поверхности для позиционирования в штам пах ГКМ 1 я п о д г р у п п а. Поковки с концевыми утолщениями, высажен ными на ГКМ 2 я п о д г р у п п а. Поковки с полостями, прошитыми на ГКМ 3 я п о д г р у п п а. Поковки с подсаженными на ГКМ штампо вочными уклонами или выполненными на ГКМ другими операциями формоизменения КЛАССИФИКАЦИЯ РУЧЬЕВ ШТАМПОВ ГКМ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ РУЧЬЕВ ШТАМПОВ ГКМ Классификация ручьев штампов ГКМ приведена на рис. 1. В ней учтены 277 возможности ГКМ при выполнении отдельных технологических операций. Названия ручьев соответствуют их ос новному технологическому назначе нию. В классификации не рассмотре Рис. 1. Классификация ручьев ГКМ 278 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ ны все комбинации формоизменяю щих операций, которые могут быть вы полнены в одном ручье штампа. На пример, высадка в наборном ручье или штамповка в формовочном могут соче таться с операциями пережима, час тичной или окончательной отрезки по ковки от прутка, хотя пережим и отрез ка могут осуществляться и в отдельных пережимном и отрезном ручьях. В за висимости от технологического назна чения различают части ручьев: зажим ные, пережимные, подъемные, набор ные, формовочные, пробивные, обрез ные и отрезные. Обычно эти части ручьев предусматривают в отдельных матричных вставках. 3. ШТАМПОВОЕ ПРОСТРАНСТВО И БЛОКИ ШТАМПОВ Основные характеристики ГКМ с вертикальным разъемом матриц долж ны соответствовать ГОСТ 7023–89. Схема крепления блоков штампов ГКМ показана на рис. 2. При подъеме клина 1 (рис. 3) с по мощью болта 2 пуансонодержатель пе ремещают по направлению к матри цам, причем длина штампового про странства уменьшается. При наиболее низком положении клина длина L1 штампового пространства наиболь шая. Чтобы иметь возможность увели чивать или уменьшать длину штампо вого пространства при наладке штам пов, расчетная закрытая длина L р (см. рис. 2) должна быть на 2…4 мм меньше максимально возможного значения L1 (см. рис. 3). С учетом этого соотноше ния размеров определяют расстояние l z (см. рис. 2) между передним торцом пуансонодержателя и опорной по верхностью матриц. На рис. 4 и 5 по казаны различные способы крепления пуансонов в пуансонодержателе. Рис. 2. Схема крепления и габаритные размеры блоков штампов ГКМ: 1 — правый (неподвижный) блок матриц; 2 — левый (подвижный) блок матриц; 3 — упорные болты; 4 — клеммы крепления; 5 — крепежные болты; 6 — шпонки; 7 — пуансонодержатель; 8 — упорный (прижимной) болт; 9 — задняя прижимная планка с упорным болтом ШТАМПОВОЕ ПРОСТРАНСТВО И БЛОКИ ШТАМПОВ Так как длина пуансонодержате ля L¢ = L - m известна (см. рис. 2), то l z = L р - L ¢. (1) По значению l z определяют дли ны блоков матриц и пуансонов. Выступ толщиной m (см. рис. 4) ис пользуют для устранения вращения пуансонов во время работы. Регулировку закрытой ширины штампового пространства (см. рис. 2) Рис. 3. Штамповое пространство ГКМ Рис. 4. Блок пуансонов (пуансоподержатель) в сборе: 1, 2 и 3 — пуансоны Рис. 5. Способы крепления пуансонов в пуансонодержателе: а — упорными болтами; б — стяжными болтами 279 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 280 осуществляют за счет прокладок из лис товой стали. Рекомендуется применять не более двух прокладок для каждого блока матриц. По размерам штампового про странства устанавливают габаритные размеры штампов и, следовательно, выявляют возможность размещения нужного числа ручьев для штамповки поковок заданного размера. Рабочий ход, являющийся частью прямого хода главного ползуна, опре деляет максимальное расстояние, на котором можно осуществить дефор мацию штампуемой заготовки. От хо да зажимного ползуна зависит наи большее раскрытие матриц, соответ ствующее максимальному диаметру поковки при необходимости ее пере мещения из ручья в ручей или удале ния из штампа без осевого переме щения. Ход зажимного ползуна следует учитывать также в тех случаях, когда подвижную матрицу используют для выполнения расплющивания, пробив ки, гибки и тому подобных технологи ческих операций. В табл. 2 даны размеры блоков мат риц (заготовок), а в табл. 3 — блоков пуансонов (заготовок) с фланцевым и винтовым креплениями. 2. Размеры, мм, блоков матриц (заготовок) штампов в зависимости от силы ГКМ Сила B (поле до ГКМ, МН пуска h12) H b h l (поле до пуска h8) d h1 L 1,0 100 250 21 7,5 70 М16 35 100; 120; 140; 160 1,6 120 310 21 7,5 70 М16 35 140; 160; 180; 200 2,5 140 380 21 7,5 70 M16 35 180; 200; 220; 250; 280 4,0 160 480 21 7,5 70 М16 35 220; 250; 280; 320; 360 6,3 200 590 51 10,5 100 М24 50 250; 280; 320; 360; 400; 450; 500 8,0 220 660 51 10,5 100 М36 70 250; 280; 320; 360; 400; 450; 500 10,0 220 740 51 10,5 100 М36 70 280; 320; 360; 400; 450; 500; 560 12,5 260 820 51 10,5 127 М36 70 320; 360; 400; 450; 500; 560; 630 1 — гнездо 3. Размеры, мм, блоков пуансонов (заготовок) штампов в зависимости от силы ГКМ ШТАМПОВОЕ ПРОСТРАНСТВО И БЛОКИ ШТАМПОВ 281 60 80 100 130 160 200 210 230 1,0 1,6 2,5 4,0 6,3 8,0 10,0 12,5 B (от Сила кло ГКМ, нение МН по f 9) 610 680 760 840 608 758 658 808 708 908 500 400 330 270 566 716 606 486 426 324 264 L H (от клоне ние по h12) M36 M24 Ml6 d 123 118 108 96 86 76 64 59 M – – – 75 58 42 40 a 200 180 175 135 105 85 65 45 B1 – – – 140 110 75 55 b 215 200 165 115 100 l 265 250 245 240 200 190 135 115 l1 315 300 290 280 235 215 155 130 l2 l4 80 70 60 – 320 270 260 220 200 180 100 – Допустимое отклонение +3 мм l3 530 490 460 425 355 320 220 185 l5 25 55 25 55 20 50 20 50 30 15 30 15 10 l6 100 90 80 70 60 h 70 50 35 h1 h3 120 100 80 60 – 580 500 460 390 320 220 190 – Допустимое отклонение +3 мм h2 40 35 25 20 15 – h4 15 10 r Окончание табл. 3 282 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ ШТАМПОВОЕ ПРОСТРАНСТВО И БЛОКИ ШТАМПОВ Рис. 6. Исходная заготовка и переходы штам повки поковки с глухим отверстием на ГКМ с горизонтальным разъемом матриц (штриховой линией показана внутренняя полость) В настоящее время получают рас пространение ГКМ с горизонталь 283 ным разъемом матриц. При этом об легчается получение поковок из мер ной заготовки, деформируемой во всем объеме (рис. 6). При горизон тальном разъеме матриц облегчается механизация передачи прутка из ру чья в ручей, но возникают затрудне ния в удалении окалины и охлаждаю щей жидкости из полости штампа. На рис. 7 показаны матрицы и пуан сонодержатели к ГКМ с номиналь ной силой 6,5 МН после обработки мест креплений матричных вставок и пуансонов. Рис. 7. Матрицы и пуансонодержатели к ГКМ (номинальная сила 6,5 МН) с горизонтальным разъ емом матриц после обработки мест креплений матричных вставок и пуансонов: 1 — блок матриц; 2 — блок пуансонодержателей; 3 — крышка; 4 — центрирующие детали; 5 — шайба; 6 — пружины; 7, 8 и 9 — винты; 10 — штифт; 11 — тарельчатые пружины 284 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ СИЛЫ ШТАМПОВКИ И ВЫБОР ГКМ Силу ГКМ, необходимую для штамповки в открытых штампах, оп ределяют по формулам для расчета си лы кривошипного горячештамповоч ного пресса (гл. 4). Ширину и толщину облоя (заусенца) в зависимости от диаметра высаживаемой части поков ки D определяют по табл. 9. При штамповке в закрытых формо вочных и прошивных ручьях сила P =K pD 2 s bt , 4 (2) где D — диаметр поковки; при высадке в конусной полости пуансона в послед ней формуле D — больший диаметр по лости; sbt — временное сопротивление при температуре ковки и скорости де формации (см. т. 1, гл. 1); K — коэффи циент, определяемый, в зависимости от вида штамповки на ГКМ, по табл. 4; для наборных переходов K = 1. Силу, необходимую для штамповки в пробивных и обрезных ручьях, опреде ляют так же, как и силу обрезного прес са (гл. 10); силу при отрезке — так же, как силу по формулам резки на пресснож ницах. Определив Р, подбирают ГКМ по каталогу. Если высота штампового пространства не позволяет разместить в штампе требуемое число ручьев, то выбирают по каталогу ближайшую бóльшую машину, а иногда и следую щую машину, т. е. через одну ступень. Высоту штампа можно определить из выражения, приближенно учиты вающего размеры переходов, число пе 4. Коэффициент K для определения силы штамповки в закрытых формовочных и прошивных ручьях ГКМ (по В.И. Залесскому) Тип и эс киз опера ции Значение коэффици ента K П р и м е ч а н и е. В операциях типа IV (прошивка с радиальной раздачей металла) фланец подго товляют в предыдущем ручье. СОСТАВЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ реходов и толщину стенок между ручь ями штампа: H = åD k + 0,3 å(D k + l k ) + 10( k + 1), (3) где D k — наибольший диаметр перехо да соответственно в каждом ручье; l k — длина перехода соответственно в каждом ручье; k — число переходов (без отрезки и высечки). Сравнивая полученное значение Н с допускаемой максимальной высотой штампа, по технической характери стике ГКМ устанавливают, удовлетво ряет ли выбранная машина указанно му выше условию. Для поковок некруглой формы не обходимую силу для штамповки опре деляют, ориентируясь на приведен ный диаметр: D п = 1,13 F п , где F п — площадь проекции поковки в плане. 5. СОСТАВЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ Припуски и допуски определяют в со ответствии с ГОСТ 7505–89, учитывая ориентировочное превышение массы поковки по сравнению с массой упро щенной готовой детали. Если все эле менты готовой детали выполняют штамповкой, то превышение массы по ковки устанавливают по отношению к массе готовой детали. С учетом относи тельной сложности формы поковки превышение массы поковки по сравне нию с массой упрощенной готовой де тали составляет 20…70 % и более. Ниж ний предел интервала соответствует сплошным поковкам; верхний — по лым поковкам со сквозной и несквоз ной прошивкой, а также штампуемым из труб. После расчета припусков, до 285 пусков и назначения напусков уточня ют массу и степень сложности поковки. Если полученные значения оказывают ся вне интервалов величин, принятых при расчете припусков, допусков и ра диусов, то проводится дополнительный расчет для новых интервалов, которым соответствуют найденные масса и сте пень сложности. В массу поковки не входит масса той ее части, которую не подвергают деформации, а также масса облоя. Это указание распространяется на все по ковки, штампуемые от заднего упора, а также на поковки со сквозными и глухими отверстиями (II и III группы), если их штампуют из прутка от перед него упора. В соответствии с ГОСТ 7505–89 в массу поковки должна входить часть стержня, зажимаемого штампами. Это указание относится к поковкам со стержневой частью I и V групп, кото рые штампуют от переднего упора с отделением от прутка при ходе под вижной матрицы ГКМ. Длина стерж невой части поковки, зажимаемой матрицами, в данном случае равна длине стержня, который не подвергал ся деформации в процессе высадки, и отделяется от прутка согласно конфи гурации поковки. В отдельных случаях фактически длина прутка, необходи мая для удержания поковки в зажим ных матрицах, может отличаться от отделяемой от прутка длины стержня поковки. При изготовлении поковок I и V групп (в том числе с двусторонней вы садкой) или поковок, у которых стер жень не подвергают деформации, при пуски устанавливают с учетом допус ков по длине стержней, выходящих за пределы штампов и не подвергающих ся деформации. Штамповочные уклоны. Максималь ные значения штамповочных уклонов оговорены ГОСТ 7505–89 с учетом фор 286 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ мы детали, соотношения размеров и особенностей штамповки. Штамповочные уклоны поверхно стей поковок, параллельных и перпен дикулярных перемещению ползуна, определяют по табл. 5. Допуски на штамповочные укло ны устанавливаются в пределах 0,25 максимальных значений штампо вочных уклонов и вносятся в черте жи поковки по требованию потре бителя. 5. Штамповочные уклоны Поверхности поковки Штамповочные уклоны, эскизы поковок, пояснения к выбору уклонов I. Поверхности поковок параллельны перемещению ползуна Поверхности А и Б выполняют без штамповочных уклонов Наружные, в том чис ле оформляемые в матрицах выдавлива нием в пуансоне Угол b зависит от отношения L/D L/D До 0,3 Св. 0,3 до 1,2 Св. 1,2 до 2,2 Св. 2,2 до 3,2 Св. 3,2 до 4,2 15¢ 30¢ 45¢ 1° b 0 ° Максимальное значение штамповочного уклона a max £ 3 ; минимальное значение a (a 1 , a 2) зависит от отношения l / d1 (l1 / d2, l2 / d3 ) Внутренние в сквоз ных и глухих полос тях, выполняемых пуансоном l æ l1 l2 ö ç ; ÷ d1 çè d2 d3 ÷ø До 0,5 Св. 0,5 до 1,5 Св. 1,5 до 2,5 Св. 2,5 до 3,5 Св. 3,5 до 4,5 a (a 1; a 2) 0 15¢ 30¢ 45¢ 1¢ l æ l1 l2 ö ç ; ÷ d1 çè d2 d3 ÷ø Св. 4,5 до 5,5 Св. 5,5 до 6,5 Св. 6,5 до 7,5 Св. 7,5 до 8,5 a (a 1 ; a 2) 1°15¢ 1°30¢ 1°45¢ 2° СОСТАВЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ 287 Окончание табл. 5 Поверхности поковки Штамповочные уклоны, эскизы поковок, пояснения к выбору уклонов Глубокие полости для уменьшения угла a разделяют по высоте на не сколько участков II. Поверхности поковок перпендикулярны перемещению ползуна Штамповочные уклоны для замкнутых штампов поверхностей ступенчатых поковок, оформ ляемых в матрицах Максимальное значение внутреннего уклона g max £ 7°. Угол g(g1 , g 2) зависит от h С внутренними укло нами h, мм До 10 Св. 10 до 16 Св. 16 до 25 Св. 25 до 40 Св. 40 g,K° 1 2 3 5 7 Максимальное значение внешнего уклона zmax £ 5°. С внешними уклонами С большими радиуса ми переходов Радиусы закруглений внешних и внут ренних углов на наружном и внутреннем контурах поковки определяют по табл. 6. Поле допусков на радиусы внеш них R и внутренних r закруглений по ковок принимают по ГОСТ 7505–89. При этом нижнее отклонение внешне го радиуса R должно согласовываться с наименьшими радиусами закруглений Rmin по ГОСТ 7505–89. Верхнее от клонение внешнего радиуса R прини Угол z можно выбрать в зависимости от h, ос новываясь на данных для внутреннего угла g и с учетом того, что при равных значениях h сле дует принимать z < g Штамповочные уклоны не требуются, если по верхность образована сопряжением дуг радиу сов R и r мают из условия обеспечения нор мального среднего припуска на меха ническую обработку. Допускаемые отклонения формы поковки (торцовой части стержня, сме щение по поверхности разъема, ступен чатость, кривизна, неперпендикуляр ность, разнотолщинность, овальность, разностенность, поверхностные дефек ты) определяют по табл. 7; допустимые величины заусенцев — по табл. 8. 288 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 6. Радиусы закруглений Условия назначения радиуса закругления Радиус закругления, эскиз элемента поковки, пояснения к выбору радиуса Радиусы R закругления внешних углов поковок Принимают по ГОСТ 7505–89 в зависимости от глубины полости l (в штампе) и массы поковки 1. Наименьшее зна чение радиуса При наличии заусенца на переднем торце по ковки R ³ 0 При на личии на детали острой кромки n + n1 , R= 2 2. По наружному контуру поковки где n и n1 — размеры, мм есть припуск на об работку резанием При наличии на детали фаски под уг лом 45° R= n + n1 + c, 2 где с — размер фаски, мм Если угол фаски не равен 45°, отре зок а = R находят графически из ус ловия, что минимальное расстояние от фаски до дуги, образуемой ра n + n1 диусом, больше или равно 2 3. Для элементов поковки, получае мых выдавливанием d R = 01 , L1 + 1 £ 1 . 2 n + n1 припуск по торцу уве При R > 2 личивают до n1¢ , чтобы получить нормальный припуск по углу СОСТАВЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ 289 Окончание табл. 6 Условия назначения радиуса закругления Радиус закругления, эскиз элемента поковки, пояснения к выбору радиуса 4. На внутреннем контуре поковки Определяют так же, как и радиус R на внешнем контуре поковки Радиусы r закругления внутренних углов поковок Принимают в зависимости от высо ты бурта h: r = 0,2 h + 1. На наружном кон туре поковки Если r + R > h, то r определяют из условия получения плавного сопря жения Принимают в зависимости от d1 , d2, l и l1: На внутреннем кон туре поковки r = 0,07(d1 + l), r1 = 0,07(d2 + l1 ), но r ³1,5 мм П р и м е ч а н и я: 1. Рассчитанные по указанным рекомендациям радиусы R и r следует округлить до ближайшего большего значения из следующего ряда: 0,8; 1,0; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 6; 8; 10; 12; 15; 20; 25 мм. 2. Введение фасок на всех внешних и внутренних кромках детали расширяет возможность приме нения в поковке больших радиусов закруглений и допусков на них, что повышает технологичность конструкции поковки. 7. Допускаемые отклонения формы поковок Отклонения формы На конце стержня допускается смятие u £ 0,3d, утяжка q = 0,05d и косина i £ 0,05d. Допускается увеличенный припуск n¢ на отрезку торца стержня из условия обеспечения нормального среднего припуска (n + n1 ) / 2 в углах стержневой части Эскиз 290 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Продолжение табл. 7 Отклонения формы Эскиз Смещение поковок по поверхностям разъема штампа регламентируется ГОСТ 7505–89. Величину смещения определяют в месте наи большего смещения контуров поковки по формуле a -a m = 2 1, 2 где a1 и a2 — соответственно наименьший и наибольший размеры поковки, измеряемые параллельно и по обе стороны поверхности разъема штампа Ступенчатость с допускается в пределах поло вины отрицательного отклонения допуска H на соответствующий размер a c£H/2 Кривизна стержня допускается не более поло вины отрицательного допуска H на размер d стержня f£H/2 Неперпендикулярность утолщения к стержню допускается не более tg a = H / D, где Н — нижнее отклонение на размер а Непараллельность торцов не должна превы шать половины положительного допуска В на толщину а СОСТАВЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖА ПОКОВКИ 291 Окончание табл. 7 Отклонения формы Эскиз Овальность Dmax - Dmin не должна превышать половины положительного допуска В на раз мер D Dmax - Dmin £ B / 2 Овальность отверстия d0 max - d0 min допускает ся не более половины положительного допус ка В на размер d0 d0 max - d0 min £ B / 2 Разностенность smax - smin = 2 e допускается не более 0,4 номинального припуска на сторону Поверхностные дефекты — трещины, обезуг лероженный слой; раковины и забоины до пускаются на глубину g, но не более полови ны минимального припуска на сторону n g£n/2 8. Допускаемые величины заусенцев для поковок, штампуемых на ГКМ Заусенец Поперечный (кольцевой) Размер заусенца, подлежа щий ограничению Наибольшая ширина b за усенца (в данном случае об лоя), оставшегося на поков ке после обрезки или не подвергавшегося обрезке Указания к выбору размеров заусенцев Принимают по ГОСТ 7505–89 в зави симости от массы и степени сложности поковки, а также типа поверхности разъема (плоская, изогнутая) 292 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Окончание табл. 8 Заусенец Размер заусенца, подлежа щий ограничению Указания к выбору размеров заусенцев По периметру сквозного от верстия со сто Наибольшая высота h роны выхода пуансона при пробивке Продольный в плоскости разъема мат риц Принимают такой же, как и наибольшая ши рина b поперечного заусенца Наибольшая высота h Соответствует удвоенной ширине b поперечного заусенца Торцовый Принимается в зави симости от массы по ковки, степени ее сложности и размера D (см. гл. 1) Наибольшая высота h П р и м е ч а н и е. Принцип измерения заусенца см. в гл. 1. Пример составления чертежа по ковки фланца приведен в гл. 1. 6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ Определение диаметра исходной за готовки, объема и длины высаживаемой части. Диаметр исходной заготовки d определяют в зависимости от группы поковок. Расчетный диаметр заготовки округляют до ближайшего большего значения, имеющегося в сортаменте. Объем высаживаемой части прутка V в определяют по номинальным раз мерам поковки с учетом 0,5 положи тельного предельного отклонения для наружных размеров и 0,5 отрицатель ного предельного отклонения для внутренних размеров и полостей, по терь на угар и облой (при поперечном (кольцевом) облое): V в = (V п + V о ) 100 + d = (V п + V о )(1 + 0,01d ), 100 (4) где V п — объем высаживаемой части поковки, мм3, с учетом усадки и 0,5 положительного допуска для наруж ных размеров и 0,5 отрицательного до пуска для внутренних размеров и по лостей; V о — объем облоя (заусенца), мм3; d — угар металла, %. Размеры поперечного (кольцевого) облоя (заусенца) находят по табл. 9. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 293 9. Размеры, мм, поперечного (кольцевого) облоя Диаметр D высаживаемой части поковки Размер заусенца До 20 Св. 20 до 50 Св. 50 до 80 Св. 80 до 120 Св. 120 до 160 Ширина b 5 5…8 5…10 10…12 12…14 1,0 1,5 2,5 3,0 3,5 Толщина t Если в процессе штамповки заго товку подогревают, то в расчете угар d увеличивают на 50 % по сравнению с первоначально принятым значением. Длина высаживаемой части прутка (V + V о )(100 + d ) V в , lв = п = F 100 F (5) где V в — по формуле (4); F — площадь сечения заготовки (прутка) с учетом усадки, мм2. Расчет устойчивости высаживаемой части заготовки. При высадке на ГКМ различают высадку без изгиба (сво бодная высадка) и с ограниченным из гибом высаживаемой части заготовки (высадка на ограниченный диаметр). Свободная высадка. Ее возмож ность определяют расчетом устойчи вости высаживаемой заготовки. Вы садка проходит без изгиба заготовки, если ее относительная высаживаемая длина y = l в / d удовлетворяет усло вию: y £ y д , где y д — допустимое зна чение относительной высаживаемой длины: y д = 4,84 n - 5,7 tgg £ 2,7 при d ³ 50 мм; y д = ( 4,84 n - 5,7 tgg) ´ (6) ´ (0,85 + 0,003d) £ 2,7 при d < 50 мм; в формулах n — коэффициент упроч нения, определяемый по кривой уп рочнения для данного материала и со ответствующих температурноскоро стных режимах высадки [36]; g — угол скоса торца заготовки. Коэффициент упрочнения n = E к es -1 , где E к = (7) ds — касательный модуль; de l -l — степень деформации к мо e= в lв менту потери устойчивости; s — на пряжение, определяемое по кривой упрочнения для соответствующего e. Так как потеря устойчивости воз можна только при e £ 0,25, то в расчетах можно принять e = 0,25. Приближенно принимают также E » Ds / De, где De и Ds — приращение деформации и соот ветствующее ему приращение напря жения по кривой упрочнения в окрест ностях точки с координатой e = 0,25. Тогда значение коэффициента для практического использования n= Ds 0,25 . De s (8) Скорость деформации e& = de / dt (где t — время), принятая при построе нии кривой упрочнения, должна соот ветствовать скорости деформация при высадке, которая приближенно равна e& » e& ср = v ср / l ср , где e& ср — средняя скорость деформа ции; v ср — средняя скорость деформи 294 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ рования инструмента; v ср = 0,5( v наR -v кон ); v наR и v кон — скорости инст румента в начале и конце деформиро вания на участке деформирования со степенью деформации e; l ср — средняя длина высаживаемой части заготовки на участке деформирования со степе нью e; l ср = 0,5(l наR - l кон ); l наR и l кон — начальная и конечная длины высажи ваемых частей заготовки. Ориентировочно можно принять, что при штамповке на ГКМ e& ср = 1… 5 с-1. Температура, принятая при по строении кривой упрочнения, долж на быть по возможности близкой к максимальной температуре нагрева заготовки перед высадкой, так как потеря устойчивости характерна для начального этапа первого перехода высадки. Пример. Определить допустимое значение относительной высаживае мой длины yд для заготовки диамет ром 40 мм из стали 45 при температу рах высадки 1200, 1150 и 1100 °С. Угол скоса торца заготовки g = 3°. На рис. 8 приведены кривые упроч нения стали 45, построенные при e& ср = 5 с 1 . По кривой для температуры 1200 °С находят, что при e = 0,25 (25 %) s = 57 МПа. Приняв De = 0,1 (10 %), определяют, что деформации emax = 0,3 (30 %) соответствует smax = 60 МПа, а деформации emin = 0,2 (20 %) — smin = 55 МПа. Следовательно, Ds = 60 - 55 = = 5 МПа. По формуле (8) n= 5 0,25 = 0,219. 0,1 57 В соответствии с кривой для темпе ратуры 1100 °С при e = 0,25 (25 %) s = = 76 МПа; при emax = 0,3 (30 %) smax = = 80 МПа, а при emin = 0,2 (20 %) smin = = 72 МПа. Рис. 8. Зависимости сопротивления деформации s от степени деформации e для стали 45 при скоро сти деформации e& = 5c -1 (по В.И. Зюзину) Следовательно, Ds = 80 - 72 = 8 МПа, n= 8 0,25 = 0,263. 0,1 76 Для температуры 1150°С n находят приблизительно, как среднее арифме тическое значений n при 1200 и 1100 °С: n = (0,219 + 0,263) : 2 = 0,241. По формуле (6) допустимое значе ние относительной высаживаемой дли ны заготовки при температуре 1200 °С. y д = ( 4,84 0,219 - 5,7 × 0,0524 ) ´ ´ (0,85 + 0,003 × 40) = 1,907 » 1,91. Аналогичным образом находим, что yд = 2,01 при температуре 1150 °С и yд = 2,12 при температуре 1100 °С. Из приведенного примера следует, что устойчивость заготовки с пониже нием температуры нагрева возрастает. Практическое использование зависи мостей (6) для расчета осложняется тем, что для многих материалов кривые уп рочнения для температурноскоростных условий высадки на ГКМ отсутствуют. В этих случаях используют зависимости А.В. Ребельского (рис. 9). ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ Эскиз Пуансон а Плоский б С наметкой под прошивку Геометрия торца заготовки исходной; g, …° До 2 после выполнения операций Прошивки с наметкой 295 Номер кривой 1 2…6 Пережима и сдвига 2 До 2 Прошивки с наметкой 3 2…6 Пережима и сдвига 4 Рис. 9. Зависимость допускаемой относительной высаживаемой длины yд прутка от его диаметра и геометрии торца заготовки из среднеуглеродистой стали при горячей высадке (по А. В. Ребельскому) Например, для заготовки диаметром 40 мм при угле ско са торца g = 3° по кривой 2 y д = 1,5 + 0,001 × 40 = 1,9. Значение yд корректируют, если в высаженном утолщении необходимо симметричное рас положение волокон (рис. 10). Для удовлетворения требо вания симметричного располо жения волокон при высадке плоским пуансоном исходной заготовки с незначительным скосом на торце g < 2° (торцева ние на токарном станке или от резка на пилах) рекомендуется Рис. 10. Контур: 1 — поковки; 2 — рабочей детали; 3 — детали 296 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ принимать yд £ 2,3 (по сравнению с предельными значениями yд по рис. 9). При g > 2° высадка нежелательна. Волокнистое строение получаемой высадкой поковки является одним из показателей ее качества. Помимо тре бования симметричного расположения во локон к поковкам предъявляют также требование повторения линиями мак роструктуры рабочего контура штам пуемой детали. Рабочий контур детали обычно соответствует контуру выса женной поковки только частично (см. рис. 10). Расположение рабочего кон тура детали в верхней торцовой части поковки нежелательно на участке кон тура, соответствующего диаметру d за готовки, так как на этом участке линии макроструктуры наклонены к контуру детали под углом a > 0. Если для заготовки с высаживае мой длиной lв и диаметром d y £ yд, то эта заготовка может быть высажена в формовочном (окончательном или предварительном) ручье с получением заданного в чертеже поковки диаметра утолщения. Высадка на ограниченный диаметр. При y > yд утолщения на ГКМ выса живают в условиях ограниченного из гиба, достигаемого ограничением диа метра высаживаемого утолщения. Несовершенство формы и особен ности волокнистого строения утолще ний, высаживаемых на ограниченный диаметр, связаны с особенностями формоизменения. Наиболее часто вы садку на ограниченный диаметр на ГКМ проводят в конической полости пуансона (рис. 11). Формоизменение высаживаемого в условиях ограниченного изгиба утол щения (рис. 12) в общем случае разви вается в три этапа: первый этап — ус тойчивая осадка; второй этап — изгиб в одной плоскости; третий этап — про странственный изгиб. Рис. 11. Схема высадки на ограниченный диа метр в конической полости пуансона: j, e к , l, h и b — относительные величины; j — половина угла конической полости В процессе устойчивой осадки происходит увеличение исходного диаметра заготовки и уменьшение исходной высаживаемой длины lв £ £ yдd. Если пренебречь бочкообраз ностью и обозначить текущие значе ния диаметра dт (см. рис. 12, а), а те кущее значение высаживаемой дли ны l, то значение относительной вы саживаемой длины y т = l / d т , при котором заготовка с ровным торцом теряет устойчивость, определяют из уравнения [29] yт = n p n p , = 4v e 4n 1 - K 2 (9) где n — коэффициент приведенной длины, зависящий от условий закреп ления концов высаживаемой части за готовки и при заделке с двух сторон равный 0,5; n — показатель упрочне ния материала при температурноско ростных условиях высадки, опреде ляемый по кривым упрочнения и по формуле (8); e = (l в - l ) / l в — степень деформации к моменту потери устой чивости; K = d / d т . Исходная относительная длина вы саживаемой части заготовки y связана со значением y т уравнением y т = y(1 - e ) 1 - e (10) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 297 Рис. 12. Последовательность развития искажений волокнистого строения конического утолщения при yкр < y < yкр II 298 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Уравнение (9) имеет минимум при e = 0,25. Из формул (9) и (10) следует, что степень деформации, предшест вующая потере устойчивости, увели чивается с увеличением показателя n и уменьшается с увеличением y. Если при e = 0,25 заготовка не теряет устой чивость, то она будет деформировать ся без изгиба и при e > 0,25, т.е. при y < y д согласно формулам (6). Высад ка в этом случае заканчивается на эта пе устойчивой осадки. При y > y д и при достижении со гласно уравнению (9) значения y т на чинается второй этап формоизменения заготовки с изгибом в произвольной плоскости XOY (первая базовая плос кость) по синусоидальному закону: y= fæ 2 px ö ÷, ç 1 - cos 2è lx ø где f — максимальный прогиб (см. рис. 12, б); l x — проекция изогнутой длины заготовки на ось X (некоторым участком заполнения конической по лости к моменту потери устойчивости Dl пренебрегают). Точки с координатами 0,25l x и 0,75 l x являются точками перегиба, в кото рых направление кривизны наружно го контура и волокон меняет знак. Точка с координатами 0,2 pl x » 0,63l x соответствует точке начального кон такта выпуклой поверхности заготов ки со стенкой конической полости. После контакта с боковой поверх ностью штампа заготовка деформиру ется в условиях бокового подпора со стороны стенки штампа. Если y не превышает некоторого критического значения, при котором начинается пространственный изгиб заготовки, то формоизменение выса живаемого утолщения заканчивается на этапе изгиба в одной плоскости. Под действием горизонтальной со ставляющей силы подпора горизон тальные сечения нижней половины высаживаемой части заготовки сдви гаются вправо, что приводит к появ лению дополнительного перегиба центрального волокна в нижней части заготовки в направлении увеличения его начальной кривизны (рис. 12, в). Окончательная форма высаженного конического утолщения зависит от со отношения объема высаживаемой час ти заготовки V в и полости штампа V п.ш , а также размеров полости штам па, определяющих начальный прогиб заготовки f (см. рис. 12, б) и ход осад ки, равный l в - l к , при условии, что H » l к (рис. 12, г). Возможны следующие соотноше ния объемов: 1. V в ³ V п.ш (11) В соотношении знак неравенства соответствует штамповке с попереч ным заусенцем (облоем). Размеры по лости штампа выбраны так, что выса женное утолщение имеет правильную геометрическую форму (см. рис. 12, г). Соотношение (11) необходимо соблю дать при высадке в формовочном (штамповочном) ручье. 2. V п.ш = uV в , (12) где u ³ 1,02 — коэффициент запаса пространства полости штампа; его значение выбирают таким, чтобы не образовался заусенец (облой) при пе реполнении ручья вследствие колеба ния размеров заготовки и свободно от делялась окалина. Этот случай соответствует обычной практике высадки в наборных (загото вительных) ручьях. Высаженному утол щению характерны отклонения от гео метрически правильной формы усечен ного конуса с незаполнением в средней части в плоскости изгиба и по углам в зоне большего диаметра конической полости (рис. 12, д). ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 299 При высадке в конической полости пуансона увеличение размеров полос ти по сравнению со случаем, когда вы полняется равенство V в = V п.ш , обыч но осуществляют, увеличивая длину конической полости: lк = 3,82 uV в , 2 D к + d к2 + D к d к (13) где D к и d к соответствуют размерам на рис. 11. Из формулы (13) следует, что при одинаковых значениях y с увеличени ем u увеличивается l к , уменьшается ход высадки (a » l в - l к ). Максимальный прогиб заготовки f (см. рис. 12, б) так же уменьшается, так как с увеличени ем l к и при постоянных значениях D к и d к (см. рис. 11) угол j уменьша ется. Однако с увеличением коэффи циента U и снижением интенсивности набора металла увеличиваются несо вершенства формы конического утол щения, затрудняющие получение ка чественной поковки. 3. Объемные соотношения удов летворяют одному из условий — (11) или (12). Помимо отклонений от геомет рически правильной формы усечен ного конуса, коническое утолщение имеет односторонний поперечный заусенец (облой) (рис. 12, е). Его образование происходит в том слу чае, если параметры конического перехода e к и b (см. рис. 11) были приняты завышенными. Высажен ное утолщение получают некачест венным как при формовочной, так и при наборной высадке. Например, если высадку проводят в формовоч ном ручье, то полученное утолще ние не соответствует контуру гравю ры штампа (брак поковки), если же высадку осуществляют в наборном ручье, то образовавшийся заусенец может быть в дальнейшем заштам Рис. 13. Искажения волокнистого строения ци линдрического утолщения, полученного из пред варительно высаженной в коническом пуансоне заготовки при yкр < y < yкр II пован в поковку. Обрезка заусенца в промежуточном обрезном ручье не желательна вследствие затрудненно го центрирования конического пере хода в обрезных матрицах и услож нения технологического процесса штамповки. Если высадка заканчивается на эта пе изгиба в одной плоскости (первой базовой), то отклонения от симмет ричности волокон в этой плоскости характеризуются смещениями D 1 и D 2 , которые для заготовки с исходны ми размерами lв и d будут тем больше, чем больше начальный прогиб f (см. рис. 12, б) и ход осадки а (см. рис. 11). В плоскости, проходящей через ось X (см. рис. 12, б) перпендикулярно пер вой базовой плоскости (вторая базовая плоскость), а также в параллельных ей плоскостях волокнистое строение ос тается симметричным. Дальнейшая высадка конических головок непосредственно на цилинд 300 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ рическое утолщение или с повторны ми наборными переходами сопровож дается радиальным течением металла по направлению от осевой линии к на ружному контуру, что приводит к дальнейшему росту смещений D1 и D 2, но характер искажений волокнистого строения в первой базовой плоскости остается прежним (рис. 13). Искажения волокнистого строения цилиндрических утолщений, выса женных с предварительными перехо дами, характеризуются коэффициен тами относительного смещения: максимального K max = D max D ср dH (14) и среднего K ср = D ср D ср dH , (15) где Dmax — наибольшее из смещений D1, D2, …, Dn; n — число смещений централь ного волокна относительно центральной D + D 2 +K+ D n оси поковки; D ср = 1 — n средняя величина смещения; H — вы сота утолщения (см. рис. 13); D ср = V = 1,13 в — средний диаметр утолще H ния; d — исходный диаметр заготовки. Третий этап формоизменения при высадке утолщений с ограниченным изгибом наблюдается при выполнении условия y ³ y кр.прост , где y кр.прост — критическая относительная высажи ваемая длина, соответствующая про странственному (спиралевидному) из гибу. При высадке в конических пуансо нах заготовок из высокоуглеродистых и легированных сталей y кр.прост £ 5,0… 5,1. Для низко и среднеуглеродистых сталей y кр.прост £ 6,0K6,3. Пространственному изгибу предше ствует изгиб заготовки в одной плоско сти. При этом после контакта с боко вой поверхностью штампа в точке с координатами 0,63l x (см. рис. 12, б) за готовка осаживается на некотором участке рабочего хода пуансона с со хранением плоской формы изгиба. Величина этого участка зависит от свойств материала при температур носкоростных условиях высадки и относительной длины 0,63l x / d т (см. рис. 12, а и б), с увеличением которой величина осадки при плоской форме изгиба уменьшается. Пространственный изгиб начина ется на участке заготовки, соответст вующем 0,63l x в направлении, перпен дикулярном к направлению начально го изгиба заготовки. Начальный и до полнительный прогибы заготовки обу словливают образование на ней спира левидной вогнутости. При y > 6…7 (в зависимости от свойств материала за готовки) такая же вогнутость развива ется и в верхней части заготовки. По сле контакта со стенками штампа во гнутость полностью не сглаживается, отчетливое заполнение полости штам па затруднено, а при y ³ 6,8…7,3 за полнение полости оказывается невоз можным даже при штамповке с попе речным заусенцем (облоем). Поэтому формовочную штамповку при высадке с ограниченным изгибом при y > 5 проводить не рекомендуется. При высадке в наборных ручьях спиралевидная вогнутость увеличива ет опасность появления поперечного заусенца (облоя) и затрудняет формо изменение без образования зажимов на последующих переходах высадки. В связи с этим при высадке заготовок с y > 7 надежные рекомендации могут быть даны только для таких материа лов, как низко и среднеуглеродистые стали, формоизменение которых при горячей высадке приблизительно со ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ ответствует формоизменению свинцо вых заготовок при комнатной темпе ратуре. Волокнистое строение утолщений, высаженных y > y кр.прост , имеет спи ралевидную направленность в соот ветствии с формоизменением заготов ки и характеризуется искажениями симметричности в любой из меридио нальных плоскостей, проходящих че рез центральную ось утолщения. Таким образом, формоизменение при высадке с ограниченным изги бом в общем случае обусловливает неизбежные искажения симметрич ности линий макроструктуры и не возможность удовлетворения требо ваниям симметричности расположе ния волокон относительно централь ной оси поковки, но при этом сохра няется возможность высадки утол 301 щений с контролируемым волокни стым строением, при котором иска жения симметричности волокон не превышают предельных значений, определяемых по коэффициентам K max , K ср [формулы (14) и (15)]. Зависимости K max , K ср = f (y) при y £ 7 (рис. 14) получены эксперимен тально с использованием макрострук тур утолщений, высаженных при усло вии H » Dср (см. рис. 13). Материал за готовок — алюминий АД1, для кото рого в условиях высадки показатель упрочнения n = 0,25. Формоизменение алюминиевых заготовок примерно со ответствует формоизменению при го рячей высадке заготовок из высокоуг леродистых и легированных сталей. Если при наборных переходах u = 1…1,025 и y > yкр.простр, абсолютные смещения Dmax и Dср для второй базо Рис. 14. Зависимость Kmax = f (y) и Kср = f (y) при H = Dср 302 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ вой плоскости превышают смещения в первой базовой плоскости, поэтому на графиках рис. 14 они показаны для второй базовой плоскости. На графи ках показан также участок значений y, на котором высадке цилиндрического утолщения предшествуют повторные наборные переходы. В таблице 10. Предельные значения диаметра утолщения и длины выступающего за пределы штампа прутка при высадке на ограниченный диаметр в матрицах и в пуансоне и матрицах Расположение полости ручья в штампе В матрицах Предельные значения размеров 1. Диаметра D цилиндрической матрицы при высадке с y > y д . При lв > y дd принимают D £ 1,3 d 2. Длины l1 выступающей за пределы цилинд рических матриц части прутка. При lв > y дd принимают: l1 £ d, если D £ 1,3d; , d, если D £ 1,25 d l1 £ 15 В матрицах и пуансоне 3. Выступающей за пределы конических пуансо на и матриц длины l1 прутка и глубины матриц. При lв > y дd и D £ 1,3 d принимают: 1 l1 £ d и lм £ (lп + lм ) 3 При высадке прутка во внутреннюю полость диаметр утолщения D можно не ограничивать при условии H £ 3d Эскиз ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ (см. рис. 14) приведены экстраполи рованные значения Kmax и Kср при це лых значениях y в соответствии с кри выми рис. 14. Помимо высадки в конических пу ансонах высадку на ограниченный диаметр проводят в разъемных матри цах, а также в пуансоне и матрицах. Предельные размеры диаметра утол щения и выступающей за пределы штампа длины прутка определяют по табл. 10. Высадку в формовочном ручье на ограниченный диаметр с учетом ус ловия (11) проводят в том случае, ес ли y > yд, а диаметр высаживаемого в формовочном ручье утолщения Dп меньше или равен диаметру D, опре деляемому по табл. 10. При формовочной высадке в пуан соне по схеме рис. 11 ход осадки а принимают в пределах, указанных для выступающей за пределы пуансона длины l1 прутка при высадке в цилинд рических матрицах, а максимальный диаметр пуансона — в соответствии с ог раничениями для диаметра D цилинд рических матриц (см. табл. 10, п. 2). Предварительную высадку в набор ных ручьях в соответствии с условия ми (12) проводят в том случае, если y > yд, а диаметр Dп высаживаемого в 11. Предельные значения размеров утолщений и хода высадки в конических наборных ручьях Высадка Предельные значения Начальная 1. Если lв > y дd, Dк £ 15 ,dи dк » d + 0,05d, то а £ 2d 2. Если lв > y дd, Dк £ 125 , dи dк » d + 0,05d, то а £ 2,5d 3. Если lв >10d, Dк £ 125 , dи dк » d + 0,05d, то а £ 2,5d, а пуансон выполняют с цилиндрической ча стью на длине lв -10d 4. Если lв > y дd, а набор в кониче ском пуансоне, имеющем керн, то ,d dк >11 303 Эскиз 304 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Окончание табл. 11 Высадка Предельные значения Эскиз Повторная 5. Если длина утолщения, высаженного в предыдущем (n - 1)м переходе, lк ( n -1) > y дdс( n -1) , а Dкn £ 15 , dс( n -1) и dкn = dк ( n -1)[(103 , K105 , ) + (0,03K0,05)(n - 1)] , то an £ 2dс( n -1) , где n = 2, 3,…, (n - 1); n — номер наборного перехода; D +d dс( n -1) = к ( n -1) к ( n -1) . 2 В формуле для dкn предпочтительнее принимать меньшие значения указан ных коэффициентов, т.е. 1,03 и 0,03 формовочном ручье утолщения боль ше диаметра D или Dк, определяемого по табл. 10 и 11. Коэффициент запаса пространства полости штампа u выбирают с учетом следующих рекомендаций: 1) при отклонении размеров попе речного сечения поступающего на высадку прутка на 5…7,5 % от номи нальных, а также при осуществлении мер, уменьшающих колебания темпе ратуры начала высадки, окалинооб разование, износ рабочей полости пуансонов, при жестких упорах и со ответствующем выборе перехода d2 пуансонов до переднего крайнего по ложения (см. табл. 24) для первого перехода: u = 1,04…1,06; (16) 2) при повышении точности разме ров поперечного сечения горячеката ного проката (например, при исполь зовании прутков, сортированных по партиям с отклонением размеров се чения исходного проката от номи нального в пределах до 2 %) u = 1,02…1,04 (17) Меньшие значения коэффициента u в рекомендациях (16) и (17) соответству ют исходным заготовкам с d £ 20…30 мм. 12. Значения коэффициента u Исходный диаметр, мм Номер перехода До 20 Св. 20 до 40 Св. 40 до 60 Св. 60 до 80 1 1,07 1,09 1,11 1,13 2 1,05 1,06 1,08 1,09 3 1,04 1,05 1,07 1,08 4 1,03 1,04 1,05 1,08 5 и более 1,02 1,03 1,04 1,08 На последующих наборных перехо дах коэффициент u уменьшают с уче том объема окалины, отделяемой на первом переходе, или оставляют в ука занных пределах, если окалина отде ляется перед высадкой (например, в случае применения гидроочистки на гретой заготовки). При использовании исходного про ката с отклонением размеров попе речного сечения более 7,5 % от но минального и при высадке заготовок с относительной высаживаемой дли ной y > 7, коэффициент u выбирают по табл. 12. Определение размеров полости на! борной части ручьев выполняют по сле дующей методике: – по чертежу поковки устанавлива ют примерную форму переходов и диаметр исходной заготовки; ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ – используя указанные в расчете высадки на ограниченный диаметр положения, устанавливают размеры полости наборной части ручья (кони ческой в пуансоне, цилиндрической в разъемных матрицах или сложной формы, располагаемой в пуансоне, в матрицах или одновременно в пуансо не и матрицах). Набор металла в конической полос ти пуансона. Размеры полости (см. рис. 11) определяют следующим об разом. 1. При относительной длине выса живаемой части заготовки y £ 7,0 и уг ле скоса торца g < 2° возможна высадка на конус с контролируемым волокни стым строением получаемых в формо вочном переходе утолщений. По гра фикам рис. 14 в зависимости от y на ходят коэффициенты K max и K ср , зна чения корректируют, если D ср не рав няется H, по формулам: K max( Dср ¹H ) = K max( Dср =H ) K ср( Dср ¹H ) = K ср( Dср =H ) D ср H D ср H ; , Vв — по чертежу выса H женного в формовочном переходе утолщения; примерные значения мак симального и среднего смещений D max и D ср (см. рис. 13) — по формулам (14), (15) и известным K max , K ср , D ср , d и H . Приблизительное число смещений центрального волокна относительно центральной оси поковки n определя ют по таблице на рис. 14, используя приведенные схемы, характеризующие искажение волокнистого строения вы саженных утолщений. Размеры конической полости пер вого наборного перехода определяют из расчетного конуса, у которого диа метр меньшего основания d р = d, диа где D ср = 1,13 305 метр большего основания D р = e р d, где e р = 1,81 - 0,0665y (18) Исполнительные размеры конуса: – диаметр меньшего основания d к = hd, где h = 1,0…1,05; – диаметр большего основания Dк = = eк, где e к = (e 2р + e р + 1) - 0,75 h2 - 0,5 h; – длина конической полости опре деляется по формуле (13), а коэффи циент u — по рекомендациям (16), (17) и табл. 12. Переходы 2, 3,…, nй необходимы, если y n > y д , где yn = l к(n -1) d c(n -1) , d с(n -1) = D к(n -1) + d к(n -1) 2 — средний диаметр, а l к(n -1) — длина ко нической полости в предыдущем пе реходе. С учетом выравнивания торца исходной заготовки на последующих переходах принимают y n = 2,5…2,6. Диаметр меньшего основания d кn = d к(n -1) [(1,03…1,05) + (0,03…0,05)´ ´(n - 1)], где значения коэффициен тов 1,05 и 0,05 принимают: при не обходимости получения высаженной части с минимальной конусностью; если при таких значениях коэффи циента устраняется дополнительный наборный переход. Диаметр больше го основания D кn = e кn d с(n -1) , где eкn = = 1,81 — 0,665yn. Длина конической полости l кn = 3,82 uV в . 2 D кn + d к2n + D кn d кn Значения коэффициента u опреде ляют по тем же рекомендациям, что и для первого перехода. 2. При относительной длине y £ 4,5 и угле скоса торца g = 2…6° размеры конуса определяют на основе расчет 306 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ ного конуса, в котором при прочих ве личинах, соответствующих п. 1, при нимают e р = 1,5. 3. При относительной длине 4,5 < < y £ 7,0 и угле скоса торца g = 2…6° размеры конической полости опреде ляют в соответствии с п. 1. 4. При относительной длине y > 7,0 высадку высокоуглеродистых и леги рованных сталей не проводят; диаметр прутка увеличивают. Для мало и среднеуглеродистых сталей высадка на конус возможна при y > 7,0. Размеры конической полости перво го наборного перехода определяют на основе расчетного конуса, для которого диаметр меньшего основания d р = d, диаметр большего основания D р = e р d, где e р = 1,83 - 0,0626y ³ 1,25 (19) Исполнительные размеры конуса: – диаметр меньшего основания dк = = hd, где h = 1,0…1,05; – диаметр большего основания Dк = = eкd, где eк = (e 2р + e р + 1) - 0,75 h2 -0,5 h ³ 1,25; – длину конической полости опре деляют по формуле (13); значение ко эффициента u — по табл. 12. Переходы 2, 3,., nй проводят в том случае, если y n > 2,6: yn = l к(n -1) d с(n -1) , где l к(n -1) — длина конической полос ти в предыдущем переходе; d с(n -1) = = 0,5(D к(n -1) + d к ) — средний диаметр. Диаметр меньшего основания на последующих переходах принимают постоянным и равным d \ea первого перехода. Допускается увеличение меньшего диаметра последнего (nго) перехода, предшествующего формо вочному, при необходимости полу чить высаженную часть с минималь ной конусностью или в том случае, когда увеличение диаметра позволяет устранить дополнительный наборный переход, в соответствии с формулой d кn = hn d к , где hn £ 1,05 + 0,05(n -1). Диаметр большего основания D кn = e кn d с(n -1) при e кn = 1,83 - 0,0626y n ³ 1,25. Длина конической полости l кn = 3,82 uV в , 2 D кn + d к2 + D кn d к где значения коэффициента u прини мают по табл. 12. Если меньший диаметр увеличива ют на последнем наборном переходе, то l кn определяют по формуле, приве денной в п. 1. Набор металла в цилиндрической по лости в разъемных матрицах. При y > y д высадку в разъемных матрицах на цилиндр проводят по схемам, при веденным на эскизах к табл. 10. Для первого и последующих переходов диаметр цилиндрической высадки: D1 = e ц d; D 2 = e ц D1 ; KKKKK Dn = e ц Dn -1 . При расчете каждого последующе го цилиндрического набора исходны ми являются размеры предыдущего набора при eц = e 2р + e р + 1 3 £ 1,3, где e р определяют по формуле (18). При высадке мало и среднеуглероди стых сталей e р может быть определено по формуле (19). При этом принима ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 307 ют, что пруток (или предваритель ная высадка) выступает за пределы матрицы на l1 £ d (соответственно, ln £ Dn -1 ) или не выходит за преде лы матрицы (внутренний упор или задний упор). Длина цилиндрической вы садки l цn = uV в , pDn / 4 (20) где коэффициент u определяют по формулам (16), (17) и табл. 12. При l цn y= £ y д следующего наборного Dn перехода (n + 1)го не требуется и данный переход (nй) может быть подвергнут высадке в формовочном Рис. 15. Набор металла в полости сложной формы l цn ручье. При y д > определяют раз – на этой длине построить иско Dn мую фигуру, объем которой равен рас меры следующего (n + 1)го перехода, а четному объему uV в ; обычно составля также допустимость высадки цилинд ют уравнение, по которому рассчиты рического набора в окончательную вают максимальный диаметр D x . Vв Допустимость высадки данного на , где форму диаметром D ср = 1,13 бора (nго) в окончательном формо Hп вочном ручье со средним диаметром H п — высота поковки, по условию Dср (рис. 15, в) проверяют по условию D ср D ср £ 1K1,05, где D ц(n +1) — диаметр £ (1K1,05). D ц(n +1) D(n +1) наборного цилиндра, который требова Если это условие не выполняется, лось бы высадить в (n + 1)м переходе. то набор (n + 1)й необходим. Штамповка поковок I группы. При Набор металла в полости сложной выборе варианта штамповки необхо формы, расположенной в пуансоне, мат димо определить: рицах или в пуансоне и матрицах. При – диаметр заготовки по диаметру y > y д размеры наборной полости стержня поковки и техническим усло сложной формы определяют по набор виям; ному конусу (рис. 15, а) или наборному – тип заготовки (мерная или прут цилиндру (рис. 15, б). При этом необ ковая); ходимо: – вариант штамповки и тип окон чательного формовочного ручья, т.е. – определить длину lк конуса будет ли штамповка проводиться в за (рис. 15, а) по формуле (13) или дли крытом ручье (без облоя) или в откры ну цилиндра lц (рис. 15, б) по форму том ручье с облоем. ле (20); 308 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Рис. 16. Варианты штамповки поковок I группы Штамповку проводят по одному из следующих вариантов (рис. 16): а — от переднего упора с отделением поковки от прутка сдвигом ее при ходе подвижной матрицы (при d £ 20 мм и l с £l,5d); б — от переднего упора с отделени ем поковки от прутка сдвигом ее после пережима прутка (при d > 20 мм и l с £l,5d); в — из штучной (мерной) заготовки с применением упора — клещей (при l с < L); г и д — из штучной заготовки от заднего упора, расположенного в штампе (матрице), или от заднего упо ра, прикрепленного к штампу или ста нине машины, в зависимости от дли ны стержня поковки l с и матрицы L; е и ж — из штучной заготовки от переднего упора с применением соот ветственно рифленого и гладкого за жимного ручья. При штамповке из штучной заго товки предпочтительно применение вариантов в–д, так как эти варианты обеспечивают получение стержня с жесткими допусками по длине. Варианты е и ж не обеспечивают точной длины стержня; кроме того, при штамповке по варианту е на стержне остаются следы от канавок зажимного ручья. Поэтому приме нять их рекомендуется преимущест венно для получения промежуточ ных заготовок, предназначенных для последующей штамповки на молоте или прессе. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 309 Пределы применения вариан тов штамповки указаны в диаграм ме на рис. 17, где d — диаметр прутковой заготовки (стержня), мм; l с — длина стержня поковки, мм. Окончательные формовочные ручьи при штамповке высадкой различают: по способу разъема — открытый и закрытый; по располо жению полости ручья в штампе — в матрицах, пуансоне, пуансоне и матрицах. Закрытый ручей в матри цах (табл. 13, А) обычно использу ют в сочетании с передним упором при штамповке от прутка. Это по Рис. 17. Диаграмма пределов применения вариантов зволяет регулировать высаживае штамповки поковок типа стержня с утолщением мую длину таким образом, чтобы (варианты см. на рис. 16) исключить или свести к минимуму образование торцового заусенца ковке трудноудаляемого продольно толщиной s. В ряде случаев возможно го заусенца, который может образо применение закрытого формовочного ваться при расположении ручья в ручья со скользящим или подпружи матрицах (табл. 13, Г). ненным пуансоном (табл. 13, Б). Размещение открытого ручья в пу При штамповке в открытых фор ансоне и матрицах (табл. 13, Д) опре мовочных ручьях в плоскости разъе деляется особенностями конфигурации ма матрицы и пуансона образуется поковки и возможностью центрирова поперечный заусенец толщиной s1 . ния утолщения при обрезке заусенца. При изготовлении поковок сложной Использование скользящих матриц формы расположение открытого ру (табл. 13, Е) позволяет получать утол чья в пуансоне (табл. 13, В) позволя щения в средней части поковки. ет предотвратить образование на по 13. Окончательные штамповочные ручьи при штамповке высадкой Разъем Расположение полости ручья А Б Закрытый В матрицах; 1 — передний упор В пуансоне и матрицах или только в пуансоне при использовании скользящего (подпружиненного) пу ансона; 1 — регулировка, допускающая открытый разъем 310 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Окончание табл. 13 Разъем Расположение полости ручья Г В В пуансоне Д В матрице; В матрицах и пуансоне 1 — задний упор Открытый Е Со скользящими матрицами В открытых формовочных ручьях возможно исполь зование облойной канавки с магазином аналогично штампам КГШП Штамповка поковок II группы. Вы садка колец. Кольцами условно назы вают поковки со сквозным отверсти ем и отношением H/D £ 0,7. Штам повку колец проводят в ручье, распо ложенном в пуансоне или в матрицах (рис. 18). В поковках, изготовленных в пуан соне, отсутствуют дефекты, свойствен ные поковкам, изготовленным в мат рицах (эллиптичность наружного диа метра, смещение и др.). Для штампов ки колец без облоя применяют калиб рованные прутки по ГОСТ 7417–75. Объем V ф формовочного перехода (рис. 19): при штамповке без облоя V ф = (V ц - V нм ) 100 + d ; 100 (21) при штамповке с облоем V ф = (V ц + V о - V нм ) 100 + d 100 (22) В формулах V ц — объем поков ки кольца с учетом объема наметки Рис. 18. Штамповка колец: а — в пуансоне без заусенца; б — в пуансоне с заусенцем; в — в матрицах ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 311 V нм (размеры наметок см. в табл. 14); V о — объем облоя (см. табл. 9); d — угар. В табл. 14 приведены размеры уг ла, компенсирующего возможную утяжку при прошивке отверстия в по ковке. Наметки, применяемые при штам повке поковок из стали ШХ15, ШХ9, ШХ6, ШХ5СГ, приведены в табл. 15. Диаметр исходной заготовки пред варительно выбирают по формуле d £ 0,98d о Рис. 19. Схема для расчета объема формо! вочного перехода (a — штамповочный уклон, a £ 1°, b — уклон, компенсирующий возмож! ную утяжку при прошивке отверстия в поковке) (23) (d о — диаметр отверстия поковки) и округляют значение диаметра прут ка до ближайшего меньшего по ГОСТ 2590–88 (штамповка с за усенцем) или ГОСТ 7417–75 (штам повка без заусенца). Далее опреде 14. Размеры наметок и углов b при формовке в пуансоне и матрице Условия применения s / dо Эскиз H/D в пуансоне в матрице До 0,4 h = (015 , K0,25)dо ; h1 = (0,25K0,45)dо ; b = 2…4° h = (0,40K0,50)dо ; , K018 , )dо h1 = (015 Св. 0,4 до 0,7 h = (012 , K0,20)dо ; h1 = (0,45K0,60)dо ; b = 2…4° h = (0,30K0,40)dо ; h1 = (018 , K0,25)dо До 0,4 h = (010 , K015 , )dо ; h1 = (0,45K0,55)dо ; b < 2° h = (0,30K0,40)dо ; h1 = (018 , K0,20)dо h = (0,08K012 , )dо ; h1 = (0,50K0,60)dо ; b < 2° h = (0,25K0,35)dо ; h1 = (0,25K0,50)dо До 0,4 h = (0,05K010 , )dо ; h1 = (0,55K0,60)dо h = (0,20K0,30)dо ; h1 = 0,45dо Св. 0,4 до 0,7 h = (0,04K0,08)dо ; h1 = (0,60K100 , )dо h = (015 , K0,25)dо ; h1 = (0,5K0,8)dо До 0,3 Св. 0,3 до 0,5 Св. 0,5 Основные расчетные параметры при деформации Св. 0,4 до 0,7 R £ 0,2dо ; r = 01 , dо R = (0,2K0,3)dо ; r = 3…5 мм 312 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 15. Основные параметры наметок при формовке в пуансоне поковок колец подшипников Наметка Эскиз h = (0,5…1,0) H; Обычно применяемая при фор мовке в пуансоне r = 3 мм; r1= 2 мм; b £ 4° h =(0,5…0,65) Н; R = (0,8…0,9) h; При прошивке высоких и тол стостенных поковок a1 и a2 — конструктивно; r, r1, b — как и при формовке в пуансоне h =(0,4…0,5) H; R = 0,4h; a1 = 6° a2 = 2…3°; b £ 4° При формовке в матрице ляют длину высаживаемой части за готовки lв = 4V ф 3,14 d 2 Основные расчетные параметры , (24) где V ф — объем формовочного перехо да по формуле (21) или (22). Число переходов штамповки, соот ветствующее найденным значениям d и lв, уточняют исходя из следующих условий: 1) высадку с качественным заполне нием формовочного ручья можно вы полнить за один переход при штамповке: – в ручье, расположенном в пуан l соне без облоя, если 0,9 £ в < 1,5; d – в ручье, расположенном в пу ансоне с облоем (заусенцем) если l 1,5 £ в < 1,7; d – в закрытом ручье, расположенном l в матрицах без облоя, если в < 1,4; d – в открытом ручье, расположен ном в матрицах с поперечным облоем (рекомендуется применять в исклю l чительных случаях), если 1,4 £ в £ 1,6; d 2) высадку за два перехода проводят при штамповке: – в ручьях, расположенных в пуан l соне, если 1,7 £ в £ 3,0; d – в ручьях, расположенных в мат l рицах, если 1,5 £ в £ 3,0. d Для случая, когда расчетное значе l ние отношения в не удовлетворяет d этим неравенствам, но близко по зна чению к максимальному пределу, диаметр прутка увеличивают с таким расчетом, чтобы он не превышал про биваемого отверстия поковки более чем на 5 мм. Если необходимо боль шее увеличение диаметра d > d о , то штамповку проводят с пережимом ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 313 фектов; легко также подобрать по сортаменту пруток с диамет ром, ближайшим меньшим к диаметру отверстия кольца. Этот вариант используют также при подборе диаметра прутка при высадке в ручье, располо женном в матрицах, если необ ходимо увеличить высаживае Рис. 20. Отделение «высечки» при штамповке с пережимом: мую длину прутка l в настолько, 1 — пруток; 2 — высечка чтобы пруток на 5…10 мм вы ступал за переднюю поверх прутка. Особенности этого варианта ность матриц и обеспечивал этим при штамповки: менение переднего упора. Диаметр – возможен только при наличии прутка, предварительно рассчитанный наборного перехода; по формуле (23), уточняют, используя – требуется более длительная и зависимость: тщательная наладка инструмента по сравнению с другими вариантами 4V ф (штамповка без пережима или с подъ . (25) d= 3,14 l в емом прутка) во избежание зажимов на поковках, а при d / d о ~ 1,2 необхо Если корректирование проводят по дим дополнительный переход — отде требующемуся значению отношения ление отхода («высечки») от прутка в , то используют зависимость l d / в специальном ручье (рис. 20); – необходимость отрезки отхода 4V ф затрудняет механизацию и автомати . (26) d= 3 зацию процесса штамповки; lв 3,14 – с увеличением диаметра прутка d d увеличивается масса отходов на за жимные концы и ухудшаются условия Фактический диаметр прутка уста пережима до размера диаметра отвер навливают в соответствии с ГОСТом. стия do: при d/do < 1,8 пережим прово При высадке колец и втулок в мат дят за два перехода; при 1,8 < d/do < рице может быть применен внутрен < 2,2 — за три; при d / d о ~ 2,2 пережим ний передний упор, что позволяет в ря проводить не рекомендуется. де случаев упростить технологический При l в / d ~ 0,9 и штамповке в пуан процесс за счет использования заготов соне не всегда удается достичь отчет ки относительно большего диаметра и ливого заполнения формующей по меньшей длины. лости, а также избежать образования Объем наборного перехода опреде кольцевого облоя. Поэтому диаметр ляют по формуле (12), его размеры — прутка уменьшают, а штамповку про по табл. 16. Набор проводят преиму водят с его увеличением у заднего тор щественно в пуансоне. Более одного ца поковки (d < d о ) (см. рис. 18). При наборного перехода обычно не при штамповке по этому варианту обычно меняют, что соответствует отноше принимают d £ 1,1d о . нию l в / d£ 2,5. Преимущества варианта: прошивка В ы с а д к а в т у л о к. К втулкам ус проходит легко и без какихлибо де ловно относят поковки со сквозным от Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 314 16. Наборные и формовочные переходы при штамповке поковок колец Поковка s dо Наборный переход Эскиз Формулы для определения размеров поковки До 0,3 sк ³ s1; Dк = D1 - (2K5)мм; dк = Dпод + (1K2)мм; g к = g; H к — из условия: Vн = UVф , но не более H1 Св. 0,3 до 0,5 sк и H к — как указано выше; Dк = D1 - (1K3)мм; dк = d + (1K3)мм Св. 0,5 sк и H к — как указано выше; Dк = D1; dк = d - (1K3)мм Формовочный переход* * Построение перехода выполняют по данным табл. 14. Размеры , s1 H1 и D1 соответствуют разме рам s, H, D с учетом усадки. верстием и отношением высоты поков ки к наружному диаметру H / D > 0,7. Формовочные переходы проводят в ру чье, расположенном в матрицах. Объем окончательного формовоч ного перехода определяют по фор муле (21). Формулу (22) используют при штамповке с поперечным за усенцем поковок с жестким допус ком по высоте H при условии, что высота матриц позволяет разместить такой ручей. При конструировании окончатель ного формовочного перехода следует исходить из того, что толщина проби ваемой части поковки, как правило, не должна превышать диаметра про шиваемого отверстия. Рекомендуемые размеры прошиваемой наметки в за висимости от отношения высоты втул ки Н к диаметру отверстия d о приведе ны в табл. 17. Общая глубина прошив ки в окончательном формовочном переходе равна h + h1 , где h — глуби на прошитого участка с полностью оформленным отверстием; h1 — глуби на наметки под последующую пробив ку. Число n прошивных переходов без учета операции формирования намет ки в наборном переходе зависит от об щей относительной глубины прошив ки в окончательном формовочном пе реходе (h + h1 ) / d о и может быть опре делено по табл. 18. При ступенчатой форме внутрен них поверхностей каждый участок рассматривают отдельно в зависимо сти от его длины и диаметра. При проектировании наборных или предварительных переходов, а также ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 315 17. Размеры прошиваемой наметки H dо До 1,5 h h1 R (0,5…0,8)dо (0,2…0,3)dо r 0,3 dо Св. 3 s > 0,5dо s = (0,3…0,5)dо s < 0,3dо 2 0 0 0 1,0…1,5 Св. 0,5 dо 1,5…2,0 dо 1 1 0,ldо (1,2…1,6)dо (0,4…0,5)dо (0,5…0,8)dо Св. 1,6dо b, …° 0,5 Св. 1,5 до 2 (0,8…l,2)dо (0,3…0,4)dо (0,4…0,5)dо Св. 2 до 3 a, …° П р и м е ч а н и я: 1. Если в наборных ручьях плохо заполняется угол C, табличные значения пара метров h, h1 и R следует изменить. 2. Значение h можно увеличить до 1,3 табличного значения, а параметры h1 и R соответственно уменьшить. 18. Рекомендуемое число прошивных переходов n и глубина прошивки (по А. В. Ребельскому) h + h1 dо n До 1 1 Св. 1 до 2 2 Cв. 2 до 3 Часть окончательной глубины h, прошиваемая на переходе I II III IV – – – (0,1…0,2) h h – – 2 (0,2…0,4) h h – – Cв. 3 до 4 3 (0,1…0,25) h (0,5…0,6) h h – Cв. 4 до 5 3 (0,1…0,25) h (0,6…0,7) h h – Cв. 5 до 6 4 (0,1…0,25) h (0,4…0,5) h (0,7…0,75) h h при выборе диаметра исходной заго товки необходимо учесть следующие положения: 1) прошивку следует проводить за счет радиальной раздачи металла; при образовании полости выдавли вание металла навстречу движению пуансона должно быть минималь ным; 2) предварительный переход, из ко торого может быть получен оконча тельный формовочный переход, при условии, что прошивку осуществляют только за счет радиальной раздачи ме талла, выявляют построением расчет ной заготовки (рис. 21, штрихпунктир ная линия), в любом характерном по перечном сечении диаметр расчетной 316 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ ределяются по диаметру прошиваемого отверстия d o и значению отношения D / d o , где D — диаметр поковки в зоне прошивки: do , мм . . . Св. 60 D / do . . . . 1,3…1,1 Рис. 21. Расчетная заготовка заготовки d р = 1,13 S п , где S п — пло щадь рассматриваемого поперечного сечения окончательного формовочно го перехода; выявление конфигураций последнего наборного и формовоч нопрошивных переходов может про водиться корректированием соответст вующих диаметров и высот участков расчетной заготовки; целью корректи ровки является такое видоизменение конфигурации расчетной заготовки, при котором уменьшаются осадка, со провождающая начальный этап про шивки, и выдавливание металла на встречу движению пуансона на конеч ном этапе глубокой прошивки; 3) при необходимости глубокой прошивки [(h + h1 ) / d о > 1, см. табл. 18] относительно толстостенных поковок в наборном ручье для уменьшения оса живания и обеспечения соосности пре дусматривают цилиндрический бурт (рис. 22, а), а для тонкостенных поко вок — бурт с фланцем (рис. 22, б). Ус ловия применения бурта с фланцем оп 60…30 1,4…1,2 До 30 1,6…1,3 в этом случае: длина бурта h 2 = 0,07(h + h1 ) + 4; толщина фланца t = 0,2h 2 + 1,5; ширина фланца b =(l,5…2) t; 4) в объеме формовочного перехода V ф необходимо предусмотреть допол нительный объем металла для образо вания фланца; 5) для лучшего оформления поков ки в углах С (см. эскиз в табл. 17) пре дусматривают высадку бурта в набор ном переходе; 6) для лучшей раздачи металла и повышении стойкости пуансона при прошивке относительно толстостен ных поковок следует применять про шивной пуансон со сферической го ловкой, а при прошивке поковок с не большой толщиной стенки — с более острой головкой; 7) если штамповка будет осуществ ляться на одной ГКМ и с одного на грева, то в зависимости от максималь ного диаметра поковки D max рекомен дуется следующее число переходов, включая пробивку: 100…160 Св. 160 Dmax , мм . . . . До 100 Число пере ходов. . . . 5 и менее 4 и менее 3 и менее В табл. 19 приведены рекомендуе мые размеры и формы набор ного и предварительных пере ходов в зависимости от толщи ны стенки s, диаметра отвер стия d о , высоты втулки H и диа метра D. Окончательную форму наборных и предварительных переходов следует скорректи ровать в соответствии с выше приведенными указаниями и Рис. 22. Заготовка: а — с центрирующим буртом; б — с буртом и фланцем диаметром исходной заготовки ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ d, от которого зависит общее число на борных переходов. Диаметр исходной заготовки при высадке втулок не должен превышать 317 минимального диаметра расчетной за готовки d р min (см. рис. 21). В против ном случае возникает необходимость уменьшения начальной избыточной 19. Выбор основных размеров и формы переходов при штамповке поковок втулок Формовочный переход Предварительные переходы Условия приме нения перехода s dо H D Св. 1,4 I Заго товка II Назначение переходов Образование центрирующего пояска (осадкой) и утолщения на заднем торце (выдавливанием) Предварительная прошивка и увеличение утолщения на заднем торце На две поковки dпереж = 0,5d; D1 < 1,2d; h2 = 0,2d; h3 = = (0,15…0,2) d; dпереж = 0,5d; D — из условия равенства объемов с r1 = (10…15) мм учетом коэфф ициента u (см. табл. 12) a1 = (0,2…0,3)dо ; R = dо До 0,3 Св. 1,1 Пруток до 1,4 Пережим; D1; h2 и h3 так же, как в предыдущем случае; D2 — из условия равенства площадей сечения поковки и перехода; D = 2…5 мм dпереж ; r1, R — так же, как в предыдущем случае: a1 = (0,3…0,4)dо ; D2 — из условия равенства объемов предварительных и окончательных переходов 318 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Окончание табл. 19 Предварительные переходы Условия приме нения перехода s dо H D До 0,3 Св. 0,7 до 1,1 Св. 0,3 до 0,5 Св. 0,5 I Заго товка II Назначение переходов Образование центрирующего пояска (осадкой) и утолщения на заднем торце (выдавливанием) Предварительная прошивка и увеличение утолщения на заднем торце – Форма и соотношения для определе ния размеров наборного перехода да ны в табл. 16 для s / dо < 0,3 – Св. 1,1 – Форма и определение основных расчетных параметров предваритель ных переходов — как указано выше для s / dо < 0,3 и H / D = 1,1…1,4 Св. 0,9 до 0,1 – Св. 0,7 до 1,1 – – Пруток Пережим равен 0,5 d; dк = d + (1K2)мм; s1 > s; Lк — из условия равенства объ dпереж ; r1, R — так же, как ука зано выше; емов с учетом коэффициента u (см. табл. 12); Dк — из построения конуса a1 = (0,3…0,4)dо ; с площадью сечения на расстоянии Lк - (H - h), равной площади сечения Dк — из условия равенства объемов предварительного и формовочного перехода на расстоя окончательного переходов нии H - h Форма и соотношения для определе ния параметров наборного перехода показаны в табл. 16 для s / dо = 0,3…0,5 – Форма и соотношения основных размеров те же, что и для предвари тельных переходов с s / dо < 0,3…0,5 и H / D = 0,9…1,1 площади поперечного сечения заготов ки выдавливанием металла навстречу движению пуансона. В зависимости от соотношения размеров d о и d р min при высадке втулок возможны следующие вари анты соотношения размеров d и d о : при d р min = d о d £ d о ; при d р min > d о d > d о (необходим пережим прутка); при d р min < d о d < d о (необходим подъем прутка у заднего торца по ковки). При штамповке втулок часто огра ничивают число переходов, что приво дит к увеличению диаметра заготовки с целью сокращения числа наборных операций. В крайнем случае диаметр прутка не должен быть больше мини мального диаметра поковки D (см. рис. 21). При этом следует учесть, что пережим прутка при d / d о > 2,2 прово дить не рекомендуется. В некоторых случаях, особенно когда в поковке имеется фланец, ог ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 319 раничивающий ее осадку при прошивке при d > d о , возможна штамповка без пережима прутка. При штамповке поковок с d » d о (рис. 23, а) необходимо большое число наборных переходов; при штамповке по схеме (рис. 23, б) наборные переходы отсутствуют, постепенную отрезку поковки осуществляют боковыми ножами. При этом отчетливое оформление поковки в торцовых углах и на участке диаметра, соответствую щего пробивке, возможно только при выдавливании металла на Рис. 23. Варианты высадки поковки втулки из заго! встречу движению пуансона в за товок с различными исходными диаметрами ключительный момент прошивки. Кроме того, штамповка с посте 3) длина зажимаемой части прутка пенной отрезкой поковки усложняет не должна быть менее 1,7d. наладку штампов. После выбора диаметра прутка Потеря металла по длине прутка на по формуле (24) определяют длину первую в прутке штампованную по его высаживаемой части l в , а также ковку при штамповке с передним упо y = l в / d, число наборных переходов ром и использовании пережима или и их размеры (указания по опреде подъема прутка не должна превышать лению размеров полости наборной диаметра прутка. части ручьев см. на с. 315). При штамповке длинных тонко Если число переходов больше до стенных втулок рационально приме пустимого при штамповке на одной нять заготовку (пруток), рассчитанную ГКМ (см. с. 289) и не сокращается при на две поковки, с тем, чтобы при изго увеличении диаметра прутка, то обыч товлении второй поковки клещевиной но более рациональным оказывается для нее служила «высечка» от первой корректирование процесса в целях поковки. Условия применения заго уменьшения переходов, а не штампов товки на две поковки: ка на двух машинах или использова ние повторного нагрева заготовки. 1) d = K D 2 - d о2 , Число переходов штамповки может быть уменьшено при: где d — диаметр прутка; K = 0,85… – увеличении длины прошивки за 0,95 — коэффициент, обеспечиваю каждый переход примерно в 1,5 раза щий выход прутка за пределы матри по сравнению с нормально допускае цы на длину, равную до половины его мой (см. табл. 18); глубина прошивки диаметра, что позволяет применить в каждом ручье не должна быть более передний упор; D и d о — диаметры (3…4)d о и длины рабочего хода цен втулки соответственно наружный и трального ползуна ГКМ; отверстия; – уменьшении общей глубины про 2) значительный пережим прутка, шивки за счет увеличения длины приблизительно равный 0,5d (для H - (h + h1 ) пробиваемой части поков уменьшения длины его зажима); 320 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Рис. 24. Постоянство объемов (V1 = V2) метал! ла в заготовке по разные стороны от заусенца на различных переходах ки (см. табл. 19); допускается глубина пробивки, равная полутора диаметрам прошиваемого отверстия; – совмещении операции пробивки с прошивкой; пробивной пуансон имеет форму прошивного; в последнем ручье (не считая отрезки и высечки) в процес се прошивки происходит раздача метал ла, а в последней фазе — выталкивание излишков металла, сопровождаемое проталкиванием прутка и отделением от него поковки; на этой операции воз можно образование заднего долевого заусенца по контуру пробивки; – совмещении операции отрезки поковки от прутка с пробивкой в со вмещенном отрезномпробивном ру чье, в результате чего исключается до полнительный ручей для отрезки вы сечки; поковка сначала отделяется от прутка ножами матриц, после чего осу ществляется пробивка сквозного от верстия ходом главного ползуна ГКМ. Рис. 25. Специальная форма перехода при штамповке поковки кольца с буртом Высадка поковок колец и в т у л о к с л о ж н о й ф о р м ы. При вы боре формы и числа переходов исполь зуют методику, приведенную для изго товления гладких колец и втулок с уче том следующих основных положений: – если в какомлибо предвари тельном переходе высадку проводят одновременно в пуансоне и матрице, а в зазоре между ними возможно об разование заусенца, то объемы (V1 и V 2 ) металла переходов, находящиеся по разные стороны заусенца, долж ны быть на всех переходах одинако выми (рис. 24); – при штамповке таких поковок особенно часто применяют специаль ные переходы (рис. 25 и 26); конфигу рацию и размеры этих переходов уста навливают по расчетной заготовке. Рис. 26. Переходы при штамповке поковки втулки с буртами Штамповка поковок III группы осу ществляется по той же методике, что и штамповка поковок I и II групп. Наи более часто поковки штампуют из длинного прутка, а отделение выпол няют с предварительным пережимом прутка и с последующим сдвигом в от резном ручье при ходе подвижной матрицы (рис. 27). Пережим рекомен дуется проводить на диаметр d1 = (0,5…0,7) d. В целях обеспечения более чистого среза и предотвращения перекоса прутка в штампах предусмат ривают пружинный или пневматиче ский прижим. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 321 диться без специальных клещей, а ис ходную заготовку (см. рис. 6) уклады вают непосредственно в формовоч ный ручей. Штамповка поковок IV группы. Ва! рианты высадки. Схемы основных тех нологических операций при штампов ке поковок из трубных заготовок при ведены на рис. 29, а–г. При штамповке трубной заготовки раздачей подсадка стенки трубы в этом же переходе может оказаться не Рис. 27. Отделение поковки от прутка после его пережима сдвигом в отрезном ручье при ходе подвижной матрицы При большой длине поковки применяют заготовку на две по ковки и постепенно пережимая пруток, штампуют с поворотом. Благодаря операциям пережима становится возможным исполь зовать ручьи с длиной зажим ной части, равной (1,0…1,5)d. После штамповки поковки со единены легкоотрезаемой пере мычкой. Схема штамповки из штуч ной заготовки показана на рис. 28. Штамповка таких по ковок на ГКМ с горизонталь ным разъемом может произво Рис. 29. Получение поковок IV группы из трубных заготовок: а — высадкой с увеличением наружного диаметра тру бы; б — высадкой с уменьшением внутреннего диамет ра трубы; в — высадкой с увеличением наружного и уменьшением внутреннего диаметров трубы; г — разда чей; д — обжимом Рис. 28. Схема штамповки поковки с глухим отверстием из штучной заготовки: I–V — переходы штамповки 322 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ возможной. Поэтому сначала утолща ют стенки заготовки, а затем выполня ют раздачу, чтобы избежать утяжки, разрывов и эксцентриситета, до нача ла раздачи на конце трубы рекоменду ется высадить фланец (рис. 29, г), ко торый затем удаляют в обрезном ручье штампа. Размеры фланца (ширину b и толщину t) выбирают так же, как и для втулок при их высадке (см. с. 313). Об жатие трубы по наружному диаметру (рис. 29, д) наиболее целесообразно проводить на ротационнообжимных машинах. Схема высадки трубной за готовки показана на рис. 30. Сечение исходной трубной заготовки F 0 выбирают по размерам поперечно го сечения той части поковки, которая не подвергается высадке. Объем высаживаемой части поковки V ф определяют по ее чертежу с учетом угара и половины положительного до пуска на размеры. Рис. 30. Схема высадки трубной заготовки: d и D — соответственно внутренний и наружный диаметры трубной заготовки; d0 и D0 — соответ ственно внутренний и наружный диаметры выса женной поковки; s и s0 — толщина стенки соот ветственно до и после высадки; lв — длина выса живаемой части трубы; l — длина высаженного участка поковки; lопр — длина оправки; ан — на правляющая часть матрицы (ан = 10…15 мм) Длина высаживаемой части поковки lв = Vф F0 . В процессе высадки происходит вытекание металла из зоны деформа ции и утолщение стенок за пределами деформируемого участка. Поэтому длину lв увеличивают в зависимости d -d от значения отношения 0 = D. 2 s0 При D £ 0 l в увеличивают на 10 %; при D > 0 и числе переходов больше од ного lв увеличивают на 15…20 %. Допустимое увеличение толщины стенки за один переход определяют по кривым (рис. 31), соответствующим вы садке: с уменьшением внутреннего диа метра — кривая 1; с увеличением на ружного диаметра — кривая 2; с увели чением наружного диаметра и умень шением внутреннего — кривая 3. Высадку трубной заготовки за один переход в формовочном ручье проводят при l в £ 2,5 s. Возможность получения утолще ния требуемых размеров устанавли вают по кривым на рис. 31. Если вы садку проводят с увеличением на ружного диаметра (рис. 29, а), то утолщение стенок может составлять до 1,25s. Высадку с предварительными на борными переходами проводят в том случае, когда не выполняются ус ловия высадки за один переход. Длина наборного перехода lн = V фu F1 , (27) коэффициент u = 1,07; p 2 F1 = (D1 - d12 ) — допустимая пло 4 щадь поперечного сечения первого наборного перехода, имеющего на где ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ Рис. 31. Зависимость s0/s от lв /D при различ! ных вариантах высадки трубы ружный и внутренний диаметры соот ветственно D1 и d1. Допустимое изменение наружного и внутреннего диаметров наборного перехода по сравнению с исходными размерами D и d определяют по отно шению s0 / s из графика (см. рис. 31), где для первого наборного перехода s0 = s1 = ходе следует увеличить толщину стенки на 0,75 суммарного утолщения, а во вто ром переходе — на 0,25 суммарного утолщения. Такое ведение процесса предотвращает образование продольно го и торцового заусенцев, а также спо собствует лучшему удалению окалины. 2. Высадка с увеличением наружного диаметра трубы (поковки типа IV– 1–Б). При l £ 0,75D и D0 £ D 2 + 0,75d 2 можно проводить утолщение стенок трубы в два перехо да, причем на первом переходе осуще ствляют высадку внутрь с уменьшени ем первоначального внутреннего диа метра не более чем в 2 раза, а на вто ром — раздачу трубы до первоначаль ного внутреннего диаметра и требуе мого наружного. При l > 0,75D и D0 £ D 2 + 0,75d 2 высадку рекоменду ется выполнять в три перехода с дву мя–тремя нагревами. Схема высадки приведена на рис. 32. При высадке с D1 - d1 . 2 Аналогично рассчитывают все по следующие переходы. За размеры ис ходной заготовки принимают размеры предыдущего наборного перехода. Размеры последнего перехода должны соответствовать «горячим» размерам окончательной поковки. Размеры D1 и d1, D2 и d2 и так далее принимают с учетом того, что металл лучше заполняет полость с внутренней поверхности трубы. Ниже приведены рекомендации по штамповке с наборными переходами поковок IV группы: 1. Высадка с уменьшением внутренне го диаметра трубы (поковки типа IV–1–А, см. табл. 1). Если высадку про водят за два перехода, и второй пере ход — формовочный, то в первом пере 323 Рис. 32. Схема высадки конца трубы: I–III — переходы штамповки 324 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ двумя нагревами их производят перед первым и третьим переходами. Прак тические данные по высадке поковок этого типа на концах стальных бес шовных труб в два–три перехода при ведены в табл. 20 по А. Н. Дунаеву. внутренний диаметр трубы, при кото ром обеспечивается получение конеч ного диаметра D0 , определяют по фор муле 20. Практические данные по высадке труб (см. рис. 32) Если утолщение трубы получают за два перехода при уменьшении внут реннего диаметра d, то l1 = l 2 + l 3 , при d + d2 , чем l 2 £ l 3 . Задавшись l 2 и d1 » 2 находят длину l4 внутреннего утолще ния после первого перехода по фор муле Размеры, мм трубной заго товки Число высаженной поковки пере нагре ходов вов D0 l 44 20 43 25 42 48 3 58 33 2 55 70 30 51 93 3 52,5 70 44 2 68 107 65 63 70 60 d D 32 31 35 30 42,5 38,5 48,5 45 55 41 42 60 62 56 65 47 67 63 73 2 3 56 127 75 40 2 91 84 3 2 90 45 86 137 81 89 112 90 89 95 120 60 2 3 2 81 73 3 3 2 2 3 D02 - D 2 D 2 -d2 D 2 -d2 l2 . (30) l о = (l + l1 ) Km, (31) d 2 - d12 l; где K — коэффициент, учитывающий угар металла при нагреве; K = 1,03… 1,05; m — коэффициент, учитываю щий форму наружного утолщения; для цилиндрического утолщения m = 1; для утолщения другой формы m £ 1. Чем больше D0 , тем меньше d 2 [см. формулу (29)], и при D 2 + d 2 = D02 диа метр d 2 = 0, т.е. при втором переходе произойдет заковка конца трубы. По этому указанный расчет применим при условии, что 2 При разработке процесса штампов ки длину участка трубы l1 , на которую уменьшается длина L исходной заго товки (см. рис. 32), определяют по формуле l1 = l4 = (29) Общая длина 82 55 d 2 = (D 2 + d 2 ) - D02 . (28) d 2 £ (D 2 + d 2 ) - D02 £ 0,5d или D0 £ D 2 + 0,75d 2 . (32) Если требуется большее утолщение трубы по сравнению с определяемым по формуле (32), то в наборных пере ходах необходимо предусматривать не только уменьшение внутреннего диа ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ метра d, но и увеличение наружного диаметра D. В этих случаях высадку проводят в тричетыре перехода по следующей схеме: в первом переходе высаживают металл внутрь трубы с уменьшением внутреннего диаметра d на 25 %; во втором переходе — одно временно внутрь и наружу трубы с уменьшением d на 50 %; в третьем пе реходе происходит утолщение стенок трубы только наружу, а внутренний диаметр не меняется (остается 0,5d). В последнем переходе проводят раздачу металла до первоначального диаметра и заданного наружного диаметра D0. Этим способом можно высаживать утолщения с наружным диаметром D0 = (1,5…2,0) D и длиной l = (1,0… 2,5) D. Значительные утолщения стенки могут быть получены также по техно логической схеме, в которой первый наборный переход выполняют с не большим увеличением наружного и значительным уменьшением внутрен него диаметра трубы. В последующих переходах проводят постепенное и равномерное увеличение внутреннего диаметра до диаметра трубы, а утол щение стенок происходит за счет увеличения наружного диаметра. 3. Высадка с увеличением наружного и уменьшением внутреннего диаметра (поковки типа IV–1–В). В первом пе реходе утолщение стенки рекоменду ется проводить при уменьшении внут реннего диаметра трубы. Для выпол нения последующих переходов поль зуются рекомендациями, приведен ными в пп. 1 и 2. 4. Поковки с фланцем (поковки типа IV–1–Г и IV–1–Д). Технология процес са штамповки определяется особенно стями конфигурации фланца и разраба тывается на основе рекомендаций по высадке утолщений на трубных заготов ках. Так, фланец с D0 = (2…2,5) D типа IV–1–Г может быть высажен из утол 325 щения типа IV–1–Б с l = (0,5…1)(D - d), полученного за 3–4 перехода. При проектировании штампов для высадки труб на ГКМ необходимо учесть, что: трубу следует фиксировать по заднему упору; длина оправки lопр должна быть больше длины lв высажи ваемой части трубы, а центрирующая часть пуансона до начала высадки должна заходить в направляющую матрицы на 10…15 мм (a н = 10…15 мм, см. рис. 30); оправка должна изготов ляться с уклоном до 1°. Штамповка поковок V группы. При штамповке поковок 1й подгруппы (см. табл. 1) применяют операции вы давливания, расплющивания, пере жима и гибки. В зависимости от типа поковки эти операции могут прово диться в сочетании с высадкой. Эти операции не являются характерными для ГКМ. Для поковок 2й подгруппы харак терны технологические особенности штамповки поковок предыдущих групп. Возможны также операции, осуществ ляемые при штамповке поковок 1й подгруппы, например расплющивание, гибка и т.д. Штамповку полых поковок со стержневой частью (типа V–2–A, см. табл. 1) проводят аналогично штам повке поковок II группы. Особен ность поковок этого типа состоит в том, что диаметр стержневой части задается чертежом поковки. Поэтому могут быть случаи штамповки тонко стенных поковок с l в < H и d р < d (рис. 33, а). По использующейся при штамповке втулок технологической схеме требуется получить наборный переход с центрирующим буртом и длиной, примерно равной H, что воз можно только при условии редуциро вания исходного диаметра прутка на значительной длине. Выполнение этих операций на ГКМ трудноосуще ствимо. Поэтому штамповку ведут с 326 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Рис. 33. Получение на ГКМ поковки (а) с по! лым тонкостенным утолщением на конце стерж! ня из промежуточной заготовки (б) волочением (в) и выдавливанием (г) получением полого утолщения про межуточной формы, толщина стенки которого превышает требуемую тол щину, т.е. t1 > t (рис. 33, б), а длина утолщения равна или несколько меньше lв. Утолщение промежуточ ной формы может быть получено из наборного перехода (см. рис. 22, а или б). В последнем случае должна быть предусмотрена операция обрез ки фланца в обрезном ручье ГКМ. Утонение стенки t1 промежуточной формы (рис. 33, б) можно осуществить волочением, проталкивая промежуточ ное полое утолщение через кольцо (рис. 33, в), или прямым выдавливанием (рис. 33, г). При штамповке выдавлива нием поковку получают с облоем, кото рый удаляют в обрезном ручье ГКМ. Штамповка поковок VI группы. По ковки этой группы изготовляют комби нированным способом, т. е. штамповке на ГКМ предшествует штамповка на другом оборудовании (молот, КГШП и т.д.), или наоборот. Размеры заготов ки и переходы штамповки устанавли вают по отдельным элементам поков ки, которые соответствуют тому или иному технологическому процессу. Конструирование ручьев штампов и деталей. Обозначения, принятые для определения расчетных параметров ручьев: Dп — диаметр пуансона; Dм — диаметр полости матрицы; lп — длина пуансона; lм — длина полости матри цы; lр — длина зажимной, зажимной и пережимной или зажимной и подъем ной частей ручья; lz — закрытая высота штампа; dу — диаметр упора. При конструировании ручьев штам пов и их элементов за исходные прини мают данные, полученные при расчете переходов штамповки, а также исполь зуют рис. 34–49 и табл. 21–40. Блоки матриц и вставки. При конст руировании штампа проверяют воз можность применения конструкции блоковматриц типа I (табл. 34), и только в случаях, когда не удается рас положить все вставки в одном блоке, применяют другие конструкции бло ков. Тип II является менее рациональ ным, так как требует применения за жимных частей ручьев без вставок и крепления соседних вставок общим болтом, что вызывает неудобства при наладке штампа. Конструкция блоков типов III–VI показана на рис. 37. Раз меры рабочей полости вставок D м , D¢ м , l м , l¢ м и т.д. определяют по прави лам конструирования ручьев (см. рис. 34–49 и табл. 21–40). ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 327 Рис. 34. Отрезной ручей для отрезки со сдвигом прутка d > 30 мм за два перехода: 1 — подвижная матрица; 2 — неподвижная матрица; 3 — неподвижные ножи; 4 и 5 — подвиж ные ножи; 6 — винт Рис. 35. Отрезной ручей для отрезки со сдвигом поковки от прутка d < 30 мм за один переход: 1 — неподвижная матрица; 2 — под вижная матрица; 3 — неподвижный нож; 4 — подвижный нож; 5 — бо ковой упор; 6 и 7 — винты 328 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Рис. 36. Отрезной ручей для отрезки высечки: 1 — неподвижная матрица; 2 — подвижная матрица; 3 — непод вижный нож; 4 — подвижный нож; 5 — винт 21. Зажимная часть ручья Способ штамповки Конструкция зажимной части ручья Основные расчетные размеры, мм Гладкий ручей С передним упором без пережима прутка С задним упором без пере жима прутка d1 — номинальный диаметр прутка с уче том усадки с точно стью до 0,1 мм. При штамповке с задним упором в штампе и с задним упором в кле щах возможно D = 0, если установлен жест кий допуск на стерж невую часть. При штамповке с задним упором размер l при нимают в зависимости от длины стержня lс ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 329 Продолжение табл. 21 Способ штамповки Конструкция зажимной части ручья Основные расчетные размеры, мм d1 — номинальный диа метр прутка с учетом усадки с точностью до 0,1 мм. При штамповке с задним упором в штампе и с задним упо ром в клещах возможно D = 0, если установлен жесткий допуск на стержневую часть. При штамповке с задним упором размер l прини мают в зависимости от длины стержня lс С упорклещами без пере жима прутка С передним упором и пе режимом прутка Рифленый ручей С передним упором без пережима прутка d2 = d1 - 2,5 В многоручьевом штампе зажимные поя ски располагают в шах матном порядке, чтобы расстояние от оси пер вого пояска до перед него конца зажимной части ручья равнялось: в первом ручье c; во втором — c + a/2; в третьем — c и т.д. С передним упором и пе режимом прутка Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 330 Окончание табл. 21 Способ штамповки Основные расчетные размеры, мм Конструкция зажимной части ручья d2 = d1 - 2,5 В многоручьевом штампе зажимные поя ски располагают в шах матном порядке, чтобы расстояние от оси пер вого пояска до перед него конца зажимной части ручья равнялось: в первом ручье c; во втором — c + a/2; в третьем — c и т.д. С передним упором и по воротом заготовки, рас считанной на изготовле ние двух поковок Размеры, мм, зажимной части ручья D Диаметр прутка d, мм До 10 Св. 10 a° 0,1 до 20 0,2 r r1 l l2 l3 a b c 1,0 2 60 50 40 8 3 6 3 100 80 60 10 4 8 120 100 80 16 5 10 160 120 20 6 12 25 8 16 10 20 12 25 20 1,5 » 20 » 30 0,3 5 » 30 » 40 0,4 2,0 100 » 40 » 50 0,5 2,5 » 50 » 60 0,6 200 160 250 200 320 250 6 15 120 » 60 » 70 0,7 3,0 8 » 70 » 80 0,8 3,5 10 32 160 36 П р и м е ч а н и е. l > l1 ³ 0,7l; b — ширина выступа рифления. 22. Пережимная часть ручья Пережим Первый Конструкция пережимной части ручья Основные расчетные размеры, мм d1 — номинальный диаметр прутка с учетом усадки; dо — номиналь ный диаметр отверстия поковки с учетом усадки или диаметр окон чательного пережима заготовки (перед отделением от нее поковки боковым срезом). ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 331 Окончание табл. 22 Пережим Конструкция пережимной части ручья Основные расчетные размеры, мм d1 < 18 , применяют один предва dо рительный пережим (второй); d h = о - 0,3. 2 d При 1 = 18 , K2,2 применять два пред dо варительных пережима. d +d При первом пережиме h = 1 о - 0,3; 4 dо при втором пережиме h = - 0,3, 2 d2 = dо - 0,5 Второй (на овал) При Оконча тельный (на круг) Размеры, мм, пережимной части ручья Диаметр прутка d, мм D B a b a° r 60 25 3 20 20 4 До 20 Св. 20 до 30 70 » 30 » 40 80 » 40 » 50 100 » 50 » 60 110 » 60 » 70 120 » 70 » 80 140 32 5 25 4 40 50 32 5 40 15 r1 1,5 6 2,0 8 2,5 10 12 3,0 16 23. Подъемная часть ручья Конструкция подъемной части ручья Основные расчетные размеры, мм d1 — номинальный диаметр прутка с учетом усад ки; dо — номинальный диаметр отверстия поков ки с учетом усадки; d2 = dо - 0,5; D — диаметр вставки 332 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Окончание табл. 23 Размеры, мм, подъемной части ручья d2 D До 20 Св. 20 до 30 » 30 » 40 » 40 » 50 » 50 » 60 » 60 » 80 d2+ (20…30) с ок руглением до бли жайшего больше го диаметра B a b 25 5 16 32 6 20 40 7 25 50 8 32 r2 a° 1,5 20 r1 1,5 2,0 2,5 3,0 2,0 15 2,5 24. Наборная часть ручья Набор металла (условия применения) Конструкция наборной части ручья Основные расчетные размеры, мм Ручей в матрице Dн ; lн — размеры требуемо го наборного перехода с учетом усадки; lв — выса живаемая длина прутка; При наружном пе реднем упоре lв > (lм + 10); Dм = Dн ; Dн = Dм - 2d, где d см. с. 334; lм = lв - f , где f £ d, но не менее 5 мм; lп = lz - (lр + lн ) При внутреннем пе реднем упоре (d — диаметр прутка) lв < (lм + 10); lм = lв + (5K10); , d); m = lм - (lв - 01 n = m + (10…20) При заднем упоре lм = lв + (10K15) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 333 Продолжение табл. 24 Набор металла (условия применения) Конструкция наборной части ручья Основные расчетные размеры, мм Ручей в пуансоне Dк , dк и lк — размеры тре буемого наборного перехода с учетом усадки; Dп ³ Dк + 0,2(Dк + lк ) + 5 применяют в трех случаях: При направлении пуансона в матрице при наборе металла в пуан соне с направлением пуан сона в матрице; при условии, что наружный диаметр наборного пуансона значителен; при наборе металла в пуан соне и в матрице; , (Dк + lк ) + 5 Dп ³ Dк + 01 при наборе металла в пуан соне, закрепленном в обой ме; Dм = Dп + 2d1 При значительном наружном диаметре при наборе металла в пуансо не с направлением пуансона в матрице и при наборе в пуан соне и матрице; lм ³ (lв + 0,5d) - lк при направлении пуансона в матрице; lм ³ (lв + 0,5d) - (lк + l1к ) при наборе в пуансоне и матрице; a = 0,4lм ; При закреплении пуансона в обойме для обеспечения строгой соосности между частями ручья и матрицы если 0,4lм <15 мм, то a = lм lп = lz - (lр + d 2) при направ лении пуансона в матрице и значительном наружном диаметре; lп = lz - (lр + lк + d 2) при наборе в матрице и пу ансоне 334 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Окончание табл. 24 Набор металла (условия применения) Конструкция наборной части ручья Основные расчетные размеры, мм Ручей в пуансоне и матрице Те же, что и для набора ме талла в пуансоне (кольце вой зазор между пуансоном и матрицей — d1) – Dн или Dк До 50 Св. 50 до » 80 » » 100 » » 120 » 80 100 120 160 d 0,3 0,35 0,4 0,5 0,6 Размеры, мм, наборной части ручья d1 d2 r r1 0,6 2,5 3 2 0,7 3,0 4 0,8 3,5 5 3 1,0 4,0 6 1,2 5,0 8 4 r2 2 c 2 3 3 4 5 4 5 d2 3 4 5 25. Формовочная часть ручья Условия применения Основные расчетные размеры, мм Формовочный ручей в матрице или в матрице и пуансоне Конструкция формовочной части ручья lн , lнм — размеры набор ного перехода; В закрытом ручье Dф , lф , dпр , lпр — размеры требуемого формовочного перехода; Dм = Dф ; Dп = Dм - 2d; lп = lz - (lр + lф ); lм = (lн + lпр + 0,5d1 ) - lнм ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 335 Продолжение табл. 25 Условия применения Конструкция формовочной части ручья Основные расчетные размеры, мм Dм = Dф + 2 b; Dм = Dп + 2d; lп = lz - (lр + lф ); lм = (lн + lпр + 0,5d1 ) - lнм В открытом ручье Формовочный ручей в пуансоне С направле нием в мат рице Dп ³ Dф + 0,4(Dф + lф ) + 10; Dм = Dп + 2d; lм = (lн + lпр + 0,5d1 ) - lнм ; lн = lz - (lр + d1 ); (d1 — торцовый зазор между пуансоном и мат рицей) Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 336 Окончание табл. 25 Условия применения Основные расчетные размеры, мм Конструкция формовочной части ручья Dп ³ Dф + 0,4(Dф + lф ) + 10; Dм = Dп + 2d; lм = (lн + lпр + 0,5d1 ) - lнм ; lн = lz - (lр + d1 ); Без направ ления в мат рице (d1 — торцовый зазор меж ду пуансоном и матрицей) Размеры, мм, формовочной части ручья Dф До 20 d d1 0,25 1,0 c b r 5 2 2 Св. 20 до 50 0,3 1,2 7 3 » 50 » 80 0,35 1,5 8 4 10 5 3 » 80 » 100 0,4 1,7 » 100 » 120 0,5 2,0 4 12 6 » 120 » 160 0,6 2,5 5 14 8 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ Рис. 37. Варианты конструкций матриц со вставками 337 338 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 26. Пробивная часть ручья Способ из готовления поковки В откры том ручье с пережимом прутка Конструкция пробивной части ручья Основные расчетные размеры, мм dо ; dп ; hп — размеры по ковки (формовочного перехода с учетом усад ки); t, b — размеры за усенца (облоя); d2 = dо + (1...2); d3 = dп + x; где x — верхнее отклоне ние допуска на размер dп ; d4 = d1п + x; d5 = dо ; , dо + 01 ,; d6 = 101 , d1 + 1; d7 = 102 , b; d8 = d6 + 017 dк = dп + 3b + 5; h1 = h1п + y , где y — нижнее отклоне ние допуска на размер h1п ; В откры том ручье с подъемом прутка h2 = h2п - (5K10); hк =10K15; h3 = 25K35; l1 = 0,3hп + (10K20); l2 = (lпр - b1 ) + 20; lп = (lz - lр ) + (10K15); r1 = r1п + (2K3); r2 = r2п - (0,5K1); r3 = r3 п - 1; r4 = 2K3; r5 = 0,2 h3 ; r6 = 0,2 hк ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 339 Продолжение табл. 26 Способ из готовления поковки Конструкция пробивной части ручья Основные расчетные размеры, мм В закры том ручье с пережимом прутка Те же, что и для откры того ручья h2 = h2п + (15K20) В закры том ручье с подъемом прутка Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 340 Окончание табл. 26 Размеры, мм, пробивной части ручья D* dо До 20 Св. 20 до » 40 » 60 B* a а1 b1 От 55 до 60 25 3 5 20 40 Св. 60 » 90 32 4 6 25 » 60 » 90 » 120 40 4 7 32 » 80 » 120 » 160 50 5 8 40 * См. эскизы к табл. 27 . 27. Вставки пробивной части ручья Условия применения Конструкция пробивной части ручья Основные расчетные размеры, мм После пере жима прутка d1 — номинальный диаметр прутка с учетом усадки; dо — номинальный диаметр отверстия с учетом усадки; d2 = 102 , d1 + 1; d3 = 101 , dо + 01 , (остальные размеры указаны в табл. 26) После подъе ма прутка ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 341 28. Обрезная часть ручья Располо жение заусенца на поковке Конструкция обрезной части ручья Основные расчетные размеры, мм dп , hп , lс — размеры оконча тельного формовочного пере хода с учетом усадки; t, b — размеры заусенца (облоя); d2 = dп + 0,5 x, где x — верхнее отклонение допуска на размер dп ; d3 = d2 - 2d, где d — по табл. 29; d4 = dп + 3b + 5; На перед нем торце , d2 — округлять в боль d5 = 101 шую сторону до 0,1; , (B - a), d6 = d2 + 017 где а и В — по табл. 30; , d + 1; h = 01 , dп + 10; d7 = 102 h1 = 5t ; h2 = hп + 20 - B, но h2 не долж но быть менее 10; l ³ d; lр = l + 0,5(d6 - d7 ) + h2 + B; lп = (lz - lр ) + (10K15) (d7 — диаметр направляюще го отверстия) На незна чительном расстоя нии от пе реднего торца* D1 = d1п + (1K2); D2 = d2п + (1K2); H1 = h1п + 1 (H1 — глубина полости пу ансона) 342 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Окончание табл. 28 Располо жение за усенца на поковке Конструкция обрезной части ручья Основные расчетные размеры, мм d3 = d2п + (1K2), На значи тельном расстоя нии от пе реднего торца* но не более, чем указано для случая расположения заусенца на переднем тор це; h2 = h1п + h2п + 20 - B, но не менее 10; D1 = dп + 5; H1 = t + t1 + 5; H 2 = t + t1 + h3 п + 5; lп = lz - (lр + h3 п - 5) d2 = d5 = dп + 0,5 x; На заднем торце* h1 = 5t , но не более 0,5hп ; h = (hп - h1 ) + 10 * Остальные параметры обрезной части ручьев определяют так же, как и для случая расположе ния заусенца на переднем торце поковки. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 343 29. Значение зазора d для обрезной части ручья, мм 30. Размеры, мм, вставки — обрезной полуматрицы Диаметр по Св. 20 Св. 80 До 20 ковки dп , мм до 80 до 160 Св. 160 Диаметр прутка d, мм До 20 1,0 а 5 6 7 8 В 25 32 40 50 d 0,3 0,5 0,8 П р и м е ч а н и е. Обозначения см. в табл. 28. Св. 20 Св. 40 Св. 60 до 40 до 60 до 80 П р и м е ч а н и е. Обозначения см. в табл. 28. 31. Размеры, мм, элементов отрезных ручьев для отрезки со сдвигом прутка за два перехода Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 344 Окончание табл. 31 D Диаметр заготовки с учетом усадки, мм B Поле допуска h8 a b h; d2 h1 h3 d3 d4 r До 20 (2,2…3,0)d1 (1,0…1,4)d1 2 4 11 r1+ 6 6 16 М10 3 Св. 20 до 40 (2,2…3,0)d1 (1,0…1,4)d1 3 5 13 r1+ 8 8 19 М12 4 Св. 40 до 60 (1,8…2,2)d1 (0,7…1,0)d1 4 6 17 r1+ 10 10 25 М16 5 П р и м е ч а н и я: 1. r1 = 0,5d1 + (1K2)мм и r2 = r1 + a. 2. Ручьи используют при отрезке прутков диаметром более 30 мм. На первом переходе пруток надрезают; на втором — отрезают окончательно. 32. Размеры, мм, элементов ручьев для отрезки со сдвигов поковки за один переход D Диаметр заготовки с учетом усадки d1, мм До 20 Св. 20 до 40 » 40 » 60 B Поле допуска Н8 (2,2…3,0) d1 (1,0…1,4) d1 (1,8…2,2) d1 (0,7…1,0) d1 H1 h; d h1 r1 + 16 11 2 r1 + 20 13 3 r1 + 24 17 4 Диаметр заготовки с учетом усадки d1, мм h2 d2 d3 r2 r3 r4 До r1 + 6 М10 16 r1 + 2 r1 + 12,5 r1 + 12 20 Св. 20 до 40 r1 + 8 М12 19 r1 + 3 r1 + 16 r1 + 14 » 40 » 60 r1 + 10 М16 25 r1 + 4 r1 + 20 r1 + 16 П р и м е ч а н и я: 1. r1 = 0,5d1 + (1K2)мм; h3 = 0,6d1, но не менее 20 мм; b = 0,3d1, но не менее 10 мм. 2. Ручей используют для отрезки прутка диаметром до 30 мм за один переход. (0,7…0,8)d1 (1,3…1,5)d1 (1,8…2,0)d1 Св. 50 до 70 (1,2…1,4)d1 B2 (0,8…1,2)d1 (2,0…2,5)d1 B (1,5…2,0)d1 (2,0…3,0)d1 H1 Св. 30 до 50 До 30 Диаметр заготовки с учетом усадки d1, мм Поле допуска размеров H1, В, B2 и L H8 (1,7…2,0)d1 (2,0…2,5)d1 (2,5…3,2)d1 L 21 17 13 d2 32 26 21 d3 Поле допуска размеров H1, B2 и L h8 M20 M16 M12 d4 33. Размеры, мм, ручья для отрезки высечки после прошивки отверстия в поковках со сквозным отверстием ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 345 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 346 Окончание табл. 33 Диаметр высечки do, мм H Диаметр высечки do, мм Св. 16 до 25 3 » 25 » 30 4 » 30 » 40 5 » 40 » 50 6 » 50 » 60 7 B1 L1 Поле допуска Н6 Св. 16 до 25 (1,8…2,2) dо (1,1…1,2) dо (3,0…3,5) dо » 25 » 40 (1,5…1,8) dо (0,9…1,1) dо (2,5…3,0) dо » 40 » 60 (1,2…1,5) dо (0,8…0,9) dо Габаритные размеры вставок. D вс = D м + 2 t, где t соответственно равно минималь но допустимой толщине t1 стенки на борной вставки; t 2 — то же, формовоч ной вставки; t 3 — то же, поддерживаю щей вставки (см. табл. 34). Минимально допустимые размеры пережимных, подъемных и пробив ных вставок определяются по табл. 22 и 23, а также табл. 26 и 27. Диаметр зажимной вставки (табл. 34) следует принимать равным диаметру пережимной или подъемной вставки. Длину зажимной вставки l зж опреде ляют в зависимости от необходимой длины зажимного ручья. Размеры блоков матриц. Мини мально допустимая толщина стенки a (2,0…2,5) dо D 5 10 l1 (1,4…1,8) dо (1,0…1,4) dо (0,8…1,0) dо , но не более 2d4 блока матриц (см. табл. 34) в зависи мости от длины матриц L равна: t = 10…15 мм; Т ³ 15… 20 мм. Высоту блока H определяют как сумму размеров — диаметров вставок и минимально допустимых толщин стенок. Полученное таким образом значение уточняют в соответствии с характеристикой штампового про странства ГКМ (см. табл. 2). Размер блока по длине L находят как сумму длин вставок с учетом тол щины стенки в долевом направлении блока: L = l вс + l пр + l зж + T и уточняют по размерам штампового пространства данной ГКМ (см. рис. 3). Размер блока по толщине В определяют по характеристике штампового про Ручьи 1 — наборный; 2 — формовочный; 3 — пробивной 34. Размеры, мм, блоков матриц и вставок ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 347 348 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Окончание табл. 34 Максимальный диа метр ручья матрицы Толщина стенок и бурта Размеры винта и отверстий в блоке t1 t2 t3 h d1 (min) d2 d3 d4 d5 h1 e 8 10 8 5 М12 13 19 40 10 30 10 До 20 Св. 20 до 40 10 12 8 6 М12 13 19 40 10 30 10 » 40 » 50 12 14 10 7 М14 15 22 40 10 33 12 » 50 » 70 13 15 11 8 М14 15 22 40 10 33 12 » 70 » 90 15 17 13 9 М16 17 25 46 12 35 13 » 90 » 120 18 20 17 10 М16 17 25 46 12 35 13 » 120 » 150 23 25 20 11 М20 21 31 52 15 40 16 » 150 200 28 30 26 12 М20 21 31 52 15 40 16 » 200 » 250 30 32 28 13 М24 25 37 60 15 50 19 » 250 » 300 32 35 30 14 М24 25 37 60 15 50 19 П р и м е ч а н и я: 1. Тип I — рабочие части ручьев расположены во вставках; тип II — отсутствуют вставки для зажимной части ручьев; некоторые рабочие вставки крепят общими винтами. 2. Размеры H1, H 2 и H 3 выбирают конструктивно. 3. Острые кромки матричных блоков притупить фаской 2´45°, кромки отверстий под вставки скруглить радиусом 1 мм. странства ГКМ, для которой предназна чается данный штамп (табл. 2). Размеры отверстий в блоках матриц и винты кре пления вставок принимают по табл. 34. Хвостовики пуансонов конструиру ют в соответствии с табл. 35. Сборные пуансоны. Пуансоны формо вочные. В зависимости от диаметра пу ансона (или диаметра поковки), диа метра и длины прошиваемой полости (если требуется прошить полость) ре комендуются три различные конструк ции сборного формовочного пуансона (рис. 38 и табл. 36 и 37). Пуансоны пробивные. В зависимости от диаметра пуансона (или диаметра поковки), диаметра и длины пробивае мой полости рекомендуются две раз личные конструкции сборного пробив ного пуансона (рис. 39 и табл. 38). 35. Размеры, мм, хвостовиков пуансонов ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 349 Окончание табл. 35 D Сила ГКМ, MH 1 d m M Поле допуска H h12 h8 H11 Пред. откл. +0,5 50 36 39 55 n h Поле допуска h14 h11 H14 23 12 4 1,6 55 40 42 60 25 2,5 60 45 50 70 28 4 70 50 58 80 6,3 80 55 65 90 16 32 36 8 90 60 72 100 40 10 100 70 78 110 12,5 110 80 79 115 20 6 50 8 60 П р и м е ч а н и е. Dп — диаметр пуансона — конструктивный размер, зависящий от диаметра па ковки. При Dп > (1,5…2,0)d утолщение D1 не выполняют, D1 > (1,5…2,0)d, но не более ширины бло ка пуансона. 36. Размеры, мм, элементов формовочного пуансона при Поле допуска d h6 Диаметр прошиваемого отверстия do, мм До Поле допуска d H7 Пуансон d Св. 32 до 40 dо + 4 » 40 » 50 dо + 5 » 50 » 60 dо + 6 » 60 d1 dо + 3 M16 32 » 80 Dп > 1,5 Dо dо + 8 l Державка l1 c 25 1,5 R d1 d2 17 26 40 M20 h 16 42 32 50 2 d - dо 2 21 32 20 52 60 M24 l 63 36 25 38 80 П р и м е ч а н и я: 1. L — конструктивный размер; b принимают по эскизу перехода. 2. Размеры и обработка хвостовой части (поз. 1 на эскизе) — по табл. 35. 24 85 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 350 Рис. 38. Сборный формовочный пу! ансон: а — при Dп < 80 мм; б — при Dп = = 80…160 мм; в — при Dп > 160 мм; 1 — пуансон; 2 — державка; 3 — винт; 4 — штифт; 5 — клин; 6 — штырь 37. Размеры, мм, элементов формовочного пуансона Поле допуска d h6 Диаметр пуансона Dп d Поле допуска d Н7 Пуансон Державка А (доп. откл. ±0,1) d1 l l1 c d1 d2 l h Св. 80 до 100 50 32 М20 19 32 2 21 32 20 20 Св. 100 до 120 60 40 М24 24 36 2 25 38 25 24 » 120 » 160 80 50 М30 30 40 2,5 31 44 32 30 П р и м е ч а н и я: 1. Размер L выбирают конструктивно; L = 0,3Dп , но не менее 30. 2. Размеры и обработка хвостовой части (поз. 1 на эскизе) — по табл. 35. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 351 Рис. 39. Сборный пробивной пуансон: а — при dо £ 80 мм; б — при dо > 80 мм; 1 — пуансон; 2 — державка; 3 — клин; 4 — гайка; 5 — штырь 38. Размеры, мм, элементов пробивного пуансона Пуансон Диаметр прошивае мого отверстия do D D1 l До 32 40 10 30 l1 c R 16 0,4 Св. 30 до 38 40 50 » 38 » 48 50 65 12 D - d1 2 16 Поле допуска D h8; h* — высота прошивае мой поковки; размер lп выбирают конст руктивно Державка » 48 » 68 70 85 » 68 » 78 80 100 20 Гайка После допуска D H8 20 0,6 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 352 Окончание табл. 38 Диаметр прошивае мого отверстия do До 30 d Державка Гайка d1 l d1 D1 D2 L l l1 l2 М48´3 43,5 55 48,6 80 60 70 45 14 60 18 Св. 30 до 38 М60´4 54 65 60,8 90 70 80 50 » 38 » 48 М76´4 70 75 76,8 110 90 100 60 » 48 » 68 М95´4 89 85 95,8 130 110 110 70 68 » 78 М115´4 109 100 115,8 150 130 125 85 » 22 26 65 t b 8 20 10 25 b1 c 6 2 8 3 8 3 80 90 100 П р и м е ч а н и е. Размеры и обработка хвостовой части (поз. 1 на эскизе) — по табл. 35. Пуансоны обрезные. Конструкция сборного обрезного пуансона, его де талей и их размеры при диаметре пу ансона (поковки) D п = 80…160 мм да ны на рис. 40 и в табл. 39. Задние упоры. Задние упоры приме няют при изготовлении поковок из штучных заготовок (прутков). В зави симости от длины стержня l с , диамет ра d, отношения l с / d и числа перехо дов штамповки применяют задние упоры (табл. 40): – располагаемые в штампе (если стержень поковки или прутка не вы ступает за задний край блока матриц) при небольшой массе поковок, штам пуемых не более чем в трех ручьях; от ношение l с / d = 2K3; – прикрепляемые к штампу при ус ловии, что стержень поковки или прутка несколько выступает за задний край блока матриц; – прикрепляемые к станине маши ны (если стержень поковки или прутка выступает за переднюю поверхность машины). Последовательность проектирова! ния штампов. Штампы для ГКМ про ектируют с использованием правил и рекомендаций, приведенных выше, в следующем порядке: – по чертежу детали и программно му заданию составляют чертеж поков ки и разрабатывают технические тре бования, которым она должна удовле творять; – проводят расчет и выбор штам повочных переходов, а также диаметра исходной заготовки; – определяют необходимую силу штамповки и выбирают ГКМ по мак симальной силе штамповки и габарит ным размерам штампового простран ства; – в соответствии с выполненными расчетами находят размеры ручьев штампов и разрабатывают конструкцию отдельных его деталей и элементов, Рис. 40. Сборный обрезной пуансон (Dп = 80…160 мм): 1 — пуансон; 2 — державка; 3 — винт; 4 — штифт ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 353 39. Размеры, мм, элементов обрезного пуансона Пуансон Державка Поле допуска d h6 Поле допуска d H7 Пуансон А (доп. Диаметр пуансона Dп d откл. ±0,1) L l l1 c d1 d1 до 100 50 32 М20 54 19 32 2 21 Св. 80 » 100 » 120 60 40 М24 58 24 36 2 25 » 120 » 160 80 50 М30 62 30 40 2,5 31 П р и м е ч а н и я: 1. Размер L1 выбирают конструктивно. 2. Размеры и обработка хвостовой части (поз. 1 на эскизе) — по табл. 35. Державка d2 l 32 20 38 25 44 32 h 22 26 32 40. Задние упоры Упоры, располагаемые в штампе Упор!клещи Упор в неподвижной матрице 1 — неподвижная матрица; 2 — клещи 1 — упор; 2 — клещи; d — номинальный диа метр стержня 354 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Продолжение табл. 40 Гнездо под упор Схема штамповки кольца в матрице с упором в заднюю стенку и с клещами!оправкой 1 — оправка; 2 — поковка; 3 — матрица; 4 — клещи 1 — неподвижная матрица; 2 — подвижная мат рица; d1 — диаметр стержня с учетом усадки Упоры, прикрепляемые к штампу Упор клещи!фиксатор Применяют в том случае, если не требуется точно выдерживать заданную длину стержня Упор «с переставляемой ползушкой» Применяют при необходимости фиксирова ния положения поковки при штамповке ее противоположного конца 1 — подвижная матри ца; 2 — неподвижная матрица; 3 — клещи; 4 — задний торец за готовки 1 — упорползунка; 2 — подвижная матрица; 3 — неподвижная матрица; 4 — планка ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ 355 Продолжение табл. 40 Упор!«рамка» (применяют, когда необходимо регулировать длину в нескольких ручьях) Упор!рамка с клиновой регулировкой (применяют, если необходимо регулировать длину стержня во всех ручьях на одну и ту же величину) 1 — регулировочный болт; 2 — упор; 3 — упорная планка; 4 — штамп; 5 — опорная грудная плита; 6 — станина; 7 — плита; 8 — клещи; 9 — заготовка Упоры, прикрепляемые к станине машины Упор с фиксатором!ползушкой 1 — прокладка; 2 — опорная рамка; 3 — рамкаупор; 4 — контур заготовки Применяют, если длина стержня поковки или прутка, выступающая за край станины маши ны, незначительна Внешний упор с регулировкой шпилькой Применяют при значительной длине стержня или прутка 1 — штамп; 2 — станина; 3 — стойка; 4 — шпилька; 5 — упорная планка; 6 — заготовка 1 — штамп; 2 — станина; 3 — планка; 4 — фиксаторползушка; 5 — контур поковки Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 356 Окончание табл. 40 Внешний упор с регулировкой рейкой и шпилькой Универсален, позволяет устанавливать поковки, значительно отличающиеся по длине 1 — планка; 2 — рейка; 3 — упор; 4 — стойка; 5 — упорный болт; 6 — штамп; 7 — станина Клещи для работы от заднего упора в штампе Размеры, мм d L L1 l D d1 b B B1 B2 C C1 h K До 20 60 400…600 18 24 10 6 28 50 40 13 10 12 20 21…40 75 500…700 20 28 12 8 32 55 45 15 12 18 32 41…50 80 550…750 22 30 14 10 35 65 50 18 12 20 40 51…75 90 600…800 25 35 16 12 40 70 60 20 15 24 52 выбирают наиболее рациональное вза имное расположение ручьев, конструк цию и размеры пуансонодержателя; – вычерчивают общий вид штампа, проставляют его габаритные размеры и закрытую высоту, а также другие размеры и требования, необходимые для деталирования штампа; – производят деталирование штам па с указанием марок материалов, ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ШТАМПОВ твердости, допусков на изготовление, шероховатости поверхности и других данных, необходимых для изготовле ния всех деталей и элементов штампа. Ручьи штампов горизонтальноко вочных машин изготовляют, как прави ло, по 4му классу точности (ОСТ 1014) с шероховатостью поверхности Ra 2,5 и 1,25, причем формовочные, формо вочнопрошивные ручьи и детали прошивных ручьев (пуансоны и мат рицы) должны быть изготовлены с ше роховатостью поверхности Ra 1,25. В остальном все узлы и детали штампов должны быть изготовлены в соответ ствии с заводскими нормами. 357 живаемую длину прутка l в по формуле (5). Для данной поковки объем облоя V о = 0, угар d = 2 %; с учетом размеров поковки l в = 55 мм; 6) по рекомендациям к расчету вы садки определяют число наборных пе реходов и их размеры; для изготовле ния данной поковки достаточно иметь два наборных ручья и один формовоч ный, не считая ручья для расплющи вания головки; 7. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ШТАМПОВ Конструирование штампов для поко! вок I и V групп: 1) по чертежу детали составляют чертеж поковки (рис. 41), используя методику, приведенную в гл. 1; 2) на основании чертежа поковки находят диаметр и длину заготовки (прутка), а также длину стержня. При определении длины заготовки учиты вают угар и объем облоя, если штам повку проводят с облоем; 3) по длине стержня l с и его диамет ру, используя диаграмму (см. рис. 17), выбирают вариант штамповки (в дан ном случае штамповку мерной заго товки с применением заднего упора, прикрепленного к штампу); 4) для найденного варианта штам повки и по составленному чертежу по ковки уточняют ее массу, проверяя правильность выбранного интервала масс поковок, для которого проводил ся расчет; в данном случае стержневая часть поковки в массу поковки не вхо дит; при необходимости проводят до полнительный расчет; 5) находят объем высаживаемой части пруткаV в по формуле (4) и выса Рис. 41. Поковка типа стержня с расплющен! ным утолщением: а — поковка; б — переходы штамповки (I–IV ) 358 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Рис. 42. Высадочный штамп для поковки типа стержня с расплющенным утолщением: 1 — блок пуансонов; 2 и 3 — наборные пуан соны; 4 — формовочный ручей; 5 — блок матриц; 6 — задний упоррамка 7) рассчитывают наибольшую си лу штамповки в формовочном ручье. В данном случае материал поковки сталь 45, температура окончания штамповки 680…700°С. Штамповка проводиться в открытом ручье, но без облоя, что приближенно позво ляет использовать данные табл. 4 для операций типа I, выполняемых в за крытых ручьях. На основе этих дан ных сила штамповки равна прибли зительно 150 кН; выбирают ГКМ с силой 1 МН (наименьшая сила по ГОСТ 7023–89); 8) проверяют габаритные размеры штампового пространства ГКМ в це лях выявления возможности разме щения необходимого числа ручьев по высоте блока матриц и блока пу ансонов. На рис. 42 приведен общий вид штампа для изготовления данной по ковки. Конструирование штампов для поко! вок II группы: 1) по чертежу детали составляют чертеж поковки (рис. 43); 2) по чертежу поковки уточняют ее массу, проверяя правильность вы бранного интервала масс поковок, для которого проводился расчет; при не обходимости проводят дополнитель ный расчет; 3) используя табл. 14 и 15, состав ляют эскиз последнего формовоч нопрошивного перехода и определя ют его объем, в данном случае по фор муле (21) в связи с принятым для дан ной поковки кольца способом штам повки без облоя; 4) при штамповке поковок колец диаметр исходного прутка предвари тельно определяют по формуле (23) с Рис. 43. Поковки типа гладкого цилиндрического кольца: а — поковка; б — переходы штамповки (I–III) ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ШТАМПОВ 359 округлением диаметра прутка до ближайшего меньшего по соответствующему ГОСТу. В данном случае диаметр проши ваемого отверстия d о = 61 мм, диаметр прутка d = 60 мм; 5) определяют длину выса живаемой части прутка по объему формовочнопрошив ного перехода и принятому диаметру прутка, используя формулу (24); 6) определяют y = l в / d и корректируют (если это необ ходимо) по формуле (26) диа метр прутка d, изменяя длину l в соответственно принятому Рис. 44. Высадочный штамп для поковки типа кольца: по п. 1 способу штамповки, 1 — блок пуансонов; 2 — сборный просечной пуансон; 3 и 4 — просечные вставки; 5 — винт для вставок; определяемому последова 6 — формовочный пуансон; 7 — формовочная вставка; тельностью формоизменения; 8 и 10 — зажимные вставки; 9 — матрица; 11 — подъемная в отдельных случаях целесо вставка; 12 — наборный пуансон образно скорректировать на основе найденного значения прямоугольные вставки, так как в них y принятую последовательность фор можно предусмотреть ручьи с двух моизменения; в данном случае кор сторон (рис. 45). ректировки не требуется, поскольку Примеры конструкций штампов. На y = 110 / 60 = 1,83 < 3,0, что соответ рис. 46 изображен штамп для изго ствует принятой последовательности товления поковки цилиндрической формоизменения с одним наборным шестерни и переходы штамповки. переходом; 7) выбирают ГКМ по рас четному значению силы штам повки, числу технологических переходов и габаритным раз мерам штампового простран ства машин; для данной по ковки необходима ГКМ силой 6,3 МН; 8) конструируют узлы и де тали штампа. На рис. 44 показан штамп (вставки цилиндрической фор мы) для изготовления поковки гладкого цилиндрического кон ца. Если исходная заготовка или поковка имеет небольшие размеры, то в отдельных слу Рис. 45. Вариант прямоугольных вставок к высадочному штампу чаях рационально изготовлять Рис. 46. Штамп со скользящими матрицами для изготовления поковки цилиндрической шестерни и переходы штамповки 360 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ШТАМПОВ 361 С помощью скользящей матрицы за один ход получают набор под передний бурт, располагаемый в полости пуансона, и утолщение под задний бурт, располагаемое в полости скользящей матрицы; од новременно осуществляют пере жим исходной заготовки на участ ке между передним и задним бур тами (сечение Г–Г). Недостатком штампов со сколь зящими вставками является более высокая стоимость их изготовле ния, трудности их отладки, более частая смена рабочих элементов штампа (главным образом пружин Рис. 47. Штамп для обжатия концов труб: и скользящих вставок). 1 — блок матриц; 2 — вставка правочная; 3 — пу При разработке конструкций ансон; 4 — державка; 5 — винт; 6 — вставка фор скользящих вставок следует преду мовочная; 7 — винт крепления вставки; 8 — упор планка; I–III — переходы штамповки смотреть возможность смазки их трущихся поверхностей. На рис. 47 показан штамп для об ром 1 необходим для размещения и жатия концов труб. В I ручье прово ориентации исходного прутка. Для дят правку и предварительное обжа поковки с относительно коротким тие одного конца трубы, во II — ero стержнем используют задние упоры формовку, в III — калибровку. В та 3. Клещи перекладчика расположе ком же порядке обжимают второй ны в пазах полуматриц шириной конец трубы. 100 мм. По трубам 4 к форсункам 5 На рис. 48 приведена схема штампа подводят смазочную смесь, форсун с горизонтальным разъемом матриц. ки направлены на пуансоны и в по Матрицы 6 и 7 крепят зажимными лости ручьев; смазка подается во клеммами 8 и планками 4, смещение время пауз, когда в ручьях нет заго матриц предотвращается шпонками 5. товок. Для регулирования положения матриц предусмотрен стол 2, который переме СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ щается и фиксируется клином 1 и бол 1. А.с. 19591 (СССР). Автомат для том 3. высадки изделий с большим объемом Заготовка с утолщением диаметром металла головки / В.И. Барбот // БИ. 59,9 мм может быть получена вальцов 1974. № 15. кой исходного прутка вместо получе 2. А.с. 119424 (СССР). Устройст ния его высадкой на ГКМ. во для высадки головок на стерж На рис. 49 показан штамп для ав нях / П.А. Плескановский // Б.И. томатической штамповки за четыре 1974. № 15. перехода поковки карданного вала. 3. Биба Н.В. Эффективность при Особенностью штампа является менения моделирования для разработ расположение ручьев строго по пе ки технологии штамповки // КШП. реходам штамповки сверху вниз. Холостой ручей 2 с передним упо ОМД. 2001. № 5. С.39–44. Рис. 48. Штампы с горизонтальным разъемом матриц для изготовления поковки шлицевого конца вала 362 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ Рис. 49. Штамп для автоматической штамповки поковки конца карданного вала за четыре перехода ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ШТАМПОВ 363 364 Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНОКОВОЧНЫХ МАШИНАХ 4. Высадка головок на стержнях за один переход / Е.И. Семенов, С.И. Ро ждественский, В.И. Буздин, И.С. Зи новьев// КШП.1972. № 2. С.42–43. 5. Ковка и штамповка: справочник. В 4 т. / Ред.совет Е.И. Семенов и др. М.: Машиностроение, 1986–1987. 6. Колотенков И.В. К вопросу о влиянии макроструктуры металла на долговечность подшипников каче ния // Труды ВНИИПП. 1965. Вып. 2. С.5–17. 7. Охрименко Я.М. Технология куз нечноштамповочного производства. М.: Машиностроение, 1976. 560 с. 8. Раузин Я.Р. Влияние макро структуры металла на контактную вы носливость и долговечность подшип ников качения // Контактная проч ность машиностроительных материа лов: сб. научн. тр. М.: Наука, 1964. С. 51–55. 9. Расчет и проектирование техно логических процессов объемной штамповки на прессах: учебн. посо бие / В.Н. Субич, Н.А. Шестаков и др. М.: МГИУ, 2003. 180 с. 10. РТМ 39!61. Штампы для гори зонтальноковочных машин. Расчеты и конструирование. М.: Стандартгиз, 1964. 140 с. 11. Семенов Е.И. Ковка и штампов ка: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1972. 352с. 12. Семенов Е.И. Определение раз меров конусных пуансонов при высад ке на ГКМ. Машины и технология об работки металлов давлением // Тр. МВТУ им. Н.Э. Баумана. 1969. № 128. С. 189–194. 13. Семенов Е.И., Зиновьев И.С. Формоизменение при высадке в кони ческой полости пуансона // Вестник машиностроения. 1978. № 3. С.71–75. 14. Смирнов!Аляев Г.А., Кроха В.А. К вопросу об определении устойчиво сти цилиндрических заготовок при хо лодной высадке // Исследования в об ласти пластичности и обработки ме таллов давлением: сб. трудов. Тула, 1974. С. 41–51. 15. Технологические процессы изго товления поковок с фланцами на прес сах для штамповки в разъемных матри цах / В.Г. Кондратенко, М.В. Блинов, М.А. Илинич и др. // КШП. 1985. №4. С. 11–14. 16. Штамповка поковок с направ ленным волокнистым строением / О.А. Банных, В.Ю. Лавриненко, Е.И. Семенов и др. // Вестник ма шиностроения. 2000. № 10. С.33–37. Глава 8 ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА В серийном и массовом производст ве изделий машиностроения все боль шее применение находят труднодефор мируемые высокоуглеродистые конст рукционные, легированные, коррози онностойкие стали, цветные металлы и сплавы с особыми механическими и физическими свойствами. Эффективным методом обработки указанных материалов является не полная горячая (полугорячая) объем ная штамповка, применение которой способствует существенному улучше нию структуры, свойств и эксплуата ционных характеристик изделий [1, 2, 12, 13, 17]. Полугорячая штамповка трудноде формируемых сталей требует правиль ного выбора и соблюдения определен ного сочетания температуры, степени и скорости деформации, а также раз работки принципиально новых те хно логий, штамповой оснастки и специа лизированного оборудования. Технологическими особенностями, определяющими преимущества полу гор ячей штамповки, являются: – повышение пластичности и сни жение удельных сил на инструмент, что дает возможность получать детали из высокоуглеродистых и легирован ных сталей с большей степенью де формации, чем при холодной объем ной штамповке; – формирование заданных механи ческих свойств деталей путем варьи рования термомеханических парамет ров процесса; – получение деталей по точности и шероховатости поверхности, незначи тельно уступающих деталям, получен ным холодной штамповкой; – возможность выполнения про цесса полугорячей штамповки с одно го нагрева исходной заготовки за три–четыре перехода; – возможность осуществления от дельных операций технологического процесса на высокопроизводительных автоматических линиях. Температурно!скоростной режим штамповки. Нижней границей приме нения полугорячего выдавливания яв ляются температуры 550…600°C, при которых у углеродистых конструкци онных сталей наблюдается заметное снижение предела текучести. Резкое уменьшение сопротивления деформи рованию продолжается до 800 °C. Эта температура является верхней грани цей области применения полугорячего выдавливания. Стали и сплавы, широко применяе мые в машиностроении, для которых полугорячее деформирование доста точно эффективно, делят на пять ос новных групп (табл. 1). Нагрев малоуглеродистых сталей и цветных сплавов до температуры полу горячей обработки обеспечивает сни жение сопротивления деформирова нию не более чем на 25 %. Эти сплавы достаточно хорошо деформируются и в холодном состоянии. Их полугорячая обработка целесообразна в целях повы шения технологической пластичности, расширения размерных характеристик штампуемых деталей, улучшения структуры и механических свойств ма териала изделий. Наиболее целесообразна полугоря чая штамповка сталей второй и треть ей групп, обладающих относительно высоким сопротивлением деформиро Глава 8. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА 366 1. Рекомендуемые температурные интервалы полугорячего деформирования Номер группы Стали и сплавы, деформируе Рекомендуемый температур Снижение сопротивления де мые в режиме полугорячей ный интервал полугорячего формирований по сравнению с штамповки деформирования, °C холодным деформированием, % 1 Стали малоуглеродистые (0,4…0,7)Tпл 20…25 2 Стали высокоуглеродистые и низколегированные 500…800 50…65 3 Стали легированные и инстру ментальные типа Р18, Р6М5 650…800 65…75 4 Коррозионностойкие стали аустенитного класса 200…400 35…50 5 Латуни, медноникелевые сплавы (0,3…0,4)Tпл 15…20 П р и м е ч а н и е. Tпл — температура плавления. ванию по сравнению с другими груп пами сталей. Снижение сопротивле ния деформированию до 75 % позво ляет изготавливать полугорячей штам повкой в условиях серийного и массо вого производства широкую номенк латуру деталей автомобильной, под шипниковой, химической и других от раслей промышленности. За оптимальный интервал темпера тур полугорячей штамповки принима ется зона температур, где не наблюда ется интенсивного окалинообразова ния и в то же время имеет место мак симальное снижение прочностных и увеличение пластических свойств об рабатываемого материала. Окалинообразование. Учитывая тем пературные интервалы полугорячей штамповки сталей и основные коли чественные показатели потерь железа от окисления (угара), иначе окалиооб разования (см. т. 1, гл. 5, п. 5), имеем: – поверхностный угар — количество окисленного металла, отнесенное к по верхности нагреваемой заготовки, кг/м2, Dm F = (m н - m к ) / F , где m н , m к — масса заготовки до и по сле нагрева, кг; F — площадь поверх ности заготовки, м2; – S ок — толщина окалины, связан ная с поверхностным угаром выраже нием S ок = Dm F / rj Fe , где с — плотность окалины, с = (3,9… 4,0)103 кг/м3; j Fe — среднее содержа ние железа в окалине, j Fe = 0,715… 0,765 % (можно расчетным путем спрогнозировать толщину предпола гаемой окалины). Для стали при температурах ниже 650 °C окисление практического зна чения не имеет, хотя поверхность тем неет. С повышением температуры угар возрастает. Если при температуре 900 °C интенсивность окалинообразо ва ния принять за единицу, то при на греве до 1100 °C она увеличивается в три раза. Зависимость поверхностного угара от температуры (при 600…1150 °C) и времени нагрева для среднеуглероди стых сталей выражается уравнением Dm F = 6,3 te - 9000 T , где t — время нагрева, мин; Т — темпе ратура, °C. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА Для приведенного класса сталей t = = 500…800 °C и усредненное время на грева заготовки в производстве в ин дукционных нагревательных устрой ствах составляет 1,5 с (0,025 мин), оп ределим значение S ок = (4…5)10 -7 м. Механические свойства сталей при повышенных температурах. Истинное сопротивление деформированию явля ется необходимым параметром при ис следовании напряженнодеформиро ванного состояния, определении опти мальной деформируемости, потребной энергии при полугорячей обработке. При степенях деформации до 20… 25 % корректные результаты дают ис пытания на одноосное растяжение, свыше 20 % — испытания на одноос ное сжатие. Механические свойства некоторых марок стали при температуре 20 °C при ведены в табл. 2. Испытания на одноосное растяже ние (при повышенных температурах) 2. Механические свойства некоторых сталей при температуре 20 °C Марка стали Механические свойства sв, МПа sт (s0,2), МПа d, % y, % 15 380 230 27 55 35 540 320 20 45 45 610 360 16 40 50 640 380 14 40 65Г 750 440 9 – 40Х 1000 800 10 45 20ХГНР 1300 1100 10 55 18ХГТ 1000 900 9 50 12ХН3А 950 700 11 55 30ХН3А 1000 800 10 50 30ХГСА 1100 850 10 45 У12А 680 600 25 – Р6М5 850 (510) 12 14 367 сталей в состоянии поставки реко мендуется проводить на универсаль ных испытательных машинах типа Р5 силой 50 кН. Для испытаний ис пользуют цилиндрические образцы по ГОСТ 1497–84 с диаметром рабо чей части 0,005 м и расчетной на чальной длиной 0, 05 м. Температуру в печи поддерживают с точностью ±4 °C. Деформация проводится в предварительно установленном тем пературном интервале (см. табл. 1), характерном для стали при ее полуго рячей обработке, через каждые 20 °С. По данным индикаторных диа грамм «сила–путь», полученных на машине, определяют значения вре менного сопротивления разрыву sв, условного предела текучести s 0, 2 и от носительного удлинения d [6]. Анализ графических зависимостей величин s0,2 и d от температуры (рис. 1) показывает, что численные значения предела текучести снижают ся для всего исследованного диапазо на температур, а показатель пластич ности — относительное удлинение, увеличивается вплоть до 750 °C для всех без исключения марок сталей, за тем с увеличением температуры (око ло 800 °C) происходит некоторое паде ние пластичности. Интенсивность снижения прочно стных и увеличения пластических свойств тем выше, чем больше содер жание углерода в сталях. На основа нии полученных результатов и после соответствующей обработки данных построены зависимости изменения истинного сопротивления деформи рованию ss от скорости деформации e& при различных температурах испыта ний (рис. 2). Полученные значения механиче ских свойств сталей при испытаниях на растяжение в интервале температур 500…800 °C рекомендуются к исполь зованию при разработке процессов 368 Глава 8. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА Рис. 1. Зависимости условного предела текучести s0,2 (предела текучести sт) и относительного удлинения d сталей от температуры ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА 369 Рис. 2. Зависимости скоростного упрочнения сталей при степени деформации e = 20 % и Т, °C: 1 — 600, 2 — 700, 3 — 800 370 Глава 8. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА полугорячего деформирования, харак теризующихся относительно невысо кими степенями деформации. Для большинства процессов полу горячего деформирования сталей и сплавов характерно развитие весьма значительных пластических деформа ций при интенсивном воздействии напряжений. Для построения кривых упрочнения при больших степенях деформации, с целью исключения влияния контактного трения, целесо образно проводить испытания на од ноосное сжатие (осадку) цилиндри ческих образцов с торцевыми выточ ками, заполняемыми термостойкой смазкой. Деформационная способность труд нодеформируемых сталей марок 50, 30ХН3А, 65Г, У12А, Р6М5 при повы шенных температурах оценивалась осадкой указанных образцов в интер вале температур 600…820 °C через ка ждые 20 °C [9]. Опыты проводили на экспериментальной установке. Запись силы осадки производили с помощью тензометрирования. Требуемую темпе ратуру образца задавали и поддержива ли с помощью хромельалюмелевой термопары, включенной в цепь элек тронного потенциометра ЭПР09мз с электрическим позиционным регулято ром. Точность измерения прибора со ставляет ±2,5 °C. Испытания производили при ско ростях деформации: 1,1×10-2; 1,7×10-2; 2,1×10-2 с-1 на испытательной машине ГМС50 и 66,5; 128,1; 171,9 с-1 на меха ническом копре. Для построения кривых упрочнения при различных температурах осадки используют известные соот ношения Е.П. Унксова и В.Л. Колмогорова. На рис. 3–6 приведены значения истинного сопротивления деформиро ванию ss сталей марок 15, 50, 30ХН3А, У12А, Р6М5 в зависимости от лога рифмической степени деформации ei Рис. 3. Кривые упрочнения стали 15: а — e& = 1,1×10-2 с-1; б — e& = 2,1×102 с-1 и скорости деформации при различ ных температурах испытания. Как видно из приведенных кривых, интен сивность упрочнения увеличивается с понижением температуры и ростом скорости деформации. При изменении скорости деформа ции на 4 порядка сопротивление де формированию возрастает в 3–4 раза. Причем разница скоростного и стати ческого сопротивления деформирова нию тем выше, чем выше скорость деформации и температура. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА 371 Рис. 4. Кривые упрочнения стали 50: а — e& = 1,1×10-2 с-1; б — e& = 2,1×102 с-1 Рис. 5. Кривые упрочнения стали 30ХН3А: а — e& = 1,1×10-2 с-1; б — e& = 2,1×102 с-1 C повышением температуры и ско рости деформации сопротивление де формированию легированных сталей типа 30ХН3А незначительно отлича ется по величине от малоуглеродистых сталей. Увеличение процентного содержа ния углерода (сталь 50) приводит к рос ту сопротивления деформированию во всем температурноскоростном интер вале осадки. Кривые упрочнения исследованных марок сталей показывают, что при ин тенсивности деформации больше 0,4 происходит снижение сопротивления деформированию вследствие повыше ния температуры на 80…100 °C за счет тепловыделения при деформировании. Заготовки для полугорячей штам! повки, их смазывание и нагрев. Эф фективность применения процессов полугорячей штамповки, особенно их автоматизации, зависит от правиль ного выбора исходной заготовки и способа ее получения. Заготовки для полугорячей штамповки при крупно 372 Глава 8. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА Рис. 6. Кривые упрочнения при сжатии стали У12А (а), стали 65Г (б) со скоростью деформа! ции e& = 1,3×10-2 с-1 серийном и массовом производстве получают рубкой пруткового мате риала в специальных штампах или на ножницах с дифференцированным зажимом прутка и заготовки [8, 9], а также рубкой проволочных заготовок диаметром до 0,01 м на высокопроиз водительных автоматах вихревой руб ки типа ЛВР. Наиболее приемлемыми, по данным В.Д. Ильича, В.П. Мулина, Е.Н. Лан ского, с точки зрения транспортирова ния от автомата питания через индуктор до рабочей позиции обработки, являют ся заготовки шаровые, цилиндриче ские, трубчатые и проволочные (с соот ношением Hзг/Dзг ³ 1…2, Hзг — высота заготовки, Dзг — диаметр заготовки). Деформирование металлов при по вышенных температурах осуществля ется с применением смазочного мате риала (табл. 3). При полугорячей штамповке долж на обеспечиваться стабильность тем пературы нагрева и равномерность ее распределения по всему объему заготовок [5, 9], что обеспечивают индукционные нагревательные уст ройства. При полугорячей штамповке на ав томатах применяют электроконтакт ный нагрев [12, 14]. Применение газопламенного на грева и нагрева в электропечах сопро 3. Применяемые смазочные материалы Смазочный материал Способ нанесения КБЖ — водный 20 %ный раствор Окунание заготовок в концентрата сульфитноспиртовой ванне шнекового агре барды ГОСТ 5818–78 с серебри гата с последующей стым графитом ГОСТ 5279–74 сушкой в пропорции 3:1 по объему Густая, водная суспензия графита Погружение заготовок в 75 % и мела 25 % ванну перед нагревом Графит карандашный Основные преимущества и недостатки Хорошая сцепляемость с поверхно стью заготовок, низкая шерохова тость поверхности изделия, исклю чение окалинообразования Галтовка заготовок в ба Преимущества те же. рабане перед нагревом Засорение гравюры штампа, матрицы ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА 373 Окончание табл. 3 Смазочный материал Способ нанесения Раствор соли в воде (100 г соли в Погружение нагретых 1 л воды) заготовок Водный раствор минерального масла с графитом Распыление на инструмент Основные преимущества и недостатки Хорошее смазывающее действие. Низкие экранизирующие свойства Хорошее смазывающее действие и термостойкость, высокие экрани рующие свойства. Образование нагара Смесь цилиндрового масла 60 %, Распыление графита 20 % и дисульфида мо на инструмент либдена 20 % Дисульфид молибдена Нанесение на инструмент тивления при полугорячей штамповке весьма ограничено. Силовые параметры полугорячей штамповки. В практике инженерных расчетов для прогнозирования макси мальной технологической силы про цесса полугорячей штамповки (осад ки, прямого, обратного и комбиниро ванного выдавливания) используют формулу P = pF , (1) где р — удельная сила на инструмент; F — площадь поверхности воздействия деформирующего инструмента. На рис. 7–9 приведены графики изменения удельной силы в зависимо сти от технологических факторов: Т, Нзг/Dзг и a, где a — угол конусности пуансона при вершине для выдавлива ния. Из графиков видно, что значение удельной силы снижается в интервале температур 600…800 °C примерно на 25…35 % и возрастает с увеличением отношения высоты к диаметру заготов ки. Установлено, что если к внутрен ней полости детали с точки зрения гео метрии не предъявляется жестких тре бований, то целесообразно для выдав ливания использовать пуансон с углом конусности при вершине a = 140…160°. Преимущества те же. Опасность возгорания Значительное уменьшение износа инструмента. Дефицитность Все кривые на графиках показыва ют также рост удельной силы с увели чением степени деформации j (j = = (F - f)/F, где F — полная площадь по перечного сечения заготовки, мм2; f — площадь поперечного сечения заго товки по выдавливаемой стенке, мм2). Значения удельной силы примени тельно к процессам прямого полугоря чего выдавливания сталей марок 20, 35, 40Х, 60С2, У12А определены на основе экспериментальных данных, приведенных в работах Е.Н. Ланского, Б.М. Позднеева, и представлены на рис. 10. Графики дают возможность выявить температурный интервал пря мого выдавливания. Для сталей 20, 35, 40Х это интервал 650…700 °C, для ста лей типа У12А — 780…800 °С при ско рости деформирования 0,1…0,2 м/с и степенях деформации 0,8…0,9 [9]. При проектировании технологиче ских процессов изготовления высоко точных деталей (элементов приводных цепей, изделий оборонного назначе ния, штамповочного инструмента) из сталей с содержанием углерода 0,18… 0,22 % и инструментальных сталей с применением ключевых операций полугорячей штамповки целесообраз но пользоваться графическими и ана 374 Глава 8. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА Рис. 7. Зависимость р от температуры ( H зг / Dзг = 0, 57; a = 180 ° ): а — сталь 15; б — сталь 50; в — сталь 30ХН3А литическими зависимостями удель ной силы, действующей на инстру мент, от степени деформации при Рис. 8. Зависимость р от отношения Hзг/Dзг (T = 600 °C, a = 180°): а — сталь 15; б — сталь 50; в — сталь 30ХН3А ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА 375 Рис. 9. Зависимость р от угла a æ H зг ö = 0, 57; T = 600 °C ÷: ç è Dзг ø а — сталь 15; б — сталь 50; в — сталь 30ХН3А оптимальном температурном интер вале штамповки. Из графика, представленного на рис. 11, видно, что удельная сила рас тет с увеличением степени деформа ции наиболее значительно при увели чении радиуса закругления пуансона. Однако даже при достаточно высоких степенях деформации, определяемых отношением площадей сечения заго Рис. 10. Зависимость удельной силы деформирования от температуры при прямом выдавливании при степенях деформации: 1 — j = 0,2; 2 — j = 0,4; 3 — j = 0,6; 4 — j = 0,8; 5 — j = 0,97 376 Глава 8. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА Рис. 11. Зависимость удельной силы, действую! щей на пуансон, от степени деформации и гео! метрии инструмента при обратном выдавлива! нии малоуглеродистой стали товки и выдавливаемой стенки, вели чина удельной силы не превышает предельно допустимых значений. На рис. 12, 13 представлены графи ческие зависимости удельной силы от степени деформации при полугорячем выдавливании сталей У12А, Р6М5 применительно к использованию вы сокоскоростного оборудования. Примеры проектирования технологи ческих процессов. Инструмент и штам пы для полугорячей штамповки. Полугорячее обратное выдавлива! ние элементов приводных и тяговых цепей. Число технологических пере ходов полугорячей штамповки в каж дом конкретном случае зависит от марки обрабатываемого металла, ис пользуемого оборудования, техни коэкономических показателей и др. Эффективное внедрение в произ водство полугорячей штамповки тесно связано с получением качественных за готовок, параметры которых мало от личались бы от заготовок, выполнен ных на металлорежущем оборудова нии. Качество заготовок определяется величинами относительной овально сти и косины. Рассмотрим типовой технологиче ский процесс на примере изготовле ния ролика приводной цепи с шагом 25,4 мм (табл. 4). Исходным материа Рис. 12. Зависимость удельной силы от степени деформации при полугорячем выдавливании для стали У12А: а — v0 = 1м/с; б — v0 = 7 м/с; ––– — Dзг = 25 мм; – – – — Dзг = 18 мм ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА 377 Рис. 13. Зависимость удельной силы от степени деформации при полугорячем выдавливании дефор! мирования для стали Р6М5: а — v0 = 1 м/с; б — v0 = 7 м/с; ––– — Dзг = 25 мм; – – – — Dзг = 18 мм 4. Технология изготовления элементов цепей Ролики приводной цепи с шагом 25,4 мм Эскиз Переход Ролики и втулки тяговых цепей с шагом 160 мм Эскиз Переход Рубка заготовки Отрезка заготовки Калибровка Полугорячее обратное выдавливание Полугорячее обратное выдавливание Просечка перемычки Просечка перемычки 378 Глава 8. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА лом служит круглая калиброванная сталь марки 30ХН3А по ГОСТ 4543–71 в состоянии поставки. Учитывая пара метры готовой детали и механизм де формации при полугорячем обратном выдавливании, заготовки выполняли с размерами: диаметр Dзг = 15,7 мм, вы сота Нзг = 9,0 мм, Hзг/Dзг = 0,57. Отрезку заготовок от прутка осуще ствляли в многопозиционном штампе с дифференцированным зажимом на механическом прессе К2130Б. Перед выдавливанием заготовки смазывали в галтовочном барабане. В ходе исследований хорошо зареко мендовала себя термостойкая смаз ка КБЖ — водный 20 %ный раствор концентрата сульфитноспиртовой бар ды с серебристым графитом. Предва рительно, до смазывания, исходные заготовки проходили операцию очи стки поверхности от грязи, окалины и масла. Очистку производили в ван нах с щелочным раствором повышен ной концентрации при температуре 60…80 °С. Нагрев заготовок из сталей марок 50, 30ХН3А под выдавливание осуще ствляли в индукционных установках до температуры 730…750 °С. Обратное выдавливание роликов, являясь ключевой операцией в техно логическом процессе, производи лось на установке, включающей криво шипный пресс, штамп выдавливания, механизм питания индуктора штуч ными заготовками с приводом от электродвигателя через червячный ре дуктор и бункерное устройство. Ин дукционный нагреватель работал от высокочастотной станции ОКБ–903Б (30 кВт/8000 Гц). Формирование размеров поковки происходит в штампе, основной осо бенностью которого является верхнее расположение матрицы (рис. 14). При полугорячем обратном выдав ливании по обычной схеме изза коле бания объема заготовки, получаемой рубкой от прутка, высота ролика мо жет быть неточной. Для получения в процессе выдавливания высоты роли ка в пределах требуемого допуска раз работана усовершенствованная конст рукция штампа [9], обеспечивающая подсадку торцов поковки после вы давливания за один ход ползуна пресса (рис. 15). Экспериментально установлена воз можность применения заготовок не Рис. 14. Штамп для полугорячего выдавливания роликов приводных цепей (шаг 25,4 мм): 1 — пуансон; 2 — съемник; 3 — матрица; 4, 5 — толкатели; 6 — хвостовик; 7 — тяги; 8 — направ ляющие съемника; 9 — нижняя плита; 10 — верхняя плита ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА Рис. 15. Штамп для обратного выдавливания: 1 — пуансон; 2 — съемник; 3 — тяги; 4 — матрица; 5 — выталкиватель; 6 — плита; 7 — толкатель; 8 — ползушка; 9 — ролик; 10 — колонка; 11 — винт; 12 — втулка традиционной формы с более благо приятным соотношением геометриче ских размеров (Hзг /Dзг = l,5…2), что 379 позволяет повысить качество и точ ность отрезаемых заготовок. Полугорячее прямое выдавливание детали «клапан». На рис. 16 показаны клапан и его поковка, изготовленная полугорячим прямым выдавливанием за один переход. Материал детали — инструментальная сталь У12А ГОСТ 1435–99. Реализуемая степень деформации j = 0,92, удельная сила на инструмент р = 1200 МПа. Отработка процесса прямого вы давливания происходила в полуавто матическом режиме на опытнопро мышленной установке, представлен ной на рис. 16. Заготовки, покрытые термостой кой смазкой, подаются по наклонному лотку 12 с отсекателем 1 в приемные окна транспортного диска 10 индук ционного нагревателя 6. Цикличность вращения обеспечивается храповым механизмом 4, имеющим привод 5 от Рис. 16. Технологические переходы изготовления детали «клапан»: а — рубка заготовок; б — прямое выдавливание; в — подрезка торца (удаление прессостатка) 380 Глава 8. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА Рис. 17. Установка для прямого выдавливания: 1 — отсекатель; 2 — плита; 3 — ползун; 4 — хра повой механизм; 5 — привод; 6 — индуктор; 7 — матрица; 8 — выталкиватель: 9 — лоток; 10 — диск; 11 — пуансон; 12 — лоток наклонный ползуна 3 прессавтомата. Движение заготовок осуществляется перекаты ванием по опорному диску, выпол ненному из асбоцемента и закреплен ному неподвижно под транспортным диском. Щелевой индуктор 6, закреп ленный на опорной плите, охватывает зону перемещаемых заготовок в секто ре с углом 270°. В конце пути транспортирования заготовка выпадает из окна транспорт ного диска в приемный лоток 9 прессавтомата под действием собст венной массы и устанавливается в ис ходном положении на направлении движения рабочего пуансона выдав ливания. Пуансон подхватывает заго товку, досылает ее в матрицу 7 и про изводит в конце хода деформирова ние. При обратном ходе ползуна прессавтомата приемный лоток отво дится рычажноклиновым механиз мом в сторону на угол 32°, освобождая зону для удаления отштампованного клапана выталкивателем 8. В конце холостого хода пуансон подвергается интенсивному охлаждению направ ленной струей воздуха. Для изготовления рабочего инстру мента (пуансон, матрица, выталкива тель) применялась высокопрочная сталь Р6М5, имеющая достаточно вы сокую температуру отпуска, что при производительности прессавтомата 35 шт/мин обеспечивает удовлетвори тельную стойкость (12 000…15 000 шт). Полугорячая двухпереходная штам! повка детали «корпус». К детали «кор пус» предъявляются достаточно жест кие требования и по геометрическим размерам, и по механическим свойст вам. Новая технология полугорячей штамповки предусматривает эконо мию материала, снижение трудоем кости при изготовлении детали и формирование заданных механиче ских свойств изделия (рис. 18). Как исходный материал для детали «корпус» использовалась круглая ка либрованная малоуглеродистая (со держание углерода 0,18…0,2 %) сталь диаметром 28,0 мм с качеством по верхности по группе «Б» ГОСТ 1051–73 четвертого класса точности. Заготовки с размерами (Dзг = 28,0 мм, Нзг = 24,0 мм, Hзг/Dзг = 0,85) получали отрезкой в однопозиционном штампе с дифференцированным зажимом. От носительная овальность заготовок со ставляла 0,025…0,034, а косина их тор цов 0,03…0,06. Принята двухпереходная полугоря чая штамповка в одной матрице (см. рис. 18, б, в). Эта схема позволяет на первом переходе выполнить осадку нагретой заготовки по матрице, ка либровку переднего торца с целью по лучения строгой перпендикулярности плоскости торца к оси пуансона и вы ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА 381 Рис. 18. Прессовые операции технологического процесса изготовления детали «корпус» с примене! нием полугорячей штамповки: а — заготовка; б — калибровка с высадкой дна; в — обратное выдавливание; г — вытяжка садку дна. На втором переходе произ водится выдавливание стенки. Предварительный нагрев заготовки и двухпереходная штамповка дают возможность получить нормализован ную структуру металла полуфабриката с необходимым распределением меха нических свойств стенки и дна. Развиваемая удельная сила на ин струмент составляет 1000…1200 МПа при степени деформации 0,72, опреде ляемой по отношению площадей по перечного сечения заготовки и выдав ливаемой стенки полуфабриката. Штамповка осуществляется на промышленной установке, состоящей из оснащенного средствами автомати зации горизонтального прессавтома та (силой 2500 кН) и высокочастотной станции ИЗ4/8000 (100 кВт/8000 Гц), питающей прямоточный индуктор. Типовые технологические процессы полугорячей штамповки. Количество технологических переходов полугоря чей объемной штамповки зависит от марки деформируемого материала, геометрии детали (поковки), требова ний к точности и качеству детали, используемого оборудования и тех никоэкономических показателей. В табл. 5 приведены типовые техноло гические процессы полугорячей объ емной штамповки, используемые в отечественном и зарубежном маши ностроении. Исходной заготовкой наружного кольца конического двухрядного под шипника серии 577707/01 из стали ШХ15 (п.1) служит отштампованный на горизонтальноковочной машине кольцевой полуфабрикат (а), под вергнутый отжигу, галтовке и смазы ванию. Штамповка выполняется за один переход на кривошипном горя чештамповочном прессе. Компенса ция колебаний объема заготовки обеспечивается созданием противо давления на верхнем торце и наличи ем открытой полости в средней части поковки (б). Глава 8. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА 382 Технологический процесс изготов ления корпуса подшипника хлопко уборо чной машины из стали ШХ15 (п.2) состоит из операций: отрубки за готовок от прутка в штампе (а); очист ки от окалины; нагрева заготовок до 800…1050 °C, осадки заготовки (б) и обратного выдавливания (в). Двухпе реходная штамповка осуществляется на прессе К985 силой 4000 кН. Технология изготовления поковки подпятника из стали 40Х (п.3) вклю чает операции: отрубку заготовки от прутка в штампе (а); выдавливание фаски и полости (б); нагрев получен ного полуфабриката до температуры 5. Типовые технологические процессы № п/п Наименование детали Марка стали 1 Наружное кольцо конического двух рядного подшипника ШХ15 2 Корпус подшипника хлопкоуборочной машины ШХ15 3 Подпятник 40Х Эскизы заготовок и поковок ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА 383 Окончание табл. 5 № п/п Наименование детали Марка стали 4 Палец шаровой опоры 40Х 5 Ось 45 6 Сменная головка торцового ключа 45 Эскизы заготовок и поковок 384 Глава 8. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА 700 °C; выдавливание (в) и протяжку на оправке (г). Операции в и г осу ществляются в многопозиционном штампе с одного нагрева на прессе для холодного выдавливания К0036 силой 4000 кН. Поковка пальца шаровой опоры из стали 40Х (п.4) изготовляется по сле дующей технологии: отрубка заготов ки от прутка в штампе (а); нагрев за го товки до температуры 700 °C; выдав ливание стержня и конуса (б); высадка головки (в). Операции б и в выполня ются в многопозиционном штампе с одного нагрева на прессе К0036. Технологический процесс изготов ления поковки оси (п.5) из стали 45 состоит из операций: отрубки заготов ки от прутка в штампе (а); нагрева за готовки до температуры 700 °C; выдав ливания фасок (б); выдавливания стержня (в) и высадки фланца (г). Операции б, в и г выполняются в мно гопозиционном штампе с одного на грева на прессе К8244. Технология изготовления сменной головки торцевого ключа из стали 45 (п.6) включает операции: отрубку за готовки от прутка (а); покрытие по верхности заготовки графитовой смаз кой; индукционный нагрев заготовки до температуры 700 °C; закрытую осадку с образованием конусообраз ного углубления на верхнем торце (б); выдавливания двенадцатигранной по лости (в); выдавливания квадратной полости (г). Операции б, в и г выпол няются с одного нагрева на многопо зиционном прессе фирмы Komatsu (Япония) силой 3200 кН. Штампы и инструмент. Штампы для полугорячей штамповки, так же, как и для холодной, эксплуатируются в весьма жестких условиях, поэтому к ним предъявляются следующие требо вания: – жесткость и прочность; – технологичность деталей штампа; – унификация деталей, надежное их крепление и возможность быстрой зам ены; – строгое центрирование рабочих деталей штампа, особенно инструмен та в процессе нагружения, простота и надежность работы устройств загрузки заготовок и удаление поковок из штам па и возможность механизации и авто матизации этих операций; – полное обеспечение безопасно сти работы на штампе. Разработка конструкции штампа, а именно подбор блока и проектирование пакета зависят от формы, геометриче ских размеров и материала поковки, от технологического режима штамповки (максимальной технологической и удельной силы, температурного интер вала, степени и скорости деформации), требований к качеству поковки и гото вой детали, типа применяемого обору дования и серийности производства [4]. Для полугорячей штамповки широ кое применение нашли блоки штампов как с направляющими устройствами (колонки, втулки), так и без них. Блоки с колонками (четырехколончатые, трехко лончатые, двухколончатые с диагональ ным и тыльным расположением) явля ются более универсальными, так как мо гут эксплуатироваться при установке на специальных прессах для холодного вы давливания, обладающих повышенной жесткостью и точностью хода ползуна и на универсальном кузнечнопрессовом оборудовании. Четыре и три колонки особенно рекомендуется применять в многопозиционных штампах со значи тельными размерами плит, установлен ных на универсальных прессах. Повышенные требования предъяв ляются к узлам крепления пуансонов и матриц в штампах, так как они долж ны обеспечивать строгую соосность и параллельность осей инструмента и оси штампа. Соосность пуансонов и матриц существенно влияет на качест ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА во поковки (например, на разностен ность и косину при обратном выдав ливании) и стойкость инструмента. Для удаления отштампованных поко вок из штампа и обеспечения синхрон ности с подачей заготовки необходимо гарантированное обеспечение как съема поковки с пуансона, так и выталкивания ее из матрицы. С этой целью широко применяются различные конструкции съемников, съемных устройств и вытал кивателей, имеющих механический (или пневматический) привод. Ниже приведены конструкции штам пов для изготовления поковок из раз личных сталей. Штамп трехпозицио нный для калибровки заготовки, ком бинированного выдавливания поков ки и пробивки отверстия, применяе мый при изготовлении головок торце вых ключей, приведен на рис. 19. Осо бенностью конструкции является при менение составных матриц и возмож ность перемещения матричного блока Рис. 19. Многопози! ционный штамп для выдавливания голо! вок торцового ключа: I — калибровка за готовки; II — двух стороннее обратное выдавливание; III — пробивка отверстия 385 выдавливания для удобства установки калиброванной заготовки. Штампы для предварительной осад ки и обратного выдавливания поковки корпуса подшипника хлопкоуборочной машины приведен на рис. 20. Штамп содержит два пакета (осадки и выдавли вания), закрепленных в одном блоке с направляющими устройствами. Осо бенностью конструкции матричного уз ла является наличие центрующей втул ки перед матрицей, обеспечивающей центрирование пуансона с матрицей в процессе деформирования, что способ ствует выдавливанию стенок корпуса с разностенностью не более 0,3 мм. На рис. 21 приведен штамп для по лугорячей штамповки внутренних ко лец конических роликовых подшип ников, успешно эксплуатирующийся в производстве. Штамп устанавлива ется на кривошипном горячештампо вочном прессе К864 силой 16 000 кН. Для штамповки используется кольце 386 Глава 8. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА Рис. 20. Штамп для полугорячего выдавливания корпуса подшипника хлопкоуборочной машины: 1 — плита верхняя; 2 — боек верхний; 3 — траверса; 4 — выталкиватель; 5 — матрица; 6 — втулка центрирующая; 7 — пуансон; 8 — боек нижний; 9 — плита нижняя вая заготовка. Конструктивной осо бенностью является использование Рис. 21. Штамп для закрытой полугорячей штамповки поковок внутренних колец кониче! ских роликовых подшипников: 1 — плита верхняя; 2 — пакет пружин верхний; 3 — пуансонодержатель; 4 — съемник; 5 — мат рица; 6 — выталкиватель; 7 — плита нижняя; 8 — устройство противодавления; 9 — пуансон пакетов пружин съемника (в верхней плите) и устройство противодавления (в нижней плите), необходимого для компенсации избыточного объема металла поковки. Штамп, показанный на рис. 22, предназначен для полугорячего выдав ливания поковок клапана и устанавли вается на винтовом дугостаторном прессе силой 2500 кН. Простота конст рукции, быстросменность инструмента и наличие ограничительных упоров по зволяют изготовлять на нем широкую номенклатуру деталей с обеспечением достаточно высокой стойкости инстру мента. На рис. 23 дана конструкция штам па для полугорячего обратного вы давливания с охлаждением нижней части пакета водой, поступающей в полость, образованную корпусом 12 и обоймой 11. В процессах полугорячей штампов ки интенсивному тепловому и силово му воздействию подвергается инстру мент: пуансоны, матрицы и выталки ватели. Методика выбора конструк тивных параметров инструмента в за висимости от особенностей штампуе ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА Рис. 22. Штамп для по! лугорячего выдавлива! ния поковок клапана: 1 — плита верхняя; 2 — упор; 3 — пуансон; 4 — матрица; 5 — ограничи тельный упор; 6 — клин; 7 — плита ниж няя Рис. 23. Штамп для обратно! го полугорячего выдавливания с охлаждением: 1 — плита верхняя; 2 — упор; 3 — пуансонодержа тель; 4 — пуансон; 5 — втул ка съемника; 6 — гайка при жимная; 7 — колонка на правляющая; 8 — втулка на правляющая; 9 — съемник; 10 — матрица; 11 — обойма; 12 — корпус; 13 — выталки ватель; 14 — плита нижняя; 15; 16 — толкатели 387 388 Глава 8. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА мых деталей при скоростях деформи рования, близких к скоростям, разви ваемым на кривошипных механиче ских прессах, приведена в рекоменда циях [4, 14, 15]. Одним из определяю щих условий, обеспечивающих удов летворительную стойкость, является правильный выбор марок инструмен тальных сталей и режимов их термооб работки. В табл. 6 приведены данные по стойкости инструмента, выполненно го из различных инструментальных сталей, который эксплуатируется при полугорячей штамповке различных по геометрии и материалу поковок. Инструмент для полугорячей штам повки необходимо изготовлять из про кованных заготовок. После ковки за готовки медленно охлаждаются в ящи ках с песком. Для снятия остаточных напряжений и лучшей обрабатывае мости резанием, заготовки подверга ют термообработке — отжигу или вы сокому отпуску. Закалку с отпуском инструмента производят после механической об работки перед финишными дово дочными операциями шлифовки и т.п. Требуемые твердость, проч ность и вязкость инструмента полу чают варьированием режима закал ки и отпуска. Стали 4Х5МФС, 4Х5В2ФС жела тельно применять для изготовления крупного и сложного инструмента, работающего при интенсивном охла ждении. Сталь марки 3Х3М3Ф имеет высокую прочность, теплостойкость и особенно разгаростойкость. Из 6. Стойкость инструмента из отечественных инструментальных сталей № п/п Процесс, деталь, материал 1 Обратное двухстороннее выдавли вание сменных головок торцевых ключей из стали 40Х 2 Обратное двухстороннее выдав Пуансоны ливание роликов и втулок из ста лей 40Х и 40ХН Р18; 4Х4МВФС; 5Х3В3МФС с азотирова нием; Р12, Р6М5, Р6М3 2,0…3,0 3 Обратное выдавливание втулок из углеродистой стали Пуансоны 5ХНТ До 3,0 4 Обратное выдавливание втулок из сталей 2Х13, 4Х13 Пуансоны 3Х2В8Ф До 5,0 Прямое и комбинированное вы давливание поковок из конст рукционных сталей Пуансоны Р18 2,0…5,0 Матрицы Р18, 3Х2В8Ф, ВК15 3,0…6,0 15,0…20,0 Выталкива те ли 9ХС Пуансоны 4Х5МФС 5 Наименование инструмента Материал инструмента Пуансоны Р18 Матрицы Наплавка электродом ОЗИ4 Стойкость, тыс. штук 0,9…2,0 От 3,6…6,0 до 9,0…12,0 Матрицы Матрицы 6 Обратное выдавливание наружных колец конических роликовых под шипников из стали ШХ15 7 Прямое выдавливание внутренних Пуансоны колец кони ческих роликовых под Матрицы шипников из стали ШХ15 10,0…15,0 Матрицы 5,0…10,0 2,35…3,25 4,2…9,6 4Х5МФС 1,4…6,6 1,8…3,2 ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА этой стали целесообразно изготов лять мелкий инструмент, работаю щий в условиях интенсивного нагре ва и охлаждения при относительно высокой производительности. Стали 4Х4МВФС, 5Х3В3МФС имеют повышенные эксплуатационные свойства по срав нению с ранее приведенными. Азоти рование этих сталей повышает стой кость пуансонов и матриц в 1,5–2 раза по сравнению со стойкостью пуансо нов и матриц из стали Р18. Стали ма рок 2Х8В8М2К15, 2Х8В8М2К8 имеют повышенную теплостойкость и при меняются в особо тяжелых условиях эксплуатации при полугорячей штам повке поковок из труднодеформируе мых сталей и сплавов. В последние годы одно из веду щих мест в изготовлении штампо вочного инструмента из трудноде формируемых высокоуглеродистых инструментальных сталей, приме няемого в условиях крупносерийно го и массового производства, зани мает высокоскоростная полугорячая штамповка. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Акаро И.Л., Акаро А.Н. Малоот ходная полугорячая штамповка. ЦНИИТЭстроймаш. 1990. 48 с. 2. Акаро И.Л., Балаганский В.И., Смольникова Л.М. Новые технологии и проект автоматизированного ком плекса для производства заготовок зубчатых колес, фланцев и колец // КШП. 1995. № 7. С.18–21. 3. Абрамов А.Н., Шолом В.Ю., Шустер Л.Ш. Оценка трибологиче ских свойств технологических смазоч ных материалов // КШП. 1996. №10. С. 8–12. 4. Аксенов Л.Б. Системное проек тирование процессов штамповки. Л.: Машиностроение, 1990. 240с. 389 5. Бурнашов И.И. Комбинирован ный индукционный нагрев под полу горячую штамповку // КШП. 1999. № 2. С. 35–36. 6. ГОСТ 1497–84 Металлы. Методы испытания на растяжение при повы шенных температурах. М.: Издво стандартов, 1987. 7. Готлиб Б.М., Добычин И.А., Гот! либ М.Б. Автоматизированные куз нечнопрессовые комплексы. Екате ринбург: УрГАПС, 1998. 647 с. 8. Кутышкин А.В., Токарев Б.И. Ис следование точности заготовок для го рячей объемной штамповки, получае мых разрезкой на ножницах // КШП. 1997. № 2. С. 33–35. 9. Лялин В.М., Петров В.И., Жу! равлев Г.М. Основы технологии объемной и листовой полугорячей штамповки. Тула: Тул. гос. унт, 2002. 160 с. 10. Лялин В.М., Пещеров А.В. Ана лиз процесса высокоскоростной полу горячей штамповки выдавливанием / Сб. научн. трудов. Теория и практика производства проката. Липецк: ЛГТУ, 2001. С. 246–251. 11. Малоотходная, ресурсосбере гающая технология штамповки / под ред. В.А. Андрейченко, Л.Г. Юдина, С.П. Яковлева. Кишинев: UNIVERSITAS, 1993. 238 с. 12. Натанзон Е.И., Темянко А.С., Губин Ю.А. Полугорячая штамповка шестерен на автоматической линии // КШП. 1989. № 3. С. 3–8. 13. Позднеев Б.М. Применение по лугорячей объемной штамповки (за рубежный опыт) // КШП. 1993. № 7. С. 2–4. 14. Позднеев Б.М., Сосенушкин Е.Н., Балаганский В.И. Обоснование технологических параметров и техни ческих характеристик автоматизиро ванного комплекса для многопозици онной полугорячей штамповки // КШП. 1993. № 4. С. 25–28. 390 Глава 8. ПОЛУГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА 15. Сосенушкин Е.Н. Расчет темпе ратурных условий работы инструмен та при холодной и полугорячей штам повке // КШП. 1994. №7. С. 23–24. 16. Темянко Л.С., Мишин А.Ф. Точ ная штамповка заготовок цапф на ав томатических комплексах // КШП. 1996. № 7. С. 14–17. 17. Ekkehard K. Weiterentwickelte Pressen und Werkzenge Stligern Produk tivitat und Zuferlassigreit / Maschinen warkt. 1998. № 12. S. 26–29. Глава 9 СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 1. ГИБОЧНЫЕ РАБОТЫ Виды гибочных работ, применяемое оборудование и расчетные параметры процесса. Гибку осуществляют как на универсальных листоштамповочных и других прессах, так и на специальном оборудовании. Специальные гибочные прессы и машины применяют для из готовления из листовых, полосовых и профильных заготовок преимущест венно крупногабаритных деталей в ви де фасонных балок, кронштейнов, под весок, гнутых профилей, цилиндриче ских и конических обечаек, фланцев и отводов. При этом применяют одно и многопереходную гибку в штампах, гибку по шаблону и гибку в роликах (валках). Толстолистовые и профиль ные заготовки в основном сгибают в горячем состоянии. Из специального гибочного оборудо вания в основном применяют горизон тальные гибочноштамповочные прессы (бульдозеры) (см. т. 1, с. 350), верти кальные гибочноштамповочные прес сы, листогибочные машины с поворот ной траверсой, листогибочные валковые и сортогибочные роликовые машины. Основным расчетным параметром процессов гибки является изгибающий момент M. При изгибе заготовки в хо лодном состоянии на радиус, больший трехкратной толщины заготовки h, мо мент вычисляют по формуле M = mWs т , где m — относительный изгибающий K момент, m = K 1 + o ; W — момент 2 rо сопротивления поперечного сечения заготовки; s т — предел текучести (табл. 1); rо — относительный сред ний радиус изгиба детали, равный среднему радиусу детали R0 , отнесен ному к ее толщине h, rо = R0 / h; K 1 — коэффициент профиля поперечного сечения заготовки; K о — относитель ный модуль упрочнения на начальном участке кривой упрочнения, равный модулю упрочнения p, отнесенной к пределу текуче сти; K о = p / s т (см. табл. 1). Значения коэффициента K 1 в зави симости от профиля заготовки и вида изгиба следующие: Прямоугольный . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,5 Квадратный «на ребро» . . . . . . . . . . . . 2,0 Круглый . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,7 Стандартный двутавровый и швел лерный «вертикально» (относительно оси x - х) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,2 Стандартный двутавровый «горизонтально» . . . . . . . . . . . . . . . . 1,8 Стандартный швеллерный «горизонтально» . . . . . . . . . . . . . . . 1,55 Стандартный угловой полкой наружу и внутрь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,5 Кольцевой профиль (труба) при d/D: 0,4…0,59 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,6 0,6…0,74 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,5 0,75…0,89 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,4 0,9…1,0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,3 Приведенные уравнения дейст вительны при rо > rо.пр (см. табл. 1). При изгибе на относительный ради ус, меньший rо.пр , относительный изгибающий момент m увеличивает ся незначительно, и поэтому при расчетах можно принимать его наи большее значение, определяемое при rо.пр . Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 392 1. Значения sт, Kо, rо.пр и с Группа стали Марка стали Среднее значение sт, МПа Kо rо.пр с I 10 и 15, Ст1 и Ст2 210 10,0 2,7 4,5 II 20 и 25, Ст3 и Ст4, 20К, 22К и 25К 260 11,0 3,2 4,0 III 30 и 35, Ст5 300 14,0 4,0 3,6 IV 40 и 45, Ст6, 15Х и 20Х 340 17,0 5,2 3,2 При гибке в горячем состоянии изгибающий момент рекомендуется определять приближенно по уравне нию M = 1,8Ws в , где s в — предел прочности. Приведенные уравнения изгибаю щего момента действительны при из гибе с расстоянием между опорами L ³ 6h. При меньшем расстоянии при расчетах силы гибки следует исходить из величины поперечной силы: Q = 0,5 Fs в , где F — площадь поперечного сечения заготовки. Показатели пружинения при изги бе в холодном состоянии определяют по следующим уравнениям: – относительный радиус изгиба до пружинения, по которому устанавли вают размеры инструмента: r= rо ; s 1 + 2 m т rо E (1) – угол пружинения Da = 2m sт ra, E (2) где Е — модуль нормальной упругости; a — угол изгиба заготовки, a = 180° - b; b — угол между полками детали до пружинения. Гибка на прессах. При гибке на прес сах в большинстве случаев применяют V, П и Uобразную гибку. Сложные детали, имеющие несколько гнутых участков, сгибают за несколько пере ходов или в некоторых случаях одно переходной гибкой, когда за один ход ползуна пресса осуществляется гибка всей детали. Выбор технологического процесса гибки зависит от формы и размеров де тали, серийности производства, требуе мой точности изготовления и имеюще гося оборудования. Повышение требований к точно сти деталей вызывает усложнение технологического процесса, в частно сти, вынуждает применять однопере ходную гибку в сложном штампе. Од нако однопереходная гибка требует, как правило, во много раз большего усилия. Полосовые и листовые заготовки толщиной до 20…30 мм из низкоугле родистых и малолегированных сталей обычно сгибают в холодном состоя нии. При этом внутренний радиус из гиба не следует назначать меньше ука занного в табл. 2. Точность изготовления деталей при холодной гибке меньше, чем при горячей, вследствие пружинения согнутой детали после снятия на грузки. Для его компенсации форму и размеры рабочих поверхностей штампов необходимо корректиро вать. При этом следует иметь в виду, что разброс угла изгиба деталей, со ГИБОЧНЫЕ РАБОТЫ 393 2. Минимально допустимые внутренние радиусы изгиба Rв при угле между полками b > 30° sв, МПа До 400 Rв при толщине заготовки, мм 1 1,5 2,5 3 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 1,0 1,6 2,5 3 5 6 8 10 12 16 20 25 28 36 40 Св. 400 до 500 1,2 2,0 3 4 5 8 10 12 16 20 25 28 32 40 45 » » 550 1,6 2,5 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 36 45 50 500 гнутых в одном и том же штампе, за висит от неравномерности прочност ных свойств материала и отклоне ний заготовок по толщине. Заготовки из листового проката при холодной гибке на относитель но малые радиусы располагают при разрезке так, чтобы линия изгиба проходила поперек направления прокатки, а если заготовку сгибают по двум взаимноперпендикуляр ным линиям, то заготовки распола гают под углом 45° к направлению прокатки. При гибке в штампе на малый ради ус происходит утонение заготовки, ко торое может достигать 10…20 %. При защемлении в процессе гибки конце вых участков заготовки в штампе уто нение заготовки в зоне изгиба значи тельно увеличивается. Гибка Vобразных деталей. Боковые плоскости рабочей поверхности пуан сона и матрицы выполняют под углом штампа b. При холодной гибке угол b назначают меньше угла детали b 0 на угол пружинения Da. Радиус пуансона принимают одинаковым с внутренним радиусом детали, а радиус рабочих за Рис. 1. Схемы V!образной гибки в штампе круглений матрицы равным двух, трехкратной толщине заготовки. Гибку можно осуществлять двумя способами. При первом способе, назы ваемом гибкойштамповкой, заготовка в конце хода ползуна плотно зажимает ся между пуансоном и матрицей по всей поверхности (рис. 1, а) и происхо дит калибровка согнутой заготовки. Сила гибки резко возрастает в конце рабочего хода. Ее значение определяют из формулы a aö æ P = Fs в ç cos + m sin ÷, 2 2ø è (3) где F — площадь поперечного сечения заготовки; m — коэффициент трения на контактных поверхностях заготов ки с матрицей. При подсчете силы гибки стальных заготовок в холодном состоянии для черных непротравленных заготовок m = 0,4…0,5, для черных протравлен ных и механически обработанных за готовок со смазочным материалом m = 0,15…0,2, при горячей гибке m = 0,5. Угол пружинения составляет 1…5°, если внутренний радиус изгиба детали Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 394 3. Значения радиуса изгиба и угла пружинения в зависимости от ширины паза L матрицы (размеры, мм) Холодная гибка сталей группы Ширина паза мат рицы L I II III IV Rв Da, …° Rв Da, …° Rв Da, …° Rв Da, …° 6h 1,0 h 2,5 0,9 h 3,0 0,8 h 3,5 0,7 h 4,5 Rв при горячей гибке 1,4 h 8h 1,25 h 3,5 1,1 h 4,0 1,0 h 4,5 0,9 h 5,5 1,75 h 10 h 1,6 h 4,0 1,45 h 4,5 1,3 h 5,0 1,15 h 6,0 2,25 h 12 h 2,05 h 4,5 1,85 h 5,0 1,65 h 5,5 1,45 h 6,5 2,9 h прямоугольного сечения связан с ши риной паза зависимостью Rв = 2 ù ch éæ L ö L êç ÷ - + 17 ú, h b êè 2 h ø úû ë где L — ширина паза матрицы; c — ко эффициент, зависящий от механиче ских свойств материала детали; его значения для холодной гибки сталь ных деталей приведены в табл. 1. При гибке в горячем состоянии c = 6,3. При гибке заготовки на угол 90° ширину паза матрицы (расстояние ме жду опорами) выбирают по табл. 3. Гибку крупногабаритных сравни тельно толстостенных деталей реко мендуется заканчивать в момент, ко гда полки заготовки в процессе изгиба соприкоснутся с боковыми поверхно стями матрицы (см. рис. 1, б). При та ком способе (гибка до соприкасания) сила пресса в несколько раз меньше, чем при гибкештамповке. Углы пру жинения при гибке до соприкасания приведены в табл. 3. Во время настройки технологиче ского процесса особое внимание надо уделять правильной установке край него нижнего положения пуансона. При недостаточном ходе угол между полками согнутой детали получится больше требуемого, а при увеличен ном ходе — меньше. В случае гибки нескольких партий деталей из материалов, немного от личающихся по механическим свой ствам, принимают среднее значение угла штампа, а переналадку штампа на гибку деталей из другого материа ла производят путем регулирования крайнего нижнего положения пуан сона. Так, при холодной гибке заго товок из низкоуглеродистой стали на угол 90° угол штампа b = 85…86°, а для деталей из алюминиевых сплавов b = 70…80°. Силу гибки до соприкасания на угол 90° (при рекомендованной шири не паза матрицы) определяют из фор мулы P = K a Fs в . Значения коэффициента K a приве дены в табл. 4. 4. Значения коэффициента Ka (для сталей групп I–IV) Вид гибки Ширина паза матрицы L 6h 8h 10 h 12 h m = 0,2 0,26 0,18 0,14 0,11 m = 0,5 0,30 0,21 0,16 0,14 Горячая 0,25 0,18 0,14 0,12 Холодная: П р и м е ч а н и е. m — коэффициент трения на контактных поверхностях заготовки с матрицей. ГИБОЧНЫЕ РАБОТЫ Рис. 2. Схемы П!образной гибки в штампе Гибка Побразных деталей за один переход при изготовлении большой партии деталей более предпочти тель на, чем двухпереходная, несмотря на необходимость применения более сложного и менее стойкого штампа, так как в этом случае производитель ность процесса и точность получае мых деталей выше. Наиболее простым способом явля ется гибка в штампе с прямоугольны ми рабочими поверхностями пуансона и матрицы (рис. 2, а). В процессе гиб ки участок под пуансоном изгибается и для его выправления требуется ка либровка заготовки в конце рабочего хода пуансона. При калибровке про исходит также перераспределение на пряжений в согнутых участках заго товки и поэтому пружинение детали становится незначительным; его мож но компенсировать небольшим под нутрением боковых плоскостей пуан сона на угол 1…2°. Однако калибровка требует в несколько раз большего уси 395 лия по сравнению с силой гибки и при холодной гибке детали получаются сильно наклепанными. Этот способ рекомендуется применять при гибке сравнительно тонкостенных неответ ственных деталей. Чтобы избежать необходимости ка либровки, применяют штамп с ниж ним прижимом, работающим под дей ствием пружин или пневматического цилиндра (см. рис. 2, б). Для компен сации пружинения полок в пуансоне боковые плоскости поднутряют на угол 2…3° и боковой зазор устанавли вают равным или несколько меньшим толщины заготовки. Указанный при ем эффективен при Rв = (0,8…1,2) h. Если же Rв = (1,25…2,0) h, то нижнюю поверхность пуансона и верхнюю по верхность прижима выполняют по ра диусу (см. рис. 2, в). В штампе для Побразной гибки радиусы закругления на пуансоне Rп выполняют равными внутреннему ра диусу закругления детали, а наружные углы матрицы скругляют или скаши вают для облегчения затягивания заго товки в паз матрицы. Радиус закругле ния матрицы принимают Rм = (2…4) h. Силу определяют по уравнению P = (1,1K1,3) K о s в F , где K б — коэффициент (табл. 5). Для гибки Побразных деталей с углами, меньшими 90°, и иногда для деталей с углами, равными 90°, приме няются штампы с перегибающими устройствами в виде поворотных суха рей или боковых ползушек. 5. Значения коэффициента Kо m Rм + Rп 2h 3h 4h 5h 6h 8h 10 h 0,2 0,63 0,53 0,47 0,42 0,39 0,34 0,30 0,5 0,90 0,81 0,76 0,72 0,68 0,61 0,55 396 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Гибка Uобразных деталей. Эти де тали характеризуются наличием сги бов большого радиуса и прямыми па раллельными полками. Среднего пря мого участка может не быть. Изгиб на большой радиус сопро вождается большим пружинением, поэтому при холодной гибке пуансон выполняют с меньшим радиусом и большим поднутрением и подгибают полки в конце рабочего хода, пре имущественно посредством встроен ных в штамп специальных переги бающих устройств рычажного или клинового типа. Перегиб детали про исходит под нажимом пуансона на элементы устройств. Радиус пуансона и угол пружинения определяют по формулам (1) и (2). Для снижения силы гибки и преду преждения следов нажима в местах со прикосновения заготовки с матрицей часто применяют штампы с ролико выми и поворачивающимися сектор ными опорами. Если допускается значительная не параллельность прямых участков Uоб разной детали, то используется про стой штамп с цилиндрическими рабо чими поверхностями. Так как согнутая деталь может застрять в матрице, то в последней предусматривают выталки ватели и подвижкой клин (рис. 3, а). При обратном ходе клин увлекается деталью вверх и отходит по наклонной плоскости в сторону, освобождая де таль. Для точной гибки Uобразных дета лей применяют штампы, в которых осуществляется перегиб заготовки для компенсации пружинения. Наиболее простым штампом является штамп с поворотными сухарями (рис. 3, б). В первый период гибки сухари упирают ся в боковые стенки матрицы (показа но штриховой линией), а в конце хода под действием пуансона они повора чиваются и прижимаются ко дну мат Рис. 3. Штампы для однопереходной гибки U!образных деталей: а — клином; б — с поворотными сухарями рицы: при этом заготовка сгибается на угол, больший 180°, для компенсации пружинения. Гибка дугообразных и круглых дета лей. Дугообразные детали с централь ным углом, меньшим 120…150°, сгиба ют за один переход в простом штампе с пуансоном и матрицей, выполненны ми по радиусу, равному радиусу дета ли с учетом ее пружинения. Гибку деталей с центральным уг лом 150…270° осуществляют за два пе рехода (рис. 4, а). На первом переходе подгибают крайние участки, а на вто ром — средний (рис. 4, б). Закрытые детали типа хомутов сги бают также за два перехода. На пер вом переходе крайние участки при нимают заданную кривизну, а сред ний участок получает обратную кри визну; на втором — средний участок сгибает ся на радиус детали. В конце рабочего хода, когда торцы заготов ки уже сошлись, а гибка среднего участка продолжается, боковые уча стки разгибаются в пределах упругих деформаций. Для компенсации пружинения ра бочие поверхности пуансона и мат рицы выполняют меньшего радиуса, чем определяемого по формуле (1). ГИБОЧНЫЕ РАБОТЫ Рис. 4. Способы гибки круглых деталей: а — полузакрытой; б — закрытой Силу гибки подсчитывают по уравне нию (3). При гибке замкнутых деталей пуан сон выполняют цилиндрическим с опорами по цапфам. Одна из опор предусматривается откидной для воз можности удаления согнутой детали из штампа. Однопереходная гибка сложных де талей. Гибку осуществляют в простом штампе, конфигурацию рабочего ру чья которого выполняют по форме де тали. Одновременно за один ход прес са сгибают все участки заготовки. Та кая гибка сопровождается возникно вением на средних участках заготовки больших растягивающих силу и пере мещением участков заготовки в попе речном направлении через рабочие ребра штампа. 397 По этой причине однопереходную гибку можно успешно применять лишь для деталей, не имеющих глубо ких выгибов. Особенностью конструкции рабо чего профиля штампа для несиммет ричных деталей, например Zобраз ных, является такое его расположе ние, чтобы при гибке на пуансоне и матрице не возникала значительная по величине горизонтальная составляю щая силы, перпендикулярной движе нию пуансона. Кроме того, необходи мо, чтобы в начальный момент дефор мирования заготовка опиралась на матрицу (или пуансон) на две опоры, а пуансон производил нажатие между опорами. Часто в штампе предусматривают утапливающиеся рабочие элементы, посредством которых в начале штам повки происходит предварительная гибка, что приводит к уменьшению го ризонтальных перемещений участков заготовки. Многопереходная гибка сложных де талей. Гибку сложных деталей с глу бокими выгибами производят за два или несколько переходов. Например, V и Побразные детали с горизон тальными полками изготовляют за два перехода. За первый переход сгибают боковые участки, затем заготовку переворачивают и производят гибку средних участков. Гибку полузакрытых и закрытых деталей прямоугольного и другого бо лее сложного профиля также произво дят за два перехода. Однако в этом слу чае сначала сгибают средние участки. Изготовить штамп двухручьевым или установить на прессе одновремен но два штампа в некоторых случаях бывает затруднительно, например, при больших габаритах детали. Тогда применяют одноручьевые штампы, в которых предусматривают возмож ность перемещения (утапливание) ра 398 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ предусматривать установку пуансонов бочих элементов штампа, что позволя и матриц для пробивки отверстий. ет производить гибку за первый и вто Удобно пробивать отверстия в пря рой переходы на разных участках заго мой заготовке. Однако при гибке рас товки. стояния между отверстиями изменя Гибка деталей пространственных ются неодинаково. Поэтому, когда форм. В каждой плоскости заготовка требуется точное расположение отвер сгибается за самостоятельный пере стий, пробивку производят в уже ход. Если деталь прямоугольного сече полностью согнутой заготовке. ния, то сначала производят изгиб на Второй распространенной допол ребро. нительной операцией является мест Сложноизогнутые пространствен ная штамповка углублений на полосо ные детали, например перила, целесо вых заготовках и плющение профиля образно изготовлять посредством мно (круглого, трубного) в местах, преду гопереходной Vобразной гибки. смотренных для отверстий. Операция Гибка деталей из профильных заго местной штамповки может произво товок. При гибке несимметричных де диться в конце хода ползуна при ги талей или из угловых, высоких двутав бочной операции. ровых, швеллерных и полосовых заго На горизонтальных гибочноштам товок необходимо предупреждать по повочных прессах изготовляют крупно терю устойчивости сгибаемой заготов габаритные детали из полосового и ки и возникновения в процессе гибки профильного проката и из штампо побочных деформаций — скручивания ванных заготовок преимущественно и т. п. С этой целью применяют штам поперечным изгибом. Часто выполня пы с закрытыми ручьями и часто вы ют и горячую гибку. нуждены осуществлять гибку в горя Типовыми деталями, изготовляе чем состоянии. мыми на этих прессах, являются про Гибку на сравнительно небольшой тяженные детали в виде балок с изо радиус деталей с полками — швел гнутой осью и детали типа кронштей лерных, двутавровых и других — про нов, подвесок, скоб (рис. 5). Детали изводят с сухарями, заполняющими второго типа сгибаются при большом внутреннюю полость профиля в зоне ходе ползуна пресса. Применяют од гибки. Сухари в виде узких чугунных но, двух и трехпереходную гибку. отливок скрепляют тросом, при гиб Для уменьшения трудоемкости изго ке они распирают полки профиля и не дают возможности наклоняться товления все переходы следует выпол внутрь. нять с одной подачи заготовки в Дополнительные операции при гибке. штамп, а при горячей гибке — с одного Основной дополнительной операци нагрева. Для этого применяют много ей, проводимой при гибке, яв ляется пробивка отверстия. Обычно гнутые детали не под вергают механической обра ботке, поэтому пробивку от верстий целесообразно выпол нять на той же машине, что и гибку, и по возможности за од ну подачу заготовки в штамп, Рис. 5. Типовые детали, изготовляемые гибкой на гори! зонтальных гибочно!штамповочных прессах т.е. в гибочном штампе следует ГИБОЧНЫЕ РАБОТЫ ручьевые штампы. Используют также многопереходные комбинированные штампы, в которых наряду с гибкой производят и некоторые другие опера ции: пробивку отверстий, вырубку, от резку. Штампы изготовляют литыми или из толстолистового проката, сварны ми или соединенными болтами. Ручьи располагают друг над другом. Наибо лее трудоемка механическая обработ ка рабочих поверхностей штампа. При конструировании штампа особое вни мание следует обращать на упрощение его изготовления. Просты в изготовле нии штампы, собранные из стальных плит. Обработку их рабочих поверхно стей можно производить газовой рез кой и зачисткой абразивным инстру ментом. В штампах для крупносерийной гиб ки в наружных углах рабочих поверхно стей, которые подвержены интенсивно му износу, целесообразно преду смат ривать каленые вставки. При подаче сравнительно тяжелых заготовок в продольном направлении следует выполнять упоры с резиновым или пружинным амортизатором. Конструкция штампа для двухпере ходной гибки сложной Побразной детали показана на рис. 6. Штамп соб ран из стальных плит. Рабочие эле менты для первого перехода располо жены внизу, а для второго — в его верхней части. За первый переход сги бают оба конца заготовки и формуют карманы. После кантования заготовки на 180° (за второй переход) осуществ ляют гибку внутренних углов детали. Заготовку устанавливают в штампе по отверстию, расположенному в средней зоне, и прижимают ее к пуан сону с помощью ползушки, переме щаемой поворотом эксцентрикового валика посредством рукоятки. Такое крепление заготовки предупреждает ее падение (заготовка ставится на реб 399 ро) и одновременно служит прижим ным устройством. Для возможности размещения прижимных устройств продольные оси пуансонов смещают относительно друг друга. Пуансоны обоих переходов имеют поднутренные боковые плоскости. В пуансонах и матрицах предусмотрены сменные ка леные вставки. Вертикальные гибочноштамповоч ные прессы предназначены в основ ном для изготовления протяженных сложных профилей из полосовых или листовых заготовок (рис. 7). Как пра вило, применяют многопереходную гибку в простом Vобразном штампе, перемещая заготовку после каждого перехода и устанавливая ее в штампе следующим участком гибки. В прессе предусмотрено специальное регули руемое устройство (упор) для пра вильной установки заготовки. После довательность гибки сложного про филя приведена на рис. 8. Для возможности применения этой технологии необходимо, чтобы все ра диусы изгиба у детали были одинако выми. В некоторых случаях между от дельными переходами необходимо производить смену пуансона. Матри цу выполняют универсальной в виде квадратного бруса и размещают на ка ждой стороне Vобразного ручья для возможности гибки заготовок разной толщины и с разным радиусом изгиба. Гибку осуществляют в холодном со стоянии. Прессы используют и для пробивки отверстий. Гибка на машинах с поворотной тра! версой. При гибке заготовку укладыва ют на стол 1 (рис. 9, а) и вертикальным перемещением прижимной траверсы 2 жестко фиксируют в заданном положе нии. Гибку осуществляют путем пово рота гибочной траверсы 3. При этом кромки заготовки загибаются вокруг вставки 4, имеющей рабочий радиус, равный радиусу изгиба детали. Угол из Рис. 6. Штамп для двухпереходной гибки Побразной детали: 1 — пуансон первого перехода; 2 — матрица первого перехода; 3 — пуансон второго перехода; 4 — матрица второго перехода; 5 — заготовка после первого перехода; 6 — заготовка после второго перехода 400 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ ГИБОЧНЫЕ РАБОТЫ 401 Рис. 7. Типовые детали, изготовляемые гибкой на вертикальных гибочноштамповочных прессах гиба (поворота траверсы) мо* жет достигать 135°. Наиболь* шая длина сгибаемой кромки определяется размером L. Основным назначением универсальных машин с по* воротной траверсой является изготовление из листовых и полосовых заготовок в холод* ном состоянии профилей с различным контуром попе* речного сечения. При этом профили могут быть откры* тые, полузакрытые и закры* тые. Для возможности сня* тия с машины закрытого профиля прижимную травер* су закрепляют на станине пресса одним концом шар* нирно, другой ее конец мо* жет выдвигаться вперед. Аналогичные гнутые детали можно изготовлять также на вертикальных гибочно*штам* повочиых прессах и профили* ровочных станах. Особенно* стью гибки на машинах с пово* ротной траверсой является срав* нительно простая технологиче* ская оснастка и более широкая универсальность. По произво* дительности они значительно уступают прессам и станкам. Гибку на машинах целесооб* разно применять в мелкосе* рийном и единичном произ* водстве. Рис. 8. Последовательность многопереходной Vобраз ной гибки 402 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 9. Схема универсальной машины с поворотной траверсой Изготовление деталей осуществля* ют многопереходной гибкой, когда за каждую установку заготовки в машине и поворот гибочной траверсы получа* ют изгиб заготовки на один угол. Спо* собы гибки типовых деталей показаны на рис. 10, а–е. Параметры машины A, B, H и h ограничивают размеры сгибаемых профилей. Основное условие технологичности гибки заключается в том, что центр за* кругления вставки должен быть совме* щен с центром вращения поворотной траверсы. Для обеспечения этого усло* вия и расширения технологических возможностей в современных машинах положение стола и гибочной траверсы выполняют регулируемыми по высоте. Кроме того, предусматривают горизон* тальное регулирование положения ги* бочной траверсы. Наличие горизонтального регули* рования гибочной траверсы значи* тельно расширяет диапазон сгибаемых заготовок по толщине. Толстые заго* товки гнут с плечом l1 , при котором сила гибки минимальна (см. рис. 9, б), а при гибке тонкостенных заготовок плечо l 2 должно быть уменьшено, что* бы обеспечить получение радиуса из* гиба заготовки в соответствии с радиу* сом вставки, т. е. с заданным радиусом детали. С использованием цилиндриче* ской оправки на машине можно изго* товлять трубы относительно неболь* шого диаметра за три перехода. Гибка на листогибочных валковых машинах. Процесс гибки деталей из листовых заготовок осуществляется между тремя вращающимися валками, установленными в шахматном поряд* ке. Преимущественно применяют уни* версальные трех* и четырехвалковые машины. Основным назначением уни* версальных машин является гибка ци* линдрических и конических обечаек и секторов. Гибку выполняют в холод* ном и горячем состояниях, причем го* рячую гибку используют для формовки только толстостенных заготовок с тол* щиной стенки, превышающей 50 мм. Минимально возможный радиус изги* ба равен пяти*, десятикратной толщи* не заготовки. Основным преимуществом уни* версальных листогибочных машин является отсутствие необходимости сменной технологической оснастки и большая их универсальность. Спе* циализированные машины применя* ют для кру пносерийной гибки, на* пример, для гибки крупногабарит* ных элементов обшивки, конических обечаек, гофрированных секторов, сварных труб и др. ГИБОЧНЫЕ РАБОТЫ 403 Рис. 10. Способы гибки типовых деталей на машине с поворотной траверсой Гибку заготовок осуществляют пу* тем поперечного перемещения одно* го из валков, при котором начальный изгиб заготовки происходит на узком участке. Вращением валков произво* дится продольная подача заготовки за счет сил трения, в результате чего участки заготовки последовательно получают изгиб по всей длине. Путем соответствующей установки валков по отношению друг к другу заготовка может быть согнута на заданный ра* диус. Листогибочные машины преиму* щественно выпускают горизонтально* го типа; задний подшипник преду* сматривают откидным для возможно* сти снятия с машины замкнутой обе* чайки. В настоящее время выпускают трехвалковые машины с устройством для горизонтального перемещения нижних валков или верхнего валка, что обеспечивает выполнение на машине подгибки кромок. Для цилиндрических обечаек или секторов вырезают прямоугольную за* готовку со строго параллельными кромками и длиной, подсчитанной с учетом необходимого зазора между 404 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 11. Последовательность гибки обечаек для получения задаваемых скоростей кромками под сварку. Если под сварку перемещений требуется специальное продольного шва требуется разделка подающее устройство. Тонкостенные кромок, то она производится у пло* заготовки можно подавать вручную. ской заготовки. В большинстве случаев, особенно Процесс гибки начинается с под* при гибке крупногабаритных толсто* гибки кромок, сначала передней стенных обечаек, применяют способ (рис. 11, а), затем задней (рис. 11, б). гибки заготовки по участкам. Для этой В средней части заготовка сгибается цели заготовку делят радиальными при симметричном расположении вал* рисками на несколько секторов с уг* ков (рис. 11, в) за несколько перехо* лом между рисками 10…20° и проводят дов, если радиус изгиба относительно центральную риску. Заготовку уста* небольшой. навливают в валки так, чтобы направ* Для устранения овальности после ление центральной риски одного из сварки и термической обработки обе* чайку, как правило, подверга* ют правке на той же гибочной машине. Для гибки конических обечаек с углом конусности a £ 60° тре* буется заготовка с централь* ным углом b < 180° (рис. 12, а), а при большем угле конуса b > 180° (рис. 12, б). Размеры плоской заготов ки определяют по развертке детали. При гибке конической обе* чайки необходимо создавать неодинаковый по ширине за* готовки l прогиб ее между вал* ками и разные скорости пере* мещения кромок, пропорцио* нальные расстояниям кромок от центра конуса r1 и r2. Универсальные машины обеспечивают наклонную уста* новку верхнего валка, т.е. пере* Рис. 12. Конические обечайки и заготовки для них: менный прогиб заготовки, но а — обечайка с a £ 60°; б — обечайка с a > 60° ГИБОЧНЫЕ РАБОТЫ участков совпадало с продольной осью верхнего валка. Вертикальным пере* мещением верхнего валка, установ* ленного в наклонное положение, про* изводят изгиб заготовки до требуемого прогиба, после чего заготовку переме* щают между валками до рисок, огра* ничивающих данный участок, и полу* чают соответствующий изгиб заготов* ки на длине одного участка. Затем по* следовательно сгибают таким же спо* собом и другие участки заготовки. В технических характеристиках на машину обычно приводят наибольшую толщину h и наибольшую ширину b за* готовки. Однако на машине можно производить гибку менее широких за* готовок большей толщины. В этом слу* чае предельную толщину можно опре* делить по формуле h1 » h b , b1 где b1 — заданная ширина заготовки. Формула верна только в случае, ес* ли материал заготовки по прочност* ным характеристикам одинаков с ма* териалом заготовки, указанным в пас* порте на машину. Гибка на сортогибочных роликовых машинах. В роликах сгибают по ок* ружности заготовки с фасонным попе* речным сечением из сортового прока* та (полосового, круглого) и профиль* ного (углового, таврового, швеллерно* го, двутаврового и др.), а также заго* товки из толстостенных труб. Способ гибки в роликах в основном аналоги* чен гибке в валках листовых заготовок. При рассматриваемом способе рабо* чим инструментом являются ролики, имеющие фасонный рабочий ручей в соответствии с профилем и размерами поперечного сечения заготовки. Чтобы обеспечить гибку заготовок из разных профилей, рабочие ролики выполняют сменными или перенала* 405 живаемыми. Наименьший радиус из* гиба ограничивается радиусом средне* го ролика; он равен пяти*, десятикрат* ной высоте профиля заготовки. Заготовки могут принимать форму замкнутых колец и дугообразных эле* ментов, а также сгибаться по спирали и с переменной кривизной. В основ* ном гибку осуществляют в холодном состоянии, и только в некоторых осо* бых случаях применяется предвари* тельный нагрев заготовок. При изгибе профильных заготовок возникают нежелательные побочные деформации элементов профиля по отношению друг к другу — малковка полок профиля (изменение прямого угла между полками угольника или между полками и стенкой швеллера), отклонение от круглости сечения трубной заготовки, скручивание не* симметричной заготовки, а также по* теря устойчивости (складкообразова* ние) на отдельных элементах сгибае* мой заготовки. Указанные дефекты появляются в большей мере с умень* шением радиуса изгиба и относитель* ных толщин стенок. С целью предупреждения этих по* бочных деформаций применяют роли* ки специальных конструкций, напол* нители и гибкие оправки, предусматри* вают в конструкции машины поддер* живающие и направляющие ролики. Известны многие конструкции же* стких и гибких оправок (рис. 13). Жесткие оправки изготовляют дли* ной, кратной 3–4 диаметрам. Диаметр оправки выполняют на 2…5 мм меньше минимально возможного внутреннего диаметра трубы. На оправках намечают установочные риски в месте окончания цилиндрической части. Установка оп* равки выполняется с опережением; риска оправки должна выступать за по* перечную ось гибочного шаблона при* мерно на 5 % от диаметра оправки. Этим путем достигается компенсация 406 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 13. Конструкция оправок: а — цилиндрическая; б — ложкообразная; в — с кольцевыми элементами; г — с полу* сферическими элементами несоответствия диаметров оправки и полости трубы. Оптимальная величина опережения уточняется при гибке пер* вых заготовок данной па ртии. Жесткие оправки небольших раз* меров могут изготовляться из инстру* ме нтальной стали с закалкой до твер* дости 52…56 HRC. Оправки большого диаметра рекомендуется изготовлять из стали 50 с последующей термиче* ской обработкой или же из износо* стойкого чугуна. Смазывание полости трубы смесью минерального масла с графитом значи тельно уменьшает износ оправок и устраняет появление задиров на трубе. Гибкие оправки прилегают к внут* ренней поверхности трубы на участке значительной длины и препятствуют овализации профиля трубы и появле* нию складок. Их применение особен* но эффективно при гибке тонкостен* ных труб. Цилиндрическая гибкая оп* равка предназначена для гибки труб среднего и большого диаметра, а оп* равка с полусферическими элемента* ми (рис. 13, г) — для гибки труб мало* го диаметра. Для устранения побочных деформа* ций при гибке тонкостенных профилей и труб применяют также местный ин* дукционный нагрев заготовки. Индук* тор устанавливают перед зоной гибки. Нагрев заготовки происходит непре* рывно в процессе гибки при перемеще* нии заготовки сквозь кольцевой ин* дуктор. Индуктор совмещен с водяным спреерным устройством, которое после прохождения участка заготовки через индуктор сразу же его охлаждает. Та* ким образом, нагретым до высокой температуры является узкий участок заготовки, на котором и происходят де* формации изгиба. Соседние холодные участки заготовки оказывают поддер* живающее действие деформирующе* муся участку, благодаря чему побочные деформации не возникают. В настоящее время рядом органи* заций (ВПТИэнергомашем, С.*Петер* бург, и др.) разработано несколько ти* поразмеров трубогибочных машин с местным нагревом ТВЧ для гибки труб диаметром до 550 мм; машины успеш* но эксплуатируют на многих заводах. Основным преимуществом процесса является незначительная потребность в технологической оснастке. Приме* нение этого процесса гибки целесооб* разно в индивидуальном и мелкосе* рийном производстве. Гибку осуществляют между пятью роликами (рис. 14, а), из которых ро* лики 1, 2 и 3 служат как гибочные, а ро* лики 4 и 5 являются направляющим. Подача заготовки осуществляется путем толкания башмаком ее в торец или кле* щами, зажимающими заготовку вместо первой пары роликов. Подача трубы мо* жет осуществляться также выполнением парных роликов приводными. Разно* видностью рассматриваемого процесса является гибка посредством поворот* ного водила (рис. 14, б). Гибка по шаблону. Этот способ при* меняют при изготовлении из сортового и ГИБОЧНЫЕ РАБОТЫ Рис. 14. Схема расположения роликов в трубогибочных машинах с нагревом ТВЧ: а — с гибочным роликом; б — с водилом профильного проката кольцевых деталей типа плоских и воротниковых фланцев, а также в некоторых случаях овальных и прямоугольных деталей со скругленны* ми углами и других деталей сложного контура. Детали могут иметь как замкну* тый контур, так и в виде дуги. Особенно широко гибку по шабло* ну используют при изготовлении гну* тых трубных изделий — элементов тру* бопроводов, змеевиков теплообмен* ных устройств. Толстостенные детали сгибают в холодном или горячем состоянии, а тонкостенные — только в холодном. Чтобы получить правильное замк* нутое кольцо*фланец, холодную гибку проводят за три перехода: за первый 407 переход производят подгибку одного конца (рис. 15, а), после чего заготов* ку освобождают в зажиме и поворачи* вают вторым концом вперед; за второй переход сгибают заготовку на среднем участке (рис. 15, б, в), и за третий пе* реход производят окончательную под* гибку заднего конца заготовки пода* чей нажимного ролика при неподвиж* ном, гибочном шаблоне, последний переход также происходит при нали* чии гибочного плеча (рис. 15, г). Гибка фланцев за три перехода с промежуточным поворачиванием за* готовки трудоемка, поэтому при хо* лодной гибке небольших фланцев применяют другой способ. Заготовка сгибается по спирали на несколько витков и затем разрезается на отдель* ные кольца. Недогнутый задний конец заготовки идет в отход. При гибке по спирали нажимной ролик должен иметь возможность перемещаться в осевом направлении. Гибочный шаблон выполняют в со* ответствии с контуром и профилем де* тали и с учетом пружинения при хо* лодной гибке или с учетом темпера* турной усадки — при горячей. Перед гибкой заготовку предвари* тельно закрепляют передним концом в зажиме на гибочном шаблоне, устанав* ливаемом на столе или непосредствен* но на главном валу машины. К заготов* ке на некотором расстоянии от зажима Рис. 15. Технология холодной гибки фланца: а — подгибка переднего конца; б, в — гибка среднего участка; г — окончательная подгибка заднего конца 408 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ рая увеличивает уто* нение наружной стен* ки трубы на согнутом участке. В последних кон* струкциях трубоги* бочных машин на* жимная колодка вы* Рис. 16. Способы гибки труб по шаблону: а — с неподвижной колодкой; б — с подвижным лотком полняется в виде длинного лотка, пе* подводится нажимной ролик или ко* ремещающегося вместе с трубой лодка. Затем гибочному шаблону дает* (рис. 16, б). Благодаря этому устройст* ся вращение и заготовка огибается по ву растягивающая сила резко умень* нему, опираясь задним концом на на* шается. Гибка с поворотным нажим* жимной ролик. Гибку можно выпол* ным роликом применяется только в нять также поворотом нажимного ро* ручных трубогибочных устройствах лика вокруг неподвижного шаблона. для гибки относительно толстостен* ных труб небольшого диаметра. Гибкой по шаблону можно полу* Гибку по шаблону осуществляют на чать детали с радиусом изгиба, боль* специальном оборудовании — флан* шим трех–пяти высот поперечного се* цегибочных, профилегибочных и тру* чения детали, а в некоторых случаях, богибочных машинах, а также на уст* например при трубных заготовках, — с ройствах с ручным приводом. радиусом, начиная с 1,5…2,0 диамет* На Каменск*Уральском литейном ров трубы. заводе внедрено роликово*дисковое При гибке тонкостенных профиль* устройство для беспрессовой свобод* ных деталей особое внимание следует ной (без калибровки, чеканки и проти* обращать на предупреждение появле* водавления) гибки плоских заготовок. ния побочных деформаций, искажаю* При этом заменены: трения скольже* щих поперечное сечение детали. Для ния трением качения, возвратно*по* устранения этих нежелательных явле* ступательное движение рабочего инст* ний необходимо ограничить относи* румента безреверсивным вращатель* тельную свободу перемещения эле* ным движением и сосредоточенная ментов сгибаемой заготовки в зоне де* осевая сила — тангенциальной силой формации посредством применения со скользящей (текущей) опорной зо* инструмента замкнутого контура — ной ее приложения, что устраняет не* гибочного шаблона и нажимной ко* достатки свободной гибки на прессах, а лодки. При гибке замкнутого профиля также гибки*калибровки. следует использовать жесткие и гиб* кие оправки или наполнители, предо* храняющие элементы заготовки от де* 2. ОБРАБОТКА формации во внутреннюю полость. НА ВЕРТИКАЛЬНОКОВОЧНЫХ Основные способы гибки приведены МАШИНАХ на рис. 16. Наиболее распространенным способом является гибка с неподвижной Вертикально*ковочные машины нажимной колодкой (рис. 16, а). Одна* применяют для профилирования заго* ко при этом способе из*за трения сги* товок перед последующей штампов* баемой трубы по колодке возникает зна* кой, ковки*штамповки относительно чительная растягивающая сила, кото* малых деталей с резкими перепадами ОБРАБОТКА НА ВЕРТИКАЛЬНО*КОВОЧНЫХ МАШИНАХ 409 сечений (железнодорожные костыли, тельную и окончательную штамповку. бородки, зубила, насадная часть от* На таких машинах из прутковых заго* верток, зубья борон, шинные гвозди и товок штампуют шатуны, рычаги и т.п.), обжима концов труб перед воло* другие изделия. Для штамповки ис* чением на конус, штамповки изделий пользуют прутки диаметром до 60 мм; с отростками из прутковых заготовок. время штамповки одной поковки Изделия простых форм обрабатыва* 4…8 с. Размеры межштампового про* ют, как правило, одной парой фасон* странства достигают 300 мм. ных бо йков; для сложных форм при* Штамповое пространство по высо* меняют несколько пар заготовитель* те регулируют изменением положения ных и по паре черновых и чистовых нижних колодок с помощью винтов у бойков, штамповка в которых может машин малых размеров или клинового производиться как с образованием за* приспособления у больших машин, а усенца, так и без него. также с помощью ножного привода. Последовательность технологи* ческого процесса такая же, как для штамповки на молотах, профили* рования на ковочных вальцах, ков* ки. Точность размеров изделий, по* лучаемых на вертикально*ковоч* ных машинах, более высокая, чем при ковке на молотах (рис. 17). Машины подбирают по числу ползунов в соответствии с требуе* мым числом переходов ковки*штам* повки. Размеры машины определя* ют наибольшим диаметром исход* ной заготовки, указанным в паспор* те машины. Рабочий ход составляет 12…16 мм. Ширина бойков опреде* ляется размерами ползунов, а дли* на — в зависимости от длины обра* батываемых участков поковки. При обработке прутковых заготовок при* меняют бойки с ножами. В комплект технологической ос* настки, кроме бойков, входят упо* ры, устанавливаемые на специаль* ном столе против нижних бойков. В настоящее время применяют ковочные машины, в которых на* ряду с парой вертикальных ползу* Рис. 17. Пример штамповки на вертикальноковоч нов имеется пара горизонтальных. ной машине: Пары ползунов с установленными а — переходы штамповки; б — бойки для них; I — на них штампами работают после* исходная заготовка; II — заготовка, обработанная в довательно, осуществляя предвари* ручье I ¢; III — конец заготовки, протянутой в ручье тельное профилирование и оконча* II ¢, и отделанной в ручье III ¢; IV — готовая поковка (конец обрезан и отделен от прутка в ручье IV ¢) тельную штамповку или предвари* 410 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 3. ОБРАБОТКА НА РОТАЦИОННООБЖИМНЫХ И РАДИАЛЬНООБЖИМНЫХ МАШИНАХ Радиальное обжатие — деформиро* вание заготовки на относительно небольшом участке ее длины перио дически сходящимися пульсирующи* ми бойками. Деформируемый металл (рис. 18, а), ограниченный на длине l к , течет в обе стороны от нейтрально* го сечения H*H, определяемого диа* метром очага деформации d0 . При ус* тановившемся процессе, характери* зующемся распространением очага де* формации на длину l, после каждого обжатия заготовку подают в бойки на определенную длину S п — шаг подачи (рис. 18, б). Течение металла в зазор между бой* ками, вызываемое уширением заго* товки, ограничивает S п , относитель* ный размер которого определяет каче* ство, интенсивность и производитель* ность процесса. Уширение возрастает с увеличением угла заходного конуса a и уменьшением угла охвата заготовки бойками q, что может привести к образованию трещин и разрывов по сечению обрабатываемой заготовки. Обработку производят двумя спо* собами (табл. 6). При раздельном об* жатии форма и точность поковки обеспечиваются формой и размерами ручьев, а также наладкой бойков; при профильном — изменением закрытой высоты между бойками и длины об* жимаемых участков в процессе обра* ботки. Машины для радиального обжатия по характеру движения рабочих и при* водных узлов подразделяют на два класса: радиально*обжимные и рота* ционно*обжимные (табл. 7, рис. 19). Типовые изделия, получаемые ро* тационным обжатием, показаны в табл. 8. К I классу отнесены изделия, изготовляемые только раздельным способом, ко II классу — профильным и раздельным способами. Приведенная классификация (см. табл. 8) распространяется как на сплошные, так и на полые изделия, формы внутренних поверхностей ко* торых соответствуют приведенным формам сплошных изделий. По конст* руктивным особенностям детали раз* делены на 5 групп. Горячим обжатием получают по* ковки с наружным диаметром от 2 до 700 мм, внутренним диаметром от 40 до 530 мм и длиной — от неограничен* ной (в бунтах) и 18 000 мм (в прутках) до минимальной, обеспечиваемой условиями подачи и обжатия. Рис. 18. Схема процесса радиального обжатия: а — сечение в направлении продольной оси заготовки перед обжатием; б — то же, в конце об* жатия; в — поперечное сечение (цикл одного обжатия); 1 — заготовка; 2 — бойки; 3 — смещае* мый объем металла Хвостовик (с пово* ротом) Цилиндр (с пово* ротом) Предварительное (а) и окончатель* ное (б) обжатие хвостовика Хвостик (с поворо* том) Цилиндр (с пово* ротом) Малый конус Обжимаемая часть заготовки Эскиз поковки Раздельное обжатие 6. Различные способы обработки заготовки Пруток на одну по* ковку Пруток на несколько поковок Исходная заготовка Профильное обжатие ОБРАБОТКА НА РОТАЦИОННО* И РАДИАЛЬНО*ОБЖИМНЫХ МАШИНАХ 411 412 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 19. Схемы действия ротационно и радиальнообжимных машин: а — ротационно*обжимная машина; б — радиально*обжимная машина (шатунная); в — ради* ально*обжимная машина (рычажная) (е — регулируемый эксцентриситет) Технологические возможности про* цесса горячего радиального обжатия приведены ниже: Относительное удлинение d материала исходных заготовок, %. . . . . . . . . . . . . . 7 Допускаемая степень деформации e, %, за один переход для материалов с твердостью*: 155…187 НВ . . . . . . . . . . . . . . . . . 40…60 НВ £ 152. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45…75 Шероховатость поверхности, мкм Ra 20…2,5 Кривизна на 1 м длины изделий, мм . . . 1…2 Экономия металла, %, по сравнению: с токарной обработкой . . . . . . . . . . 30…60 с горячей облойной штамповкой . . . 20…40 с ковкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10…30 Повышение производительности по сравнению: с токарной обработкой . . . . . . . . 3…20 раз с ковкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4…5 раз Зависимость предельного коэффи* циента обжатия Kпр полой заготовки от относительной толщины стенки d0 этой заготовки приведена на рис. 20. При этом d 0 = s0 / D0 ; K пр = D0 / D, где s0 и D0 — соответственно толщина стенки и наружный диаметр исходной заготовки; D — наружный диаметр заготовки после обжатия. Рис. 20. Зависимость предельного коэффициен та обжатия полой заготовки от относительной толщины стенки заготовки * В указанном диапазоне зависит от исходных форм и твердости заготовки, схемы деформирования, формы получаемого изделия и др. Ротационно*обжимные машины * Р — роликовая; М — механическая (винтовая, реечная); Г — гидравлическая; П — пневматическая. – – – 45 – – 350 – 8000 20 000 Св. 4 – Г 400 – – 550 – 10 000 – 4 – Г – 175 230 3000 500 9 – – – 75 125 600 500 12 – М – – – 250 330 5000 – 7 – – – Радиально*обжимные машины Рычажные Диаметр исходной заготовки, мм: прутка 2,5 4 10 25 40 – 30 трубы 6,3 10 25 63 100 25 60 Номинальная сила на боек, кН 10 40 150 500 1000 200 300 Наибольшая длина обработки, мм Неограниченная 500 500 Число обжатий в секунду 80 60 32 18 15 12 16 Регулируемая глубина обжатия, мм – – 2,5 4,0 8,0 20 20 Подача* Р Р М; П М; Г М; Г М М Мощность привода, кВт 1,0 2,2 7,0 14,0 28,0 10,0 – Габаритные размеры маши ны в 620´420 1040´730 1100´780 1850 ´1200 2100´1575 – – плане (длина ´ ширина), мм: Ход одного бойка, мм 1,0 1,0 1,5 2,0 3,0 – – Радиально*обжимные машины Параметр Шатунные горизонтальные Диаметр исходной заготовки, мм: прутка 65 150 – 350 340 трубы – 150 250 – – Номинальная сила на боек, кН 1200 2500 2500 4000 6500 Наибольшая длина обработки, мм 500 3000 2000 3000 – Число обжатий в секунду 13 9 8 6 5 Регулируемая глубина обжатия, мм 17,5 27,5 – – – Подача* М М Г Г Г Мощность привода, кВт 22 40 200 – – Габаритные размеры машины в 4500´1500 9000´2600 19800 ´10 000 19 000 – плане (длина ´ ширина), мм: Ход одного бойка, мм – – – – 40 Параметр 7. Технические характеристики ротационно и радиальнообжимных машин – – 450 450 14 000 12 000 Св. 2 – Г – – – 400 500 10 000 – 6 – – – ОБРАБОТКА НА РОТАЦИОННО* И РАДИАЛЬНО*ОБЖИМНЫХ МАШИНАХ 413 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 414 8. Классификация типовых деталей, получаемых ротационным обжатием Группа деталей Эскиз типовой детали I класс II класс а 1 б а 2 б а – б – 3 а 4 б а 5 б При ковке полых заготовок на оп* равках возможно уменьшение относи* тельной разностенности до Dd 0 £ 3%. Производительность обжимных ма* шин характеризуется показателями, приведенными в табл. 9. В комплект инструмента входят бойки (рис. 21, табл. 10) и оправки (табл. 11). При раздельном способе обжатия второй заходной конус предусмотрен на случай изнашивания первого. С той же целью изготовляют рабочие полости с обеих сторон бойков. Второй цилинд* рический участок с диаметром 1,05d 2 применяют для исправления кривизны изделия, полученной после его обра* ботки (см. рис. 21, б ). 6,3 16 25 63 100 160 200 250 250 120 260 50 90 50 120 25 40 25 60 12 160 – 120 – 50 – 60 – 30 – 40 – 16 – 36 – – – 30 – – – 25 – – – 18 – – – 16 – 3,5 3,25 3,0 * Диаметр изделия. 0,6 3,8 3,5 3,25 0,5 0,6 0,6 4,1 3,8 2l d d1* 3,8 4,0 4,2 4,4 L 0,2 0,2 0,2 0,2 c 4,2 4,4 4,6 4,8 L1 2,25 2,5 2,75 d1* 2,5 2,75 3,0 d 10. Размеры бойков (см. рис. 16, в) 0,5 0,5 0,5 2l 3,0 3,4 3,6 L 0,15 0,15 0,15 c 3,3 3,7 3,9 L1 ** При раздельном обжатии производительность уменьшается в 1,2…1,6 раза, при обработке на оправке полых заготовок — на 30…60 %. a = 4…16°. Для трубной заготовки соответствующего диаметра производительность в 2 раза меньше. 500 * Для случаев обжатия в бойках с 250 механизированной 400 120 вручную Скорость заковки концов прутков (труб) для последующего волочения, шт/ч, при подачах: механизированной ** вручную (или с ручным приводом) Скорость обжатия штучных загото* вок, шт/ч, при e £ 60 % на длину, равную 20d, с тремя переходами по сечению при подачах: 0,3…1,4 0,6…2,4 0,9…3,0 1,1…3,2 0,2…0,6 0,3…0,9 0,5…1,2 0,7…1,4 1,0…1,8 1,2…2,0 1,4…2,2 1,2…2,0 Радиально*обжимные машины 40 0,7…1,6 1,2…3,0 1,6…4,0 1,8…4,4 0,3…1,2 0,6…1,5 0,9…2,0 1,2…2,2 1,4…2,4 1,6…2,6 1,8…2,8 1,6…2,6 25 Диаметр заготовки (прутка), мм 10 до 60 Ротационно*обжимные машины 2,5 до 20 Скорость обжатия*, м/мин, при сте* пени деформации e, %: Показатель 9. Производительность ротационно и радиальнообжимных машин при горячем обжатии заготовок – – 12 – – – 320 ОБРАБОТКА НА РОТАЦИОННО* И РАДИАЛЬНО*ОБЖИМНЫХ МАШИНАХ 415 416 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 21. Виды рабочих профилей ручьев бойков ротационно и радиальнообжимных машин: а — типовой профиль ручья бойков; б — ручьи с дополнительным цилиндрическим участком для правки; в — для обжатия прутков из прессованных штабиков; г — для раздельного обжатия ступенчатого валика (I — предварительный ручей; II — окончательный ручей); д, е — для про* фильного обжатия ступенчатых валов 11. Характеристика оправок Эскиз Назначение Размеры Материал d L a° Разъемная оправка l,02dп > lп 3…5 Жаропрочные сплавы Пуансон* оправка l,02dп £ 3d – 5ХНВ, 7X3, 3Х2В8, 4Х8В2, 8ХВ2Ф и др. Цельная оправка для кали бровки профиля dп > l (см. 5ХНМ, 5ХНВ, рис. 17 1,5…3 3X2ВС, 5ХГС и др. ) ОБРАБОТКА НА РОТАЦИОННО* И РАДИАЛЬНО*ОБЖИМНЫХ МАШИНАХ 417 Рис. 22. Основные параметры бойков для горя чего ротационного обжатия Конструкцию профиля ручья бой* ков определяют следующие параметры (см. рис. 21, а): a — угол заходного ко* нуса; q — угол охвата бойками заготов* ки; rц и rк — радиусы сопряжения про* филя ручья с плоскостью разъема бой* ков; l ц — длина калибрующего участка ручья бойков; lк — длина заходного ко* нуса. Рекомендуемые параметры бой* ков (рис. 22) для двух* и четырехбойко* вых машин приведены ниже (для четы* рехбойковых машин размеры В, Н сле* дует уменьшать в 1,5–2 раза). Длина бойков для одноступенчато* го обжатия L = d1 + 2 (l к + 0,5l ц ); для многоступенчатого обжатия 2L = 0,5d1 + (l к + l ц )n + l b , где n — число ступеней (уступов). Ширина бойков для прутка B = = (3…6)d1 , для труб B = (1,5…3,0)d1 . Высота бойков с односторонним профилем Н = В, с двусторонним Н = 1,2В. Угол заходного конуса: a = 40…90° при степени деформации e £ 20 %; a = = 20…50° при e = 20…40 %; a £ 12…30° при e > 40 %. Длина заходного конуса d1 - d 2 £ l к £ 5(d1 - d 2 ). 2 tg(a / 2 ) Длина калибрующего участка: l ц = 0,8d 2 при e £ 20 %; l ц = d 2 при e = 20…40 %; l ц = 1,2 d 2 при e > 40 %. Радиусы сопряжений: rк = 0,25d1 ; rц = 0,15d1 . При обжатии труб размеры rк и rц значительно больше толщины стенки трубы. Профиль ручья 2 rр / d1 = 1,05K1,2. Радиус перехода rп = (0,5K0,8) rр . Диаметр профиля ручья 2rр бой* ков, предназначенных для профиль* ного обжатия, принимают по наи* большему диаметру изделия, а за* крытую высоту — по наименьшему. Для повышения качества поковок и увеличения деформации в осевом направлении, а также улучшения ус* ловий захвата рабочую поверхность ручья бойков выполняют волнооб* разной. Бойки для радиально*обжимных машин отличаются от бойков для ро* тационно*обжимных машин только нерабочей частью, форма которой оп* ределяется конструкцией узла крепле* ния бойка к подвижным частям меха* низма обжатия (см. рис. 16, д, е). Бойки изготовляют из сталей марок 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, 5ХНТ, 5ХГС, 7X3, 4Х3ВМФ и 4Х4МВФС. Стойкость инструмента из стали 4Х4МВФС по сравнению с инструментом из сталей 5ХНВ, 5ХНМ, 7X3 выше в 3–4 раза, а по сравнению с 4Х3ВМФ — в 1,5–2 раза. Для обработки заготовок малых се* чений рекомендуется применять бой* ки из вольфрамовых сплавов, а для больших сечений из хромоникелевых сплавов с наплавкой слоя стеллита, нимоника или сплавов на основе ни* келя толщиной 20…30 мм. Бойки для обработки полых загото* вок изготовляют из сталей марок 40 и 45 с наплавкой рабочих поверхностей электродами марки ЭН*60М и после* дующей электроимпульсной обработ* кой. 418 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 23. Чертеж бойка для профильного обжатия с одним заходным конусом a Наплавку бойков, в том числе при Для горячего обжатия применяют их восстановлении, выполняют элек* водоохлаждаемые оправки. Данные по тродами ОЗИ*4 и ОЗИ*5. От точности стойкости бойков приведены в табл. 12. изготовленных бойков зависит точ* Технологический процесс. Для сплош* ность и качество поверхности полу* ных поковок припуски на диаметр и чаемого изделия. Особые требования длину принимают уменьшенными в 2 предъявляются к параметрам шерохо* раза по сравнению с припусками для ватости поверхности его рабочего про* кованых поковок. Припуск по торцам филя, к расположению в одной плос* из*за образования утяжин при степе* кости на четырех бойках перехода за* нях деформации e = 0,50…0,75 должен ходного конуса в цилиндри* ческую поверхность, к раз* меру по высоте на всей длине бойка. Поверхность ручья изготовленного бойка, как правило, подвергают дробе* струйной обработке. Чертеж бойка приведен на рис. 23. Рабочий профиль ручья бой* ка для профильного обжатия с тройным заходным кону* Рис. 24. Рабочий профиль ручья бойка с тройным заходным сом показан на рис. 24. конусом ОБРАБОТКА НА РОТАЦИОННО* И РАДИАЛЬНО*ОБЖИМНЫХ МАШИНАХ 419 12. Стойкость бойков* Материал бойков и наплав* Обрабатываемый материал ленного слоя (изделие) Стойкость,** тыс. шт Наибольшая степень обжатия, % до восста* новления полная 35 2,5 – Сталь 5ХНВ Сталь 45 (для труб) Стеллит Конструкционная сталь (для валов) До 80 1,5 15 Цельзит Конструкционная сталь (для труб) » 60 2 15 Литой «нимоник» с на* плавкой твердого сплава Углеродистая сталь (для осей) » 60 – 8 Сталь 40 или 45 с наплав* кой электродами ЭН*60М Конструкционная сталь (для труб) » 60 5 15 * Твердость рабочей поверхности бойков 41…46 HRC. ** Стойкость до восстановления — число изделий, изготовленных на бойке до его восстановле* ния; полная стойкость — число изделий, изготовленных на бойке до его полного изнашивания. быть увеличен на 0,25…0,5 концевого припуска. С повышением прочности обрабатываемого материала и увеличе* нием силы обжатия глубина утяжин уменьшается. Припуск зависит от кри* визны и разностенности (для полых заготовок) исходной заготовки, после* дующей обработки и требований к со* стоянию поверхностного слоя изде* лия. Допуски на размеры принимают 1…1,5 % по диаметру и 0,3…0,5 % по длине соответствующего участка. После определения диаметров сту* пеней на всех участках поковки рас* считывают значения степеней дефор* мации по переходам и суммарную сте* пень деформации e с учетом e пред за первый переход. Если требуемая сте* пень деформации e превышает e пред , то обработку осуществляют последо* вательно по ступеням с возвращением заготовки в исходное положение после каждого прохода. Температуру нагрева заготовок из труднодеформируемых сталей и спла* вов под обжатие назначают по сравне* нию с принятой ковочной ниже на 100…150 °С. При нагреве полых загото* вок следует исключать возможность об* разования окалины на внутренней по* верхности, так как это приводит к сни* жению качества поверхности оправки. Радиальное обжатие обеспечивает обработку практически всех металлов и сплавов, в том числе полученных спеканием. Для горячего обжатия применяют, как правило, горячеката* ный прокат и слитки. Полые изделия и зготавливают из трубчатых, штампо* ванных или штампосварных заготовок на оправках и без них (если внутрен* ние размеры и толщина стенок не ого* ворены в чертеже). Разностенность полых исходных заготовок, кроме горячекатаных труб, не должна превышать 3…5 % толщины стенки. Поверхность литых заготовок (труб, слитков) перед обжатием подле* жит обработке резанием. При назначении углов перепада сту* пеней a исходят из требуемой степени деформации и прочности материала заготовки. Меньшие значения прини* мают для обработки менее пластичных материалов. Для низкоуглеродистых конструкционных сталей значения a = = 16° и e £ 20…30 % обеспечивают дос* таточно равномерную деформацию 420 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ ся только непосредственно на дефор* мирование в заходном конусе. В рас* четах Рк предел текучести sт принима* ют по температуре конца обжатия. При обжатии в бойках с заходным конусом Pк = Рис. 25. Определение угла охвата q заготовки бойками материала. Для менее пластичных ма* териалов и больших степеней дефор* маций назначают a = 7…12°. С целью уменьшения неравномер* ности деформирования заготовки и лучшего захвата, а также и силы дефор* мирования в целом, заходную часть бойков изготовляют из трех составляю* щих конусов (см. рис. 24), вписывае* мых по длине в основной конус с углом a. При этом принимают a = 2…4°, a 2 > > a и a 3 = 4…6°. Требуемый угол охвата заготовки бойками q определяют по графику, приведенному на рис. 25. Для четырехбойковой схемы угол охвата, приходящийся на один боек, будет ра* вен q/2. В процессе деформирования заготовки угол q изменяется в зависи* мости от условий обработки. Упругая деформация механизма об* жатия или разница между диаметром по ковки после обжатия и закрытой высотой ручья бойков при вспомога* тельном ходе принимается из паспорта на радиально*обжимную машину или определяется экспериментально. Конструктивный зазор между бой* ками для двухбойковых машин прини* мается равным 0,05d 2 ; для трех* и четы* рехбойковых машин (0,025...0,015)d 2 . Сила деформирования Pк при горя* чем радиальном обжатии затрачивает* sт 2a 2 [(1 + a)d12 - 2 d02 + (1 - a)d 22 ]j, где d0 = d1d 2 ; j = 1,0 — для двухбойко вых машин, j = 0,707 — для четырех* бойковых. Сила на калибрующем участке Pц = l ц d 2 s т j. Для начального прохода (попереч* ное обжатие) при профильном обжа* тии силу деформирования определяют по формуле lц ö æ d + d2 ö æ Pп = ç l к 1 + l ц d 2 ÷s т ç 1 + ÷j. 2 è ø è 3d 2 ø Расчет силы деформирования по схемам, показанным на рис. 26, а и б, производят по следующим формулам: æ 2 lр ö P1 = d 2 l р s т çç 1 + m ÷÷j; è 3 d2 ø é 1 ö lр ù æ 1 P2 = 1,05s т l р d н ê1 + m ç + ÷ ú j, è d 3 dн ø 3 û ë где P1 и P2 — сила деформирования со* ответственно для схем а и б (см. рис. 26); m — коэффициент трения; для схемы а принимают m = 0,5, для схемы б можно рекомендовать m = 0,4. Для уменьшения трения на контакт* ной поверхности заготовка — оправка и повышения стойкости инструмента на оправку наносят графитомасляную смесь (30 % графита и 70 % масла). Шаг подачи S п при обжатии че* тырьмя бойками определяют по гра* фику, приведенному на рис. 27. При ОБРАБОТКА НА РОТАЦИОННО* И РАДИАЛЬНО*ОБЖИМНЫХ МАШИНАХ 421 Рис. 26. Схемы радиального обжатия: а — прутка; б — трубы на оправке; в — четы* рехгранного профиля обжиме двумя бойками значение S п следует уменьшать в 2,2 раза при e £ £ 0,4 и в 1,6 раза при e > 0,4. При по* строении графика жесткость механиз* ма обжатия принималась равной 1 мм на 1000 кН силы деформирования. Среднюю потребную мощность при* вода N ср рекомендуется определять по формуле N ср = A п 1,2 / (1000 ×102 t м ), где 1,2 — коэффициент, учитывающий КПД рабочих узлов от привода до ме* ханизма обжатия; t м — машинное вре* мя обжатия; A п — полная работа де* формации; Рис. 27. Определение предельного значения ша га подачи Sп при горячем радиальном обжатии A п = 1,25 A т ´ æ ö ç ÷ ç m 2 tg(a / 2 ) ÷ ´ç 1 + + ÷; 2 sin(a / 2 ) cos(a / 2 ) 3 d 1 ç lп 2 ÷ ç d 2 ÷ø è технологическая работа деформации: A т = p у 0,785d12 l0l п d12 d 22 , где l0 — длина участка заготовки, под* вергающегося обжатию. Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 422 Для схемы, показанной на рис. 26, а, давление деформирования pу = P 4 tg(a / 2 ) d12 - d 22 + 4 tg(a / 2 )l ц d 2 . Машинное время обжатия tм = где l 1 = l0 60 , (S п - l 1 )m S п (d12 - d02 ) — удлинение заго* d12 товки после каждого обжатия в сторо* ну уширения конуса с углом a; m — число обжатий в минуту. Режим обработки включает в себя скорость подачи заготовки в бойки, частоту вращения подаваемой заго* товки в процессе обжатия, скорость схождения бойков при начальном проходе (поперечном обжатии или «вреза нии»), когда заготовка не пода* ется в бойки, скорость извлечения го* товой поковки из бойков. Необходимыми условиями для ус* тановления наибольшей скорости об* жатия v п является отсутствие зажима заготовки между бойками и требуемое качество поверхности поковки. Для раздельного обжатия v п = S п m, для профильного v п > S п m. Частоту вращения заготовки и ско* рость врезания бойков для обеспече* ния заданных параметров шерохова* тости поверхности устанавливают экс* периментально. Скорость обратного хода (извлече* ния заготовки из бойков) при раздель* ном обжатии устанавливают (экспери* ментально) наибольшую, при которой заготовка еще не имеет винтовой ли* нии и удерживается в зажиме подаю* щего устройства. Все изготавливаемые в настоящее время ротационно* и радиально*об* жимные машины силой от 450…500 кН и выше оснащаются подающими уст* ройствами и системами программного управления. Для автоматизации процесса ма* шины оборудуют бункерными загруз* чиками штучных заготовок, клещевы* ми и роликовыми подачами для прут* ков и труб. Радиальное обжатие характеризуется следующими технико*экономическими показателями. По сравнению с ковкой себестоимость деталей, получаемых с применением радиального обжатия, для конструкционных сталей ниже на 5 %, инструментальных — на 15 %, быстро* режущих — на 20 %. В среднем стои* мость 1 т поковок, изготовленных ради* альным обжатием, составляет 70…80 % стоимости поковок, полученных други* ми известными способами. 4. ВАЛЬЦОВКА Вальцовку применяют для подго* товки заготовки к последующей обра* ботке, а также в качестве окончатель* ной операции. В первом случае валь* цовка служит заготовительной опера* цией, перераспределяющей металл по длине заготовки для последующей штамповки на другом оборудовании. Применение предварительного про* филирования заготовок на ковочных вальцах целесообразно при изготовле* нии поковок удлиненной формы, при* менение вальцовки заготовок под по* следующую штамповку обеспечивает экономию металла на 5…20 %, повы* шает производительность труда на 50…150 % и более, снижает себестои* мость поковок на 10…25 %. Вальцовка по своей сущности пред* ставляет продольную прокатку. И в том и в другом случае происходит уменьше* ние поперечных сечений исходной заго* товки при одновременном увеличении ее длины за счет обжатия заготовки вра* щающимся инструментом — валками. ВАЛЬЦОВКА При оттяжке концов заготовки ме* жосевое расстояние валков постоян* но, а профиль ручьев и радиус каждого валка в ручье — переменные. При вальцовке участков заготовки постоянного сечения применяют ка* либры, аналогичные используемым при продольной прокатке сортовых профилей. Вальцовка, обеспечивающая полу* чение готовых изделий с неодинако* выми поперечными сечениями вдоль оси, сходна с процессом продольной периодической прокатки. Отличие со* стоит в том, что процесс деформации при вальцовке происходит при движе* нии заготовки с возвратом на сторону задачи (рис. 28). Примером может служить вальцовка на одноклетьевых одно* и многоручьевых ковочных вальцах (консольных и двухопорных). Обжатие производится не по всей дли* не заготовки (в отличие от прокатки), в связи с чем на валках (в калибрах) имеются переходные участки, на кото* рых обжатие изменяется от нуля до максимума, что позволяет увеличи* вать единичное обжатие за проход. Когда захват полосы валками про* исходит при очень малом (теоретиче* 423 ски нулевом) обжатии или когда втя* гиванию полосы в зону деформации способствует действие врезающегося в полосу выступа инструмента (см. рис. 28, б), максимальное обжатие бу* дет ограничиваться условиями устано* вившегося процесса (см. рис. 28, в), при которых максимальное значение угла захвата amax может доходить до уд* военного значения угла трения b: a max » 2b. В этом случае допускаемое обжатие Dh будет значительно выше, а именно: D max » D (1 - cos 2b). При вальцовке обжимающий ка* либр нарезается не по всей длине ок* ружности валка, а лишь на ее части (обычно меньше половины длины ок* ружности), а остальная часть длины окружности выполняется или с калиб* ром, большим по сечению, чем сечение исходной заготовки, или с достаточно малым радиусом, позволяющим сво* бодно подавать заготовку в исходное положение (до упора) (см. рис. 28, а). Сменный вальцующий инструмент (сектора, вставки) также устанавлива* Рис. 28. Последовательность процесса вальцовки: а — подача заготовки в исходное положение (1 — заготовка; 2 — упор; 3 — клещи; 4 и 5 — вал* ки; 6 — инструмент; б — захват заготовки и втягивание ее в зону деформации передними высту* пами инструмента; в — установившийся процесс вальцовки (a — угол захвата); г — выдача заго* товки (h0, b0 и h1, b1 — размеры заготовки соответственно исходные и после вальцовки) Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 424 Рис. 29. Классификация технологических процессов вальцовки ют не по всей окружности валков, и в момент подхода передней кромки ин* струмента к находящейся в зазоре ме* жду валками в исходном положении заготовке начинается ее обжатие с од* новременным возвратом заготовки на переднюю сторону вальцов (сторону задачи) (см. рис. 28, б–г). Вальцовка в двух* и многоклетьевых вальцах (иногда и в одноклетьевых) про* изводится «на проход». При многоклеть* евой вальцовке требуется высокая точ* ность настройки клетей по совпадению периодов или применение специальных приспособлений или механизмов, со* провождающих заготовку по клетям в соответствии с движением их валков. Классификация процессов валь* цовки приведена на рис. 29. Наиболее широко в настоящее время применя* ют формовочную вальцовку. Типы вальцов и их применение приведены в табл. 13, основные параметры см. т. 1, с. 380–382. 13. Типы штамповочных вальцов и их применение Тип Особенности конструкций и применение Двухопорные (закрытые) Одноклетьевые Имеют на валках (или в секторах*штампах) до четырех и более ручьев. Длина для формовоч* деформируемой части заготовок составляет не более 1/2 длины расчетной ок* ной вальцовки ружности сектора*штампа, при нарезке ручьев в валках — не более длины рас* четной окружности за вычетом длины зоны задачи заготовки. Применяют при мелко* и крупносерийном производстве, преимущественно для многоручьевой вальцовки заготовок под штамповку, а также для оттяжки концов заготовок для волочения (острильные вальцы) и для навивки пружин, для получения заготовок с плавно убывающим сечением и др., с выдачей заго* товок на вальцовщика ВАЛЬЦОВКА 425 Окончание табл. 13 Тип Особенности конструкций и применение Консольные Одноклетьевые для штампо* вочной валь* цовки Имеют больший диаметр валков, как правило, с установкой сменных секто* ров*штампов. По длине бочки валка выполняют один или два установочных ру* чья для секторов, которые устанавливают не по всей окружности, а лишь на ее части: на одном или двух (противоположно расположенных) участках ее длины. Применяют при крупносерийном и массовом производстве для получения окончательно отштампованных поковок (в одной полосе одна или несколько штук) с подачей заготовок одна за другой на проход Одноклетьевые На вальцах сменные валки*втулки с двумя ручьями или наборные из колец. для формовоч* Устанавливаемые на кольцах штампы могут быть секторными. Длина дефор* ной вальцовки мируемой части заготовок составляет до 3/4 длины окру жности ручья штампа. Применяют при мелко* и крупносерийном производстве для многоручьевой вальцовки заготовок под штамповку или оттяжки концов с выдачей заготовок на вальцовщика Двухклетьевые Вальцы имеют две пары валков, расположенных под углом 90°. Передача заготовки для непрерыв* из одной пары валков в другую (от клети к клети) осуществляется самими валками. ной формовоч* Применяют при крупносерийном и массовом производстве ной вальцовки Двух*, трех* и многоклетье* вые для после* довательной формовочной вальцовки Вальцы имеют две, три и более (до девяти в настоящее время) клетей, распо* ложенных под углом 90°. Нагретая заготовка с помощью толкателя или специ* ального протаскивающего устройства последовательно подводится к валкам первой и других клетей. Применяют при крупносерийном и массовом производстве, в том числе в ав* томатических линиях Формовочная вальцовка. Из всех ви* дов формовочной вальцовки наиболь* шее распространение имеет профили* рование заготовок под штамповку, ко* торое позволяет перераспределить ме* талл по длине заготовки с учетом фор* мы и сечений поковки и резко увели* чить коэффициент использования ме* талла. Профилирование на вальцах за* готовок под штамповку и непосредст* венно штамповку производят с одного нагрева. Формовочной вальцовкой выпол* няют также оттяжку отдельных частей у поковок и заготовок, в том числе у заготовок для надфилей и напильни* ков, концов заготовок для витых пру* жин, пикообразных изделий. Оттяжку производят как в горячем, так и в хо* лодном состоянии. Применение вальцовки целесооб* разно при серийном и крупносерий* ном производстве поковок удлинен* ной формы с резкой разницей в пло* щадях поперечных сечений вдоль оси (шатуны, рычаги, гаечные ключи, тя* ги, турбинные лопатки и др.). Вальцованные заготовки отличаются точностью и стабильными размерами, что позволяет значительно сократить расход металла, идущего в облой при окончательной штамповке, и уменьшить изнашивание ручьев. На повышение долговечности работы ручьев штампа влияет и более полное удаление окалины с заготовки во время ее вальцовки. Необходимость применения валь* цовки определяется после построения эпюры диаметров или сечений расчет* ной заготовки. 426 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 30. Диаграмма определения необ ходимости вальцовки заготовок: А — зона штамповки, где примене* ние вальцовки необходимо; Б — зо* на штамповки, где вальцовка не тре* буется dср = 113 , Vз / lз = 113 , Fср , Необходимость применения валь* цовки можно установить и по диа* грамме, приведенной на рис. 30, где a = d max / d ср ; b = l з / d ср ; здесь d max — максимальный диаметр на эпюре диаметров; d ср — средний диаметр расчетной заготовки, причем d ср = 1,13 V з / l з = 1,13 F ср , где V з — объем расчетной заготовки; l з — ее длина; F ср — средняя площадь сечения расчетной заготовки. Штриховой линией на диаграмме (см. рис. 30) приведен пример опреде* ления потребности вальцовки для по* ковки с массой расчетной заготовки G п = 0,8 кг, a = 1,37 и b = 3,25. Попада* ние в область A означает необходи* мость применения вальцовки. Исходя из эпюры сечений расчетной заготовки, производят построение эпю* ры сечений вальцованной заготовки (рис. 31, а), по которой и конструируют вальцованную заготовку (рис. 31, б). При этом в целях упрощения конструк* ций ручьев штампов вальцов криволи* нейные участки эпюры сечений расчет* ной заготовки (контур 1, рис. 31, а) за* меняют прямолинейным с учетом ра* Рис. 31. Построение вальцованной заго товки для поковки рычага: а — эпюра поперечных сечений (1 — поковки; 2 — вальцованной заготовки); б — вальцованная заготовка (lc — длина стержня; lб.г и lм.г — соответственно длины большой и малой головок; l1 и l2 — длины переходных участков; lв.з — длина вальцованной заготовки) ВАЛЬЦОВКА венства объемов в этой зоне заготовки (или равенства площадей на данном участке длины заготовки на эпюре сече* ний). Концевые участки контура эпюры сечений вальцованной заготовки вы* полняют в виде прямых линий, перпен* дикулярных к оси заготовки (в зоне ко* нечного обжимаемого участка возмож* но и их наклонное выполнение). Длины участков максимального и увеличенного по сравнению с сосед* ними сечений из соображений удобст* ва укладки заготовки в ручей штампа и во избежание «закусывания» торцо* вым облойным мостиком необходимо делать короче соответствующих участ* ков ручья штампа (участков эпюры се* чений расчетной заготовки). Общую длину вальцованной заготов* ки для удобства укладки в ручей делают несколько меньше длины ручья штампа. Для удержания клещами заготовки в процессе вальцовки на одном конце за* готовки необходимо предусмотреть не* обжимаемый участок (клещевину) дли* ной не менее 0,4…0,5 диаметра или сто* роны исходной заготовки, что приводит к некоторому излишнему расходу ме* талла. При наличии головок на концах вальцованной заготовки в целях эконо* 427 мии металла для клещевины использу* ют большую головку вальцованной за* готовки (рис. 32, поз. 1–3). Если наи* большее сечение вальцованной заготов* ки находится посередине ее длины, то применяют вальцовку с поворотом за* готовки: сначала под клещевину идет исходная заготовка, а после оттяжки од* ной стороны и поворота заготовки под клещевину используется ранее обжатая часть диаметром d1 (см. рис. 32, поз. 4). Размеры исходной заготовки под вальцовку выбирают по участку эпю* ры сечений с наибольшей площадью поперечного сечения Fmax. Учитывая влияние на выбор заго* товки под вальцовку угара и теплового ра сширения при нагреве, можно пло* щадь поперечного сечения исходной заготовки Fв принять равной макси* мальной площади на эпюре сечений Fmax, т.е. Fв = Fmax. При квадратной заготовке сторона квадрата c в = F в ; при заготовке круглого поперечного сечения ее диа* метр d в = 1,13 F в . После расчета размера заготовки под вальцовку по сортаменту выбира* ют ближайший больший размер про* Рис. 32. Типовые фасонные заготовки, изготовляемые в открытых ручьях 428 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ филя; с учетом окончательного сече* ния исходной заготовки вносятся из* менения в длину необжимаемых уча* стков вальцуемой заготовки. Объем исходной заготовки под валь* цовку и ее длину подсчитывают по фор* мулам: Vз =Vп 100 + d у 100 ; lз = Vз , Fв где dу — угар металла; при мазутном нагреве d = 2…3 %; при газовом d = = 1,5…2 %; при индукционном d = = 0,5…1 %; V п — объем поковки. Чтобы не было зажимов при валь* цовке и последующей штамповке, ме* жду отдельными участками вальцуе* мой заготовки должны быть преду* смотрены переходные участки (участ* ки l1 и l2 на рис. 31, б) с углами a1 и a2, обычно равными 45…60°. На переходных участках предусмат* ривают радиусы закругления R = 5… 20 мм, обеспечивающие плавный пере* ход к тонкой части (см. рис. 31, б). Расчет деформации при профилиро вании заготовок. Вальцовкой получают заготовки, имеющие по длине участки как с постоянным, так и с переменным поперечным сечением. При профили* ровании заготовок вальцовку произво* дят, как правило, в ручьях постоянного сечения. Рассмотрим расчет деформа* ции в калибрах постоянного сечения. Предварительное определение чис* ла пропусков при вальцовке n произ* водят в зависимости от общего макси* мального уменьшения площади попе* речного сечения — общего макси* мального коэффициента вытяжки: l общ max = F в / F min ; (4) и среднего коэффициента вытяжки за каждый пропуск l ср : n= l общ max , l ср где F min — минимальная площадь по* перечного сечения вальцованной заго* товки по эпюре сечений (см. рис. 31). Коэффициент вытяжки в каждом пропуске зависит от возможного отно* сительного обжатия в данном проходе, которое связано с абсолютным обжа* тием и через него с диаметром валков, т.е. зависит от отношения диаметра валков и высоты исходной заготовки. Коэффициент вытяжки в том или ином пропуске зависит и от выбран* ной системы калибров — последова* тельности их применения, в частно* сти, от отношения осей данного ка* либра и от отношения осей заготов* ки. Отношение осей поперечного се* чения полосы до вальцовки в данном калибре a0 = b0 / h0 ; после вальцовки a1 = b1 / h1 , где h0 , b0 и h1 , b1 — высота и ширина полосы соответственно до и после вальцовки. Средний коэффициент вытяжки за один проход не должен превы* шать l ср £ 2. Однако, применяя про* филирова ние заготовок с интенсив* ным обжатием, коэффициент вы* тяжки за один проход в зависимости от отношения диаметра к начальной высоте заготовки и применяемой системы калибров можно увеличить до l ср = 3…4. При одном и том же обжатии в оди* наковых калибрах вытяжка будет тем больше, а уширение тем меньше, чем меньше диаметр валков, и наоборот. В последнем случае для размещения в ка* либре металла, идущего на уширение, приходится брать калибры с большим значением a1 . При профилировании заготовок при* меняют различные последовательно* ВАЛЬЦОВКА 429 Рис. 33. Вальцовка заготовки: a — в гладком ручье; б — двукрат* ная в ромбическом ручье сти калибров и различный порядок обжатий в них. При одноручьевой вальцовке са* мым простым способом является вальцовка в гладких валках с пово* ротом заготовки после каждого про* хода на 90°, в два или несколько проходов (рис. 33, а). Однако в этом случае обжатия в каждом проходе, а следовательно, и коэффициенты об* щей суммарной вытяжки ограничи* ваются возможностью свертывания полосы при вальцовке. Во избежа* ние свертывания полосы отношение осей заготовки не должно быть бо* лее 1,5…2,0. Несколько лучшее предупреждение свертывания полосы дает вальцовка в ромбическом ручье (рис. 33, б), одна* ко ее применение целесообразно только при двух проходах в одном ручье. Коэффициент l общ max в ром* бическом ручье за два прохода мо* жет быть тем больше, чем больше отношение осей принятого ромби* ческого калибра, однако во избежа* ние свертывания полосы оно долж* но быть aр £ 2,5. Значения l общ max при одноручье* вой вальцовке в ромбическом ручье при aр = 1,5 в зависимости от диаметра (мм) заготовки после вальцовки: 20 30 40 50 60 70 d1, мм. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 l общ max . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,1…1,5 1,2…1,6 1,2…1,8 1,4…1,9 1,5…2,01,6…2,1 1,7…2,2 При увеличении значения a р до 2,5 повышение l общ max сравнительно не* велико. Если потребная вытяжка должна быть больше, то необходимо приме* нить два или больше ромбических ру* чья, разбив общий коэффициент вы* тяжки на два или более: l общ = l 1l 2 l 3 = F в F1 F 2 , F1 F 2 F 3 где F1 , F 2 и F 3 — площади поперечно* го сечения заготовки после вальцовки соответственно в 1*, 2* и 3*м ромбиче* ских ручьях. По коэффициенту вытяжки в два прохода между одноручьевой вальцов* кой в ромбическом ручье и на гладкой бочке стоит вальцовка в овальном ру* чье, которая для профилирования в одном ручье применяется редко (при небольших вытяжках) вследствие ма* лой устойчивости овальной полосы в овальном калибре. При многоручьевой вальцовке обыч* но применяют системы (последователь* ности) калибров, показанные на рис. 34. 430 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 34. Последовательность калибров, применяемая при многоручьевой вальцовке (D0 — расстоя ние между осями вальцов): а — овал–овал; б — круг–овал; в — овал–круг; г — овал–ребровой овал; д — квадрат–овал; е — овал–квадрат; ж — квадрат–ромб; з — ромб–квадрат В зависимости от применяемого ка* либра рекомендуются следующие до* пустимые значения а0 отношения сто* рон заготовок: овальной для прокатки в круглом калибре. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,5 овальной — в овальном калибре . . . . . . 1,6 овальной — в ребровом овальном калибре. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4,0 овальной — в квадратном калибре . . . . . 5,0 ромбической — в квадратном калибре . . 5,0 Расчет деформаций при вальцовке в простых калибрах с учетом возмож* ных поднастроек валков при колеба* ниях технологических параметров и степени изношенности валков наибо* лее просто и с достаточной степенью точности производится по методу со* ответственной полосы, предложенно* му А. Ф. Головиным. Согласно этому методу, калибр или полоса простой формы заменяется со* ВАЛЬЦОВКА ответственной ей прямоугольной поло* сой с размерами поперечного сечения: высотой hc и шириной bc, причем пло* щадь поперечного сечения соответст* венной полосы Fc принимается равной площади поперечного сечения рассмат* риваемой полосы F, т. е. F с = F , и отно* шение сторон соответственной полосы принимается равным отношению осей рассматриваемой полосы, т.е. h с / b с = h / b. Размеры сторон исходной соответ* ственной заготовки круглого сечения (см. рис. 28) h0с = b0с = 0,885d0 ; квадратного сечения ромбического сечения p 2 d ; 4 1 4) квадратной полосы с учетом ра* диуса скругления при вершине калибра r1 = 0,15с1 и степени заполнения квад* ратного калибра d 1 = 0,9 (рис. 35, г), 3) круглой полосы F1 = h0с = h0 / 2; b0с = b0 / 2, где размеры h0 и b0 определяют в поло* жении задачи полосы в калибр (см. рис. 34, в); овального сечения F1 = 0,49b к2 = 0,98с12 ; 5) ромбической полосы F 0h0 ; b0 b0с = h0с где a1 — отношение сторон овальной полосы (рис. 35, а); a1 = b1 / h1 ; d 1 — сте* пень заполнения овального калибра. Рекомендуются следующие значе* ния степени заполнения овального калибра при вальцовке по различ* ным схемам: круг–овал–круг и квад* рат–овал–круг d 1 = 0,8; круг–овал– овал d 1 = 0,65 в первом овальном ка* либре и d 1 = 0,8 — во втором калибре; круг–овал–ребровой овал d 1 = 0,9; круг–овал–квадрат и квадрат–овал– квадрат d 1 = 0,9. Отношение осей овального калиб* ра aк = a1 / d 1 ; 2) полосы, полученной в ребро* вом овальном калибре (рис. 35, б), при d 1 = 1,0: æ 1 ö F1 = 0,62 h12 aк çç 0,23 + 2 ÷÷; aк ø è h0с = b0с = с в ; h ос = 431 F1 = 0,5h12 aк d 1 (2 - d 1 ). b0 , b0 где размеры h0 и b0 определяют в поло* жении задачи полосы в калибр (см. рис. 34, в, г, е). Площади поперечного сечения: 1) овальной полосы (полосы, полу* чаемой в овальном — предшествую* щем ка либре, рис. 35) F1 = 0,6h12 (2,07 - d 1 )(a1 + 0,66d 1 - 0,43), (5) Размеры калибров (см. рис. 30): 1) овального: зазор между валками, между секторами*штампами s » 0,01D0 ; радиус скругления бурта r = 0,2 b к ; ши* рина вреза ручья в валок, в сектор: b вр = (h1 - s) 4R - 1, h1 - s (6) соотношение размеров R = h1 (1 + aк2 ) / 4; 2) ребрового овального: r1 = 0,25b1 , r2 = 0,2 b1 , R = 0,25h1aк (1 + 1 / aк2 ); 432 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 35. Обозначения основных размеров калибров: а — овального; б — ребрового овального; в — круглого; г — квадратного; д — ромбического 3) круглого: r » 0,2 d1 ; 4) квадратного: r1 » 0,15с1 ; r2 » 0,1с1 ; b вр = b к - s; высота калибра с учетом радиуса скругления h1 = 2 с1 - 0,83 r1 ; 5) ромбического: b вр = b к - sa к ; r1 » » 0,15с1 ; r2 » 0,1с1 . При расчете деформации, исходя из необходимой вытяжки в данном ка* либре, задаемся относительным, а сле* довательно, и абсолютным обжатием. Рассчитаем деформацию соответст* венной полосы в гладких валках. Рас* чет уширения производим по формуле С. И. Губкина: Db b0 æ Dh ö = ç1 + ÷´ Dh h0 è h0 ø æ Dh D р Dh ö÷ ´ç 1,27m ç h0 h0 2 h0 ÷ è ø (7) В производственных условиях па* раметры технологических процессов непрерывно изменяются в определен* ных пределах (меняется температура металла, условия трения на контакт* ной поверхности инструмента, разме* ры инструмента и т.п.). С их измене* нием изменяются условия деформа* ции и ее значение. При использова* нии метода расчета по предельно воз* можным значениям уширения внача* ВАЛЬЦОВКА ле рассчитывают абсолютное ушире* ние при таких крайне возможных зна* чениях переменных факторов (пара* метров), когда уширение будет макси* мальным, после чего определяют ми* нимально возможное уширение. На* пример, уширение будет тем больше, чем больше абсолютное обжатие, диаметр валков, коэффициент трения и ниже температура вальцовки и т.п. Зная возможные пределы измене* ния уширения, в процессе вальцовки находим размеры соответственной по* лосы после вальцовки: h1с = h0с - Dh; b1с = b0с + Db; F1с = h1с b1с . Подставляя предельно возможные значения уширения, находим предель* но возможные значения размеров соот* ветственной полосы. Учитывая, что при определении максимального уши* рения крайние значения всех перемен* ных параметров брались такими, чтобы уширение получилось наибольшим в пределах изменения данного параметра и такое действие всех параметров при* нималось одновременным (вероятность такого сочетания весьма мала), можно утверждать, что при рассмотренных пределах изменения переменных пара* метров уширение никогда не будет больше найденного максимального значения. Аналогичное утверждение может быть сделано и относительно минимального уширения. Рассчитан* ные таким образом размеры соответст* венной полосы включают в себя все возможные колебания при изменении параметров процесса и позволяют пра* вильно определить размеры калибров. Если колебания размеров неболь* шие, то их удается перекрывать изме* нением степени заполнения калибров и некоторого перераспределения вы* 433 тяжек по калибрам. При колебаниях размеров больше, чем возможно пере* крыть за счет степени заполнения ка* либров, необходимо предусматривать поднастройку обжатий. По соответственной полосе, ис* пользуя предыдущие формулы, нахо* дим размеры того или иного калибра. При одноручьевой вальцовке в глад* ких валках размеры фактической и со* ответственной полосы совпадают. Выбирать калибр целесообразно для наибольшей по ширине соответствен* ной полосы, тогда меньшая по ширине соответственная полоса с учетом рас* считанных возможных колебаний раз* меров может быть получена в том же калибре при меньшей степени его за* полнения. Наибольшей вытяжной способно* стью при вальцовке за два прохода об* ладают следующие последовательно* сти калибров: квадрат–овал–квадрат, прямоугольник–овал–квадрат, круг– овал–квадрат, причем прямоугольник в овальном калибре обжимается по наибольшей стороне. Несколько мень* ше вытяжная способность у системы калибров с последовательностью по схеме квадрат–ромб–квадрат, что свя* зано с ограниченностью обжатий и вы* тяжки при вальцовке квадратной поло* сы в ромбическом калибре, хотя эта система и обеспечивает хорошую ус* тойчивость полосы, и при вальцовке по этой системе не наблюдается свертыва* ния полосы. Ребровой овал обеспечивает буль* шую устойчивость овальной полосы в калибре, чем круг, поэтому в него можно задавать для вальцовки оваль* ную заготовку с бульшим отношением осей, чем в круглый калибр. В связи с этим следующей по вытяжной способ* ности является система с последова* тельностью калибров по схеме круг–овал–ребровой овал. Вытяжная способность калибров при вальцовке 434 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ по схемам квадрат–овал–круг и круг–овал–круг, учитывая вышеска* занное, будет меньше, чем по схеме квадрат (круг)–овал–ребровой овал. Редко применяемой последова* тельностью калибров является прямо* угольная заготовка–овал–ребровой овал (вследствие трудностей получе* ния заготовки по поставкам). Эта сис* тема по своим вытяжным способно* стям может конкурировать с системой квадрат–ромб–квадрат. Наименьшую вытяжную способ* ность при вальцовке за два прохода имеет система круг–овал–овал. Ее ис* пользуют, когда необходимо иметь для штамповки заготовку с овальным по* перечным сечением на каком*то учас тке. Системы калибров круг–овал–круг, круг–овал–ребровой овал и круг– овал– овал обеспечивают плавное из* менение формы заготовки по перехо* дам, обеспечивают более равномер* ные деформирование, распределение температур по сечению, а также охла* ждение, что позволяет избежать появ* ления дефектов при вальцовке загото* вок из легированных сталей, жаро* прочных и титановых сплавов. Эти системы находят применение, напри* мер, при изготовлении заготовок для штамповки поковок турбинных и ком* прессорных лопаток. При вальцовке за один проход наи* больший коэффициент вытяжки мож* но получить при обжатии квадрата или прямоугольной полосы «на ребро» в овальном калибре, а также при валь* цовке овальной полосы с достаточно большим отношением осей в квадрат* ном калибре или в ребровом овале. При вальцовке за три, четыре про* хода вытяжная способность зависит от выбранных сочетаний пар калибров с учетом профиля исходной заготовки и профиля сечения участков вальцован* ной заготовки. При применении многоручьевой вальцовки, особенно на многоклетье* вых станах или вальцах, не всегда це* лесообразно стремиться получать мак* симальную вытяжку в каждом прохо* де. Иногда с целью повышения каче* ства изделий и увеличения срока службы инструмента — валков, вста* вок, секторов — бывает целесообраз* ней использовать все клети и вести вальцовку с меньшими деформация* ми, а следовательно, и давлениями на инструмент в каждом отдельном про* ходе при малой общей вытяжке, кото* рую, в принципе, можно было бы по* лучить и за меньшее число проходов. При проектировании технологиче* ского процесса вальцовки обычно из* вестны необходимый суммарный ко* эффициент вытяжки l общ max , расстоя* ние между осями валков D0 и площадь поперечного сечения исходной заго* товки F в . На рис. 36 приведены гра* фики, позволяющие предварительно выбрать необходимую последователь* ность калибров для вальцовки и тре* буемое число проходов. Если точка пе* ресечения прямых, соответствующих на графике значениям по осям орди* нат, лежит ниже кривой для данной схемы вальцовки или на самой кри* вой, то вальцовка по этой схеме воз* можна. В противном случае необходи* мо или изменить схему вальцовки, или увеличить число проходов с сохране* нием схемы последовательности ка* либров. При вальцовке в калибрах ушире* ние будет меньше, чем на гладкой боч* ке, так как наклонные поверхности калибра оказывают дополнительное сопротивление развитию уширения. Это сопротивление будет тем больше, чем больше уклон стенок калибра и чем меньше при прочих равных усло* виях отношение осей овального или ромбического калибра. Влияние фор* мы калибра на уширение можно ВАЛЬЦОВКА 435 Рис. 36. Кривые для определения максимально возможного коэффициента вытяжки для систем: 1 — круг–овал; 2 — квадрат–ромб; 3 — квад* рат–овал; 4 — круг–овал–овал; 5 — круг– овал–круг; 6 — квадрат–овал–круг; 7 — квад* рат–ромб–квадрат; 8 — круг–овал–ребровой овал; 9 — круг–овал–квадрат; 10 — квад* рат–овал–квадрат; 11 — круг–овал–овал–круг; 12 — круг–овал–круг–овал; 13 — квадрат– овал–круг–овал; 14 — круг–овал–квадрат– овал; 15 — квадрат–овал–квадрат–овал учесть поправочным коэффициентом уширения K i : Db æ Db ö . = Ki ç ÷ Dh è Dh ø расR На рис. 37 приведены графики для определения поправочного коэффи* циента уширения при вальцовке квад* ратной и круглой заготовок в оваль* ных калибрах с разным отношением осей. На графиках a1 = b / h к — отно* шение осей полосы. Этими графиками можно пользоваться и при вальцовке Рис. 37. Определение поправочного коэффици ента уширения Ki: а — для квадратной заготовки, вальцуемой в квадратном калибре; б — для круглой заготов* ки, вальцуемой в овальном калибре указанных заготовок в других калиб* рах, в частности ромбических. При вальцовке так же, как и при прокатке, наблюдается явление опере* жения, т.е. полоса выходит из вальцов 436 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ со скоростью, большей окружной ско* рости вальцов, поэтому длину соответ* ствующего ручья на валках берут нес* колько меньше длины участка заго* товки, получаемой вальцовкой. Длину участка ручья валка опреде* ляют по формуле lр = lн 100 , S оп + 100 где l н — длина соответствующего уча* стка нагретой заготовки после валь* цовки, мм; S оп — опережение металла на этом участке, %. Расчет опережения можно прово* дить по следующей эмпирической фор* муле: 3 æ h -h ö S оп = 24 ç 0с 1с ÷ . è h0с ø При вальцовке круглой заготовки в овальном калибре с постоянным об* жатием опережение S оп = 0,31(2 - l )(l - 1); (8) с нарастающим обжатием S оп = 0,37(2 - l ср )(l ср - 1), (9) где l ср — коэффициент вытяжки в среднем сечении конического участка. При вальцовке овальной заготовки в круглом калибре S оп = 0,25(2 - l )(l - 1) (10) Формулы (8)–(10) рекомендуется применять при расчете опережения в слу чаях вальцовки заготовок на вальцах с межосевым расстоянием 300… 900 мм в интервале изменения коэффициента вытяжки до 1,8. Допускается использо* вание формулы (8) для расчета опереже* ния при вальцовке по схеме овал–овал, а формулы (10) — по схемам овал–реб* ровый овал и овал–квадрат. Расчеты формоизменения по при* веденной методике рекомендуется проводить для случаев, когда участок заготовки, получаемый после валь* цовки, имеет относительную длину lII / d0 > 5 (рис. 38). Относительные длины по проходам: lI / d0 и lII / d0 или lI / с0 и lII / с0 , где d0 и с0 — соответст* венно диаметр и сторона квадрата ис* ходной заготовки. В этом случае дейст* вие недеформируемых или менее де* формируемых частей (головок заготов* ки) на уширение полосы мало сказыва* ется на общей вытяжке, влияя на отно* сительно небольших участках обжи* маемой части полосы (лишь около пе* реходных участков, возле сечений ВВ (см. рис. 38) на длине примерно 0,5d0). При вальцовке коротких загатовок с отношением lII / d0 < 5 (рис. 38, б) необходимо учитывать сдерживающее уширение действия необжимаемых частей, особенно при lI / d0 < 1,5. Вальцованная заготовка имеет пе* реходные участки, как правило, с из* меняющимися размерами и формой и может иметь по длине несколько об* жимаемых участков, перемежающих* ся с необжимаемыми, т.е. представ* лять собой периодический профиль. При наличии на заготовке участков с плавно изменяющимися размерами расчет деформации при вальцовке этих участков производят по средним сечениям, принимая среднее на дан* ном участке обжатие, определяя сред* нюю вытяжку, уширение и среднее опережение и т. д. Расчет деформации сложной перио* дической заготовки рассмотрен ниже. При оттяжке концов профиль ручья делают переменного сечения по длине, вальцовка ведется в несколько проходов с кантовкой после каждого прохода и, при необходимости, с дополнительным пере* мещением заготовки вдоль оси. Элемен* ты расчета контура ручья вальца пере* менного сечения рассмотрены ниже. Ру* чей нарезается или с сохранением шири* ны на всей длине и уменьшением глуби* ВАЛЬЦОВКА 437 Рис. 38. Переходы при вальцовке за два прохода заготовок с двумя необжимаемыми головками: а — длинная заготовка; б — короткая заготовка ны вреза, или с шириной, уменьшаю* щейся пропорционально глубине вреза. Пример расчета. Требуется полу* чить вальцованную заготовку типа по* казанной на рис. 32 (поз. 1). Площадь поперечного сечения головки 620 мм2, площадь поперечного сечения в зоне стержня 300 мм2. Для вальцовки выбираем следую* щую последовательность калибров; квадрат–овал–квадрат. Вальцовку на* мечаем производить на вальцах с ме* жосевым расстоянием D0 = 320 мм. По сортаменту выбираем ближай* шую заготовку, это квадрат со сторо* ной, равной 25 мм, с площадью попе* речного сечения 625 мм2. Тогда D0 / F в = 320 / 625 = 12,8; общий коэффициент максимальной вытяжки (общая максимальная вытяж* ка) l общ max = 625 / 300 = 2,08. По графи* ку, приведенному на рис. 36, определя* ем, что произвести такую вальцовку по принятой последовательности квад* рат–овал–квадрат с заданной общей максимальной вытяжкой возможно. Коэффициент средней вытяжки (средняя вытяжка) при вальцовке за два прохода l ср = l общ max = 1,44. Намечаем вытяжки по проходам: несколько больше средней принимаем вытя жку в первом проходе, а именно l 1 = 1,5, тогда вытяжка во втором про* ходе l 2 = l общ max / l 1 = 1,39. Для обеспечения вытяжки в первом проходе принимаем относительное об* жатие равным двум, тогда 438 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ h1с = 25 / 2 = 12,5мм; Dh с = h0с - h1с = 12,5мм. Находим максимально и мини* мально возможное уширение при вальцовке соответственной полосы на гладкой бочке по формуле (4). Максимальное уширение будет иметь место при вальцовке в новых валках диаметром 330 мм, при ми* нималь ной температуре вальцовки 900 °С и при коэффициенте трения m = 0,354. Размеры заготовки с учетом допус* ков: 25±0,5 мм. Максимальное ушире* ние будет иметь место при h0 = 25,5 мм и Dh = 13 мм: 13 ö æ æ Db ö = 1ç 1 + ÷´ ç ÷ ,5 ø D h 25 è ø max è æ 13 ö 13 330 ÷ = 1,35. ´çç 1,27 × 0,354 25,5 25,5 2 × 25,5 ÷ø è Минимальное уширение будет при диаметре валков 320 мм, m = 0,306, h0 = = 24,5 мм и Dh = 12 мм: æ Db ö = 1,10. ç ÷ è Dh ø max Учитывая поправочный коэффи* циент уширения K i = 0,63, по графи* ку, приведенному на рис. 37, а, окон* чательно получим Db max = 11,05 мм; Db min = 8,32 мм. Размеры соответственной полосы после вальцовки: мальной вытяжки при максимальной соответственной полосе l 1 min = 625 = 1,37; 1,25 × 36,55 коэффициент максимальной вы* тяжки l 1 max = 625 = 1,52. 1,25 × 32,82 Рассмотрим вальцовку в следую* щем проходе, когда овальная полоса деформируется в квадратном калибре. Размеры задаваемой соответственной полосы: максимального сечения h0с = = 36,55 мм, b0с = 12,5 мм; минимального сечения h0с = = 32,82 мм, b0с = 12,5 мм. При степени заполнения квадрат* ного калибра d = 0,9 для получения не* обходимой площади поперечного се* чения полосы площадь поперечного сечения квадратного калибра будет равна 300 / 0,9 = 333 мм2. Принимаем сторону квадратного калибра равной 18,5 мм (площадь ка* либра 342 мм2). Рассчитаем деформацию соответ* ственной полосы. Абсолютное обжа* тие при прокатке полосы: максимального сечения Dh с = 36,55 - 18,5 = 18,05 мм, минимального сечения Dh с = 32,82 - 18,5 = 14,32 мм. h1с = 12,5 мм; b1сmax = 36,55 мм; Коэффициенты уширения по фор* муле (7): b1с min = 32,82 мм. æ Db ö æ Db ö = 0,34; ç = 0,31, ç ÷ ÷ D h è ø max è Dh ø min Отношение осей полосы: a1 max = 2,92 и a1 min = 2,63. Коэффициент мини* абсолютное уширение: ВАЛЬЦОВКА 439 Db max = 0,34 ×18,05 » 6мм; b ов = 3,24×14,53 = 47 мм. Db min = 0,31 ×14,32 » 4,5мм. Радиус овального калибра по фор* муле (7) Размеры полосы после вальцовки: для полосы максимальных разме* ров: h1с = 18,5 мм; b1с = 12,5 + 6 = 18,5 мм; R = 14,53 1 + 3,24 2 = 41,75мм. 4 Зазор между валками s = 0,01×320 » 3 мм. F1с =342 мм ; d 1 = 1,0; l = 1,335; 2 для полосы минимальных разме* ров: h1с = 18,5 мм; b1с = 12,5 + 4,5 = 17 мм; F1с = 314,5 мм2; d 1 = 0,92; l = 1,305. И в обоих случаях получили сече* ния, близкие к заданному; поэтому перерасчета можно не проводить. При необходимости получения пло* щади сечения полосы ближе к за* данной, т.е. 300 мм2, следует провес* ти перера счет, увеличив обжатие в первом проходе, и тем самым сум* марную вытяжку. Вычисляем окончательно размеры овального калибра, строя его по поло* се с максимальным уширением (мень* шая полоса даст меньшую степень заполнения калибра). По формуле (5) находим h1 при сте* пени заполнения овального калибра d = 0,9: h1 = 36,55 ×12,5 = 0,6(2,07 - 0,9)(2,92 + 0,66 × 0,9 - 0,43) = 14,53 мм. Отношение осей овального ка* либра aов = 2,92 / 0,9 = 3,24; Ширина вреза калибра по форму* ле (6) bвр = 42,34 мм. Радиус скругления бурта r = 0,2 b oв = 0,2 × 47 = 9,4мм. Для квадратного калибра: s = 3 мм; b к = 18,5 ×1,41 = 26 мм; ширина вреза ручья 26 - 3 = 23 мм; r1 = 0,15×18,5 = 2,75 мм; r2 = 1,8 мм; высота калибра 26 - 0,83×2,75 = 24 мм. Отделочная вальцовка. Отделочную вальцовку производят, как правило, в холодном состоянии в ковочных валь* цах с валками диаметром 250…400 мм. Ее применяют для приближения раз* меров заготовки к разм ерам готового изделия (при этом возможно улучше* ние ряда механических характери* стик); припуск по рабочей части под шлифование до 0,15…0,2 мм. В ряде случаев этим способом вальцовки по* лучают изделия с окончательными размерами по толщине и профилю. Холодная отделочная вальцовка по* зволяет придавать заготовкам состоя* 440 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ пропусками и после окончательной вальцовки для снятия наклепа заго* товки, при необходимости, подверга* ют отпуску. Профиль исходной заготовки стро* ят так, чтобы коэффициент вытяжки в различных сечениях профиля ручья был одинаков, так как в противном случае заготовка получится искрив* ленной. Построение профиля заготов* ки осуществляют по профилю готово* го изделия по отношению нормалей, проведенных к контуру на различных его участках (рис. 38): Рис. 39. Схемы к определению размеров профиля заготовки под холодную (отделочную) вальцовку: а — определение нормалей h1, h2, …, hn; б — определение нормалей H1, H2, …, Hn ние поверхности, сравнимой с полу* чаемой при тонком точении или гру* бом шлифовании. Качество поверхно* сти заготовки, получаемой отделочной холодной вальцовкой, зависит от ма* териала заготовки, предыдущей обра* ботки, материала инструмента, каче* ства его поверхности и применяемого смазочного материала. Для получения точных размеров вальцуемой заготовки вальцы должны обладать достаточной жесткостью. Иногда отделочную вальцовку ведут в жестких устройствах с качающимися секторами. Очертание отделочного ручья при холодной вальцовке представляет собой точный профиль заготовки. Обжатия в отделочном ручье задают небольшие; максимальное абсолютное обжатие за один проход принимают 0,5…0,8 мм. В отделочном ручье, как правило, профильную заготовку пропускают 2 раза без кантования (реже 3–4 раза), что позволяет снизить влияние упру* гих деформаций инструмента и обору* дования и получить более точные раз* меры изделия. Между отдельными H1 H 2 H = =¼= n = 1,05¼1,07, h1 h2 hn где h1 , h 2 , ¼, hn — отрезки нормалей к кривой контура профиля отделоч* ного ручья готового профиля, мм; H 1 , H 2 , ¼, H n — отрезки нормалей к кривой контура профиля искомой заготовки, мм. На рис. 39 нормали построены к од* ной поверхности. В некоторых случаях при отделке изделий сложной формы при расчете построения формы заго* товки нормали строят ко всему конту* ру. Линия встречи нормалей представ* ляет собой геометрическое место рав* ноудаленных точек и совпадает с греб* нем отсыпки песчаной массы, что ис* пользуют для ее определения в некото* рых практических случаях расчетов. Точность определения формы заго* товки будет тем выше, чем на большее число частей будет разделен профиль ручья штампа, т.е. чем меньше будет принят размер Н4 (см. рис. 39, б). Же* лательно, чтобы этот размер был не более 0,3…0,5 максимальной толщины профиля h4 (рис. 39, а ). Ручей штампа располагают в валках так, чтобы его центр тяжести находил* ся на средней линии валков — линии, равноудаленной от осей валков. Иначе полоса будет искривляться на валок, ПРОДОЛЬНО*ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ПРОКАТКА ось которого ближе к центру тяжести профиля ручья. Величину опережения и длину ру* чья штампа рассчитывают так же, как и при вальцовке в открытом ручье. В качестве смазочного материала при отделочной вальцовке применяют машинное масло. Штамповочная вальцовка. Штампо* вочную вальцовку производят в штам* повочных вальцах с валками диамет* ром 500…1000 мм при температурах 900…1150 °С, применяют в массовом и крупносерийном производстве мелких и средних поковок переменного сече* ния простой и сложной формы, напри* мер, боковых звеньев скрепкового кон* вейера, молотков, кулачков. Изготов* ление мелких деталей типа гайка*бара* шек можно осуществлять на вальцах и меньшего диаметра, например 320 мм. При штамповочной вальцовке за один оборот валков можно получить цепочку из четырех и более отштампо* ванных изделий, а на валках большого диаметра можно получать две такие заготовки за один оборот валков, раз* мещая на валках напротив друг друга по диаметру два комплекта штампов. Широкое внедрение штамповочной вальцовки сдерживается недостаточной точностью получаемых изделий, осо* бенно по длине и форме торцовых гра* ней. Это связано с явлениями опереже* ния и обкатки, описанными ни же. Чем меньше диаметр валков, тем больше, при том же режиме обжатий, вытяжка полосы и опережение. Этим объясняется применение для штампо* вочной вальцовки вальцов с валками большого диаметра. На опережение при вальцовке влия* ет и большое число технологических факторов. Это прежде всего относи* тельная смещенная площадь (смещен* ный объем), температура штамповки, условия трения, смазочный материал инструмента, скорость деформирова* 441 ния, скорость и ускорение валков, со* отношение сильно и слабо обжимае* мых частей профиля, ширина заусенца. Опережение со стороны верхнего и нижнего валков может быть различ* ным, что затрудняет получение точно* го профиля, поэтому сечение ручья одного валка стараются выполнять пе* риодически меняющимся, а ручей друг ого валка постоянного сечения. Наиболее интенсивно на опереже* ние влияют следующие факторы: ре* жим обжатий, оптимально подобран* ная смазочно*охлаждающая жидкость (СОЖ) и соотношение сильно и слабо обжимаемых частей поперечного сече* ния полосы. В процессе производства из числа указанных факторов можно изменять только состав СОЖ и режим ее подачи, что позволяет регулировать величину опережения, а следователь* но, и размеры получаемых изделий. При расчете профиля торцовых по* верхностей выступов при штамповоч* ной вальцовке необходимо также учи* тывать явление обкатки, вследствие действия которого искажается по срав* нению с инструментом контур торцо* вых граней. Несимметричные поковки, напри* мер для плоскогубцев, при штамповоч* ной вальцовке можно располагать в по* лосе попарно, с поворотом относитель* но друг друга на 180° («валетом»). Пары располагают в полосе последовательно. Расчет деформации при штампо* вочной вальцовке производят анало* гично расчетам при продольной пе* риодической прокатке. Штамповочная вальцовка имеет зна* чительно большую производительность, чем штамповка на молотах и прессах. 5. ПРОДОЛЬНО ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ПРОКАТКА Продольную периодическую про* катку выполняют в двух*, трех* и че* 442 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 40. Схемы станов продольной перио дической прокатки: а — двухвалкового; б — трехвалкового; в — че* тырехвалкового; г — стана*пресса тырехвалковых станах (рис. 40). Пе* риодические профили подразделяют на следующие виды: 1) с периодич* ностью профиля лишь со стороны одного валка; 2) с периодичностью профиля со стороны двух (или не* скольких) валков; совпадение фигур на получаемой полосе необязательно; 3) с периодичностью профиля со сто* роны двух (или нескольких) валков с обязательным совпадением фигур на полосе. К первому виду периодических про* филей относят профили, показанные на рис. 41 и 42. При прокатке таких профилей калибр одного валка имеет переменный профиль, а на втором вал* ке (или остальных) нарезается ручей постоянного сечения. Ко второму виду профилей отно* сят профили типа арматурной стали (рис. 43). В этом случае прокатки оба валка (или все валки) имеют перемен* ный профиль ручьев, однако по углу поворота относительно друг друга вал* ки могут устанавливаться произволь* но, так как точного совпадения фигур не требуется. Профили первого и второго видов можно прокатывать на существующих сорт овых прокатных станах или валь* цах. Для изготовления периодических профилей третьего вида (рис. 44 и 45) требуются специальные устрой* ства или механизмы, позволяющие на стане (или в вальцах) произво* Рис. 41. Сталь бичевая ребристая ПРОДОЛЬНО*ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ПРОКАТКА Рис. 42. Периодический профиль лемеха Рис. 43. Сталь горячекатаная периодического профиля для армирования железобетонных конструкций 443 дить поднастройку валков по совпа* дению фигур. Ковочные вальцы, как правило, имеют такие механиз* мы, поэтому могут прокатывать все три типа периодических профилей, соответствующих вальцам данных размеров. Периодические профили с плав* ными переходами (как готовые из* делия, так и заготовки под штам* повку) можно прокатывать на ста* не*прессе, имеющем гладкие валки постоянного радиуса, перемещаю* щиеся в процессе прокатки относи* тельно друг друга. При продольной периодической прокатке имеют место явления от* ставания, опережения и обкатки по* лосы. Скорость выходящей из вал* ков полосы больше окружной ско* рости валков, а скорость заднего (по ходу прокатки) конца полосы меньше проекции окружной скоро* сти валка в точке начала захвата по* лосы валками на направление про* катки. Опережение и отставание полосы определяют в процентах (или в до* Рис. 44. Профиль заготовки для передней оси автомобиля 444 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Распределение металла на опере* жение и отставание из всего объема металла, смещаемого по направлению прокатки, определяет положение кри* тического сечения полосы, т.е. крити* ческий угол g (см. рис. 46). При отсутствии уширения полосы критический угол g определяют по фор* муле И. М. Павлова: Рис. 45. Периодический профиль скребка шахт ных конвейеров лях единицы) по следующим фор* мулам: S оп = S от = v1 - v в 100%; vв v в cos a - v 0 100%, v в cos a g= aæ a ö ç1 ÷, 2 è nm ø (11) где n — коэффициент, учитывающий положение равнодействующей давле* ний металла полосы на валок; m — ко* эффициент трения в очаге деформации. При равномерном распределении давлений по дуге захвата при горячей прокатке n = 2. где vв — окружная скорость валков (рис. 46); v1 — скорость выходящего из валков конца полосы, v0 — скорость заднего по ходу прокатки (поступаю* щего в валки) конца прокат ываемой полосы; a — угол захвата — угол между осевой плоскостью валков и радиусом, проведенным в точку начала захвата полосы валками. Коэффициент вытяжки полосы оп* ределяют по формуле l = l1 / l0 , где l0 и l1 — длины полосы соответст* венно до прокатки и после нее. При постоянном коэффициенте вытяжки l с увеличением опережения S оп отставание S от будет уменьшаться, и наоборот. Взаимосвязь этих пара* метров определяется следующей фор* мулой: l= S оп + 1 . (1 - S от ) cos a Рис. 46. Очаг деформации при прокатке: I — зона отставания; II — зона опережения; g — критический угол; h0 и h1 — высота (толщина) полосы соответственно до прокатки и после ПРОДОЛЬНО*ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ПРОКАТКА При известном значении g опере* жение определяют по формуле S оп = R 2 g , h1 (12) где R — радиус валка (см. рис. 46); h1 — высота полосы после прокатки. Тогда формула для определения отставания принимает следующий вид: S оп = 1 - S от + 1 . l cos a (13) 445 хождения резкого уступа валка на полосе образуется контур отставания (рис. 47). Это приводит к невыполнению перед* ней кромки уступов полосы, к недо* оформлению ее выступа, особенно если на последующем участке полосы обжа* тие мало, течение металла в направле* нии прокатки будет недостаточным для заполнения зоны контура вытеснения. Размер максимального отхода кром* ки контура отставания от плоскости, перпендикулярной оси полосы (см. рис. 47), определяют по формуле Отставание может привести к сниже* нию качества получаемых изделий, осо* бенно при прокатке периодических про* филей с резкими выступами. После про* x= mA æ h ö ç h0 - h1 + h1 ln 0 ÷, 4 è h1 ø где m — коэффициент, характеризую* щий долю металла, пошедшего на вы* тяжку, от всего металла, смещенного по высоте полосы; A — показатель, учитывающий положение критиче* ского сечения и характеризующий до* лю металла, идущего на отставание от всего металла, смещаемого в направ* лении длины полосы. При отсутствии уширения m = 1. Если отсутствует зона опережения (g = 0), показатель A = 1. Для предварительных расчетов можно принимать m = 0,75 и A = 0,9. Условный угол наклона грани кон* тура отставания — угол b1 (см. рис. 47) может быть найден из формулы tgb1 = Рис. 47. Образование контура отставания: а — схема процесса образования контура; б — конечный момент образования контура (I — зо* на отставания; II — зона опережения); штрихо* вой линией показано направление вытеснения металла в очаге деформации x 0,5(h0 - h1 ) = mA æ h1 h ö ln 0 ÷. ç1 + 2 è h0 - h1 h1 ø Наклон грани контура отставания необходимо учитывать при конструи* ровании профиля, если нет возможно* сти создать условия для заполнения зоны контура отставания металлом, вытесняемым вперед (по направле* нию прокатки) на последующем уча* стке обжимаемой полосы. Отставание необходимо также учи* тывать и при периодической прокатке в несколько проходов, чтобы подготов* 446 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ ленная полоса переменного сечения по* падала в соответствующую зону валка. Опережение при продольной перио* дической прокатке достигает 15…20 %, а иногда и более, поэтому расстояние между характерными точками на полосе будет на такую же величину больше, чем расстояние между соответствующими им точками на валках. На участках полосы с нарастающим обжатием опережение будет больше, чем на участках с постоянным обжати* ем, а на участках с убывающим обжа* тием меньше. Критический угол в этом случае оп* ределяют по формуле g= a ±qæ a m q ö ç1 ÷, 2 è nm ø (14) где верхние знаки для случая нарас* тающего обжатия, нижние — для убы* вающего обжатия; q — угол наклона поверхности валка; q = arcsin DR , Ra где R — радиус валка в осевой плоско* сти; DR — изменение радиуса валка при перемещении его на длину дуги Ra от осевой плоскости. Опережение и отставание определя* ют по формулам (12) и (13). Явление обкатки возникает вследст* вие поворота поверхностей валка отно* сительно оси полосы за время прохода через очаг деформации (за время кон* такта валков с полосой). Обкатка наблю* дается даже при отсутствии опережения. Наличие опережения увеличивает иска* жение формы поверхностей полосы. Даже если при проходе осевой плос* кости валков выступ на полосе выпол* нится хорошо, например по радиаль* ной плоскости (рис. 48), то вследствие явления обкатки при движении полосы после прохода осевой плоскости вал* ков выступ полосы получит криволи* Рис. 48. Образование передней грани выступа полосы (контур обкатки) нейную форму. Наибольшее отклоне* ние x E max будет иметь вершина высту* па. При уступе на валке, выполненном по радиальной плоскости (см. рис. 48), при отсутствии опережения величину x E max можно определить из формулы 2 x E max r r ærö = arccos -ç ÷ . R R R èRø Контур обкатки передней грани выступа полосы, прокатываемой без опережения, определяют по следую* щим формулам: x = j к - sin j к + cos j к tg(j к + y) R y - tg(j к + y) + tg(j к + y); R y = 1 - cos 2 (j к - y) + R + cos(j к + y) cos y - cos j к , где y — угол наклона плоскости уступа валка к его радиусу. При заданном отно* сительном уровне y/R определяют значе* ПРОДОЛЬНО*ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ПРОКАТКА 447 Профиль грани выступа в этом случае строят от точки на уровне: y RрасR - Rкат S оп . = = 1 + S оп R RрасR На рис. 49 проведены линии уров* ней начальных точек y/R, соответст* вующие опережениям S оп = 5 и 10 %. Эти линии будут являться осями абс* цисс (осями х). Оси ординат (оси у) и точки начала координат при наличии опережения для каждого угла y будут своими (y1 / R и O1 см. рис. 49). Передняя грань выступа полосы сохранит форму, полученную в осе* вой плоскости валков, если катаю* щим будет радиус r (см. рис. 48), когда после прохождения осевой Рис. 49. Графики контуров обкатки (xB/R — траек плоскости валков все точки высту* тория движения т. В относительно полосы) па валка убегут от полосы, так как их скорость больше скорости поло* ние j к , после чего из предыдущей фор* сы. Аналогично будет сохраняться мулы находят отклонение x на уровне у. форма выступа полосы (будет отсутст* Графики контуров обкатки при вовать явление обкатки) для всех ра* разных углах y в относительных вели* диусов больше катающего, т. е. пере* чинах x/R и y/R приведены на рис. 49. мещающихся со скоростью больше При y = 0 (грань уступа валка рас* скорости полосы — убегающих от по* положена по радиусу) получаем сле* лосы, от передней грани ее выступа дующую формулу: при выходе из очага деформации. Профиль обкатки и контур вытес* 2 x y y æyö нения могут образовываться и на зад* = arccos 1 - -ç ÷ . R R R èRø ней грани выступа полосы, в основном тогда, когда обжатие полосы в зоне вы* За начало координат берется точка ступа отсутствует или незначительно. у корня передней грани выступа поло* Полоса любого переменного по дли* сы (см. рис. 48, точка C1). не сечения может быть разбита на уча* При наличии опережения за радиус стки трех видов: с постоянным, с нарас* R принимают условный радиус RрасR , тающим и с убывающим обжатием. при котором окружная скорость валка Определение профиля валка по равна скорости выходящего из валков длине окружности производят по конца полосы: участкам с учетом опережения. Если опережение отсутствует, то расстоя* vп R = RрасR = Rкат = (S оп + 1) Rкат , ния между характерными элемента* vв ми по длине окружности валка будут где vп — скорость выходящего из вал* равны таковым на полосе. Это поло* ков конца полосы; Rкат — катающий жение принимается за исходное для радиус. расчета профиля валков. Для этого 448 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ случая находят опережение по участ* кам, после чего пересчитывают дли* ны участков валка. При необходимо* сти более точного определения раз* меров валка можно провести второй цикл перерасчета или провести рас* чет на основе экспериментального определения опережения на каждом из участков. Зависимость размеров соответст* вующих участков полосы x и валка x1 определяется следующим уравнением: 1) постоянной толщины h1= 65 мм на длине x = 180 мм; 2) плавно изменяю* щейся толщины h1 от 65 до 50 мм на длине 150 мм; 3) постоянной толщины h1 = 50 мм на длине 100 мм; 4) плавно нарастающей толщины h1 от 50 до 80 мм на длине 150 мм, далее идет не* обжимае мая полоса толщиной 80 мм. На первом участке получаем: – катающий диаметр D = 550 - 65 = 485 мм; – угол захвата x = ò (1 + S оп )dx1 . Если опережение на исследуемом участке является постоянным или же берется его среднее значение, то урав* нение принимает следующий вид: æ h -h ö a = arccos ç 1 - 0 1 ÷ = D ø è æ 80 - 65 ö = arccos ç 1 ÷ = 0,249 рад, 485 ø è x = (1 + S оп.ср ) x1 . Закон изменения ординат на валке (радиусов валка) остается таким же, как и для полосы, т.е. у = f (х), только каждая ордината будет соответство* вать определенному значению x1 . Учитывая, что x1 = R0j, (15) где j — центральный угол между иско* мым и начальным радиусами; R0 — ра* диус валка в начальном положении, а искомый радиус R = R0 ± y, получаем следующую зависимость: R = R0 ± f [(1 + S оп.ср ) R0j]. (16) Здесь знак плюс для нарастающего обжатия, минус — для убывающего. Пример. Толщина исходной полосы h0 = 80 мм, расстояние между осями валков стана 550 мм, коэффициент трения m = 0,3. Требуется прокатать по* лосу, имеющую следующие участки: a = 14,29°; – критический угол по формуле (11) g = 0,0729 рад (4,17°); – опережение по равенству (12) S оп = 242,5 0,0729 2 = 0,0198(1,98%); 65 – длина участка на валке x1 = 180 x = = 178,5 мм; 1 + S оп 1 + 0,0198 – центральный угол участка валка с постоянным радиусом R0 = 242,5 мм для прокатки участка полосы толщи* ной 65 мм из выражения (15) j1 = 176,5 = 0,7278 рад (41,7°). 242,5 На втором участке: – при R0 = 242,5 мм обжатие будет нарастающим с углом со стороны од* ного валка ПОПЕРЕЧНАЯ, ПОПЕРЕЧНО*КЛИНОВАЯ ПРОКАТКА q = arcsin 65 - 50 = 0,05 рад (2,86°); 2 ×150 – критический угол по формуле (14) g= 0,249 + 0,05 æ 0,249 + 0,05 ö ç1 ÷= 2 2 × 0,3 ø è = 0,0999 рад (5,72°); – средняя толщина (высота полосы после прокатки) 65 + 50 h1ср = = 57,5мм; 2 449 Далее идет участок с катающим диаметром 550 - 80 = 470 мм. В данном случае перерасчеты опе* режений на участках с переменными радиусами существенных изменений не дают. 6. ПОПЕРЕЧНАЯ, ПОПЕРЕЧНО КЛИНОВАЯ, ПОПЕРЕЧНО ВИНТОВАЯ ПРОКАТКА При поперечной прокатке инстру* мент придает заготовке вращательное движение (рис. 50), в связи с этим попе* – среднее на участке опережение S оп.ср = 242,5 0,0999 2 = 0,042 ( 4,2 %); 57,5 – длина участка на валке x1 = 144 мм; – центральный угол, охватываю* щий на валке этот участок: j2 = 144 = 0,594 рад (34,01°); 242,5 – радиус в любой точке участка валка при у = х tgq = 0,05x, R = 242,5 (1 + 0,052j), причем угол j меняется в пределах 0 £ j £ j2 (при j = j2 R = 250 мм). 550 - 50 На третьем участке R0 = = 2 = 250 мм; a = 0,348 рад (19,95°); по формуле (11) g = 0,073 рад (4,19°); S оп = = 0,0267 (2,67 %); x1 = 97,4 мм; цен* тральный угол на валке с радиусом участка 250 мм j3 = 0,3886 рад (22,32°). На четвертом участке обжатие убы* вает, толщина нарастает: R0 = 250 мм; q = 0,1002 рад (5,74°); g = 0,0313 рад (1,79°); h1 ср = 65 мм; S оп.ср = 0,0049 (0,5 %); x1 = 149,3 мм; j4 = 0,597 рад (34,21°). При у =x tgq = 0,1005х радиус валка плавно уменьш ается: по форму* ле (16) R = 250 (1 - 0,101j), где 0 £ j £j4 (при j = j4 R = 235 мм). Рис. 50. Схемы поперечной прокатки: 1, 2 — валки; 3 — заготовка; 4 — оправка; 5 — подвижная плита; 6 — неподвижная пли* та; 7 — барабан; 8 — сегмент 450 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ речная прокатка и ее разновидности — поперечно*винтовая и поперечно*кли* новая — служат лишь для обработки тел вращения, обрабатывая металл, в ос* новном, в поперечном направлении. Производительность процесса по сравнению с обработкой на токарных автоматах увеличивается в десять и бо* лее раз, расход металла уменьшается на 30…60 %. При этом повышается качест* во продукции, в частности, повышается прочность и износостойкость изделий. Рассматриваемые процессы прокатки легче поддаются механизации и автома* тизации, чем заменяемые ими. Поперечная прокатка может осуще* ствляться в двух* или трехвалковом прокатном стане (см. рис. 50, а–г), вал* ки которого вращаются в одну сторону (например, по часовой стрелке), прида* вая находящейся между ними заготовке вращение в обратную сторону. Для обеспечения непрерывности процесса при прохождении заготовки через зону деформации окружные ско* рости валков двухвалкового прокатно* го стана делаются разными (v1 > v2, см. рис. 50, а) за счет разных рабочих (ка* тающих) диаметров валков D1 > D 2 (n1 = n 2 ); при равных диаметрах вал* ков D1 = D 2 за счет разной угловой скорости валков (разных частот вра* щения валков n1 > n 2 ). Для продвиже* ния заготовки через очаг деформации можно применять и специальные за* дающе*проталкивающие устройства, в том числе в установках с одинаковой окружной скоростью валков v1 = v2 (например, направляющие линейки и задающие ролики), которые задают и проводят заготовку через очаг дефор* мации при ее вращении за счет сил трения между валками и заготовкой. В этом случае необходимо прикладывать задающее усилие Q. Обжатие заготовки по мере ее вра* щения между валками можно произво* дить сближением валков в процессе по* перечной прокатки (см. рис. 50, б–г ). Такой прием используют при прокатке шестерен. В этом случае дополнительно применяют принудительное синхрон* ное вращение заготовки с целью полу* чения точных зубьев шестерен. Сбли* жение валков для обжатия заготовки применяют иногда и на трехвалковых станах (см. рис. 50, г) и на аналогично им работающих трехроликовых станах, в которых сближение и развод роликов осуществляется, например, от гидрав* лических приводов, работающих по ко* пиру в зависимости от величины осевой силы протаскивания заготовки. Поперечную прокатку полых изде* лий выполняют на оправке (см. рис. 50, в), причем оправка может быть сплошной или разборной (для изделий сложной формы). Поперечную прокатку можно про* изводить в поступательно движущемся инструменте (см. рис. 50, д и е) как без перемещения оси заготовки при про* катке т.е. v1 = v2 (см. рис. 50, д), так и с ее перемещением (см. рис. 50, е). Та* ким образом, в частности, производят и накатку, в том числе резьбы на резь* бонакатных станках. Для уменьшения потерь времени на замену инструмента и переход на прокатку другого изделия применяются устройства с многопози* ционным креплением инструмента. Поперечную прокатку осуществля* ют также в барабанных станах (см. рис. 50, ж), в валково*сегментных станах (см. рис. 50, з) и на другом обо* рудовании (стан торцовой прокатки, стан шнекового типа, стан с эксцен* тричными валками, четырехвалковый стан и др.). Поперечновинтовая (косая) прокат* ка является разновидностью попереч* ной прокатки, когда валки двух* или трехвалкового стана располагают под углом друг к другу и к оси заготовки, которая в результате получает не толь* ко вращательное движение, но и дви* ПОПЕРЕЧНАЯ, ПОПЕРЕЧНО*КЛИНОВАЯ ПРОКАТКА 451 Рис. 53. Поперечновинтовая прокатка в спи ральных калибрах Рис. 51. Схема поперечновинтовой (косой) прокатки Рис. 54. Схема поперечновинтовой прокатки периодического профиля на трехвалковом стане: 1 — рабочие валки (дисковые); 2 — заготовка; 3 — копир; 4 — следящее устройство гидро* системы; 5 — гидравлический цилиндр тяну* щего типа; 6 — свободно вращающийся зажим Рис. 52. Схема косой (винтовой) прокатки труб (вид сверху): 1 — левый валок; 2 — заготовка; 3 — правый валок; 4 — гильза; 5 — оправка; 6 — штанга (стержень) жение вдоль оси заготовки (рис. 51), что способствует непрерывности про* цесса. В соответствии с винтовым дви* жением заготовки валкам придается необходимая форма поверхности. Поперечно*винтовую прокатку при* меняют при производстве труб и труб* ных заготовок на двух* и трехвалковых станах (рис. 52), втулок различных ви* дов (в том числе втулок заднего колеса велосипеда), оребренных трубчатых изделий, например, для теплообмен* ников, шаров для шаровых мельниц (рис. 53), ходовых винтов, а также для подготовки заготовок для штамповки (рис. 54 и 55). Поперечноклиновую прокатку вы* полняют в инструменте, имеющем бо* ковые наклонные грани, расположен* 452 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 56. Схема поперечноклиновой прокатки Рис. 55. Схема прокатки заготовки для штамповки шатуна ные под углом к плоскости вращения. В процессе прокатки эти грани застав* ляют перемещаться избытки металла, возникающие при внедрении инстру* мента в заготовку, вдоль оси заготовки (например, к торцам, удлиняя тем са* мым заготовку), т.е. способствуют пе* рераспределению металла вдоль оси за* готовки. Оставшаяся часть металла на данном участке заготовки прокатыва* ется между инструментами, приобре* тая их негативный профиль в продоль* ном сечении тела вращения (рис. 56). Учитывая, что при движении инстру* мента обжатие заготовки по мере ее вращения происходит постепенно, причем точки поверхности заготовки неоднократно попадают в зону контак* та с инструментом, и в зонах прямого обжатия форма инструмента имеет вид клина — валки переменного радиуса, плоский инструмент разной толщины или ширины (или того и другого). Поперечно*клиновой прокаткой по* лучают как готовые изделия, так и заго* товки под штамповку. Основные схемы поперечно*кли* новой прокатки показаны на рис. 57. Каждой из схем соответствуют свои конструкции станов. В двухвалковых станах (см. рис. 57, а) заготовка удерживается в рабочей зоне направляющими проводками или цен* трами, что часто приводит к искаже* нию формы и перерасходу металла — возникает необходимость отрезки тор* цовых участков. Для загрузки и выгруз* ки валки, как правило, необходимо ос* танавливать либо размещать инстру* мент не по всей окружности, что сни* жает производительность процесса. Преимуществом валковых станов яв* ляется возможность прокатки изделий из прутка, что наиболее эффективно при изготовлении коротких изделий, так как облегчает механизацию и авто* матизацию процесса и снижает отхо* ды, весьма значительные при изготов* лении коротких изделий из штучных заготовок. Валковые станы успешно применяют и при прокатке несиммет* ричных деталей, так как при этом отпа* дает необходимость в выравнивании условий прокат ки на различных частях заготовки. Рис. 57. Основные схемы поперечноклиновой прокатки ПОПЕРЕЧНАЯ, ПОПЕРЕЧНО*КЛИНОВАЯ ПРОКАТКА Трехвалковые станы (см. рис. 57, б) по сравнению с двухвалковыми созда* ют качественно отличное напряжен* ное состояние в очаге деформации, что значительно снижает вероятность разрушения металла в осевой зоне за* готовки. При прокатке тремя привод* ными валками к заготовке может пе* редаваться в 1,5 раза больший крутя* щий момент, чем при прокатке двумя валками (три контактные площадки вместо двух), что позволяет в значи* тельной мере интенсифицировать процесс. Недостатком данной схемы является ограниченность минималь* ного диаметра изделия: æ 2 ö d min > ç - 1 ÷D в = 0,1547005D в ; è 3 ø приближенно d min > 0,155D в . При соответствии минимального диаметра изделия указанному значе* нию валки будут упираться друг в дру* га. Чтобы этого не происходило, необ* ходимо ограничить диаметры валков: D в < 6,4641032 d min ; (17) приближенно D в < 6,46d min . Валковые станы ввиду сложности изготовления валков для попереч* но*клиновой прокатки и, как следст* вие, недостаточной точности обработ* ки применяют в основном при прокат* ке коротких изделий с относительно невысокими требованиями к их точ* ности, в том числе для прокатки заготовок под штамповку. Валково*сегментные станы (рис. 57, в) отличаются простотой и обес* печивают высокую производитель* ность процесса благодаря тому, что загрузка и удаление заготовок произ* водятся без остановки вращения вал* ка. Их недостатком является слож* ность изготовления и отладки сег* ментов инструмента. Станы работают 453 только со штучной заготовкой при относительно невысоких требованиях по точности изделий. Двухсегментные станы (рис. 57, г) имеют ограниченную длину инстру* мента и характеризуются незнач ительной производительностью. Их применяют для накатки шлицев и шестерен, для поперечно*клиновой прокатки валов. Станы с двумя подвижными плита* ми (рис. 57, д) отличаются сравни* тельной простотой изготовления и ре* монта инструмента, что позволяет обеспечить высокую точность его из* готовления, а следовательно, и высо* кую точность изделий и простоту от* ладки новых технологических процес* сов. Однако производительность та* ких станов невысока, что связано с дв умя остановками плит — для загрузки и удаления заготовок. Станы с подвижной и неподвиж* ной плитами (рис. 57, е) имеют те же преимущества, что и станы с двумя подвижными плитами. Кроме того, они не требуют остановок для загрузки и удаления заготовок. В результате пе* рестановки неподвижной плиты соз* даются лучшие условия для регулиро* вания точности получаемых изделий. Недостатком станов с плоскими плитами является невозможность про* катки от прутка, что ведет к нерента* бельности изготовления на них корот* ких заготовок длиной менее 1,0…1,5 диаметра. Их применяют при изготов* лении деталей сложной конфигурации небольшими партиями при большой номенклатуре, когда требуются частые переналадки, причем обеспечивается достаточная точность изделий. Деформация и силы при поперечной прокатке. Схемы обжатия металла при поперечной прокатке показаны на рис. 58. Обозначения на рисунке: D и R — соответственно диаметр и радиус валков; d — диаметр изделия, равный Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 454 Рис. 58. Схемы обжатия металла при попе речной прокатке: а — между валками; б — между плитами расстоянию между валками в осевой плоскости или расстоянию между пло* скими плитами; z — уменьшение ра* диуса заготовки за половину ее оборо* та; r — условный радиус заготовки; r = d / 2 + z; b — ширина поверхности соприкосновения заготовки с инстру* ментом (в проекции на плоскость, пер* пендикулярную к осевой плоскости валков, или на плоскость, параллель* ную направлению движения плиты). При прокатке в валках b= zd + 2 z 2 ; (1 + d / D + 2 z / D )y (18) при прокатке между плитами 1 b = ( zd + 2 z 2 ) , y где y — поправочный коэффициент, учитывающий увеличение ширины поверхности контакта вследствие то* го, что в процессе поперечной прокат* ки заготовка приобретает овальность, вызванную тангенциальной раскаткой периферийных слоев; y < 1. При предварительных расчетах при* нимается y = 1. Второй формулой можно пользо* ваться как приближенной и в случае Рис. 59. Схема сил, действующих при попереч ной прокатке в двухвалковом стане прокатки в валках, если диаметр заго* товки мал по сравнению с диаметром валков. При поперечной прокатке со сторо* ны каждого из валков (или плит) к заго* товке приложены силы, которые в лю* бой точке контактной поверхности на* правлены по нормали к ней. Равнодей* ствующую этих сил Р обычно считают приложенной в середине дуги eg, соот* ветствующей поверхности соприкосно* вения заготовки с валками (рис. 59). Нормальные силы вызывают появление на поверхности контакта (соприкосно* вения) заготовки с вращающимися вал* ками сил трения, равнодействующая которых обозначена через Т. Силы тре* ния приложены в тех же точках, что и нормальные силы, и направлены по ка* сательным к поверхностям контакта. Силы трения, приложенные к заго* товке со стороны валков, создают вра* щающий момент M 1 = Ta, который вызывает вращение заготов* ки. Этому вращению препятствует вра* ПОПЕРЕЧНАЯ, ПОПЕРЕЧНО*КЛИНОВАЯ ПРОКАТКА щающий момент, создаваемый нор* мальными силами Р, равный M 2 = Pc. Для осуществления установивше* гося процесса поперечной прокатки необходимо соблюдение следующего соотношения: M1 ³ M 2 . Учитывая, что T = Pm, получим a ³ c/m, где m — коэффициент трения валков с поверхностью прокатываемой заго* товки. Обозначим длину хорды eg через s. Из геометрических соотношений (см. рис. 59), используя предыдущую зави* симость, получаем, что установив* шийся процесс поперечной прокатки возможен лишь при соблюдении сле* дующего условия: m my s s или £ (19) £ d 1 +d / D d 1 +d / D Ширина поверхности соприкосно* вения заготовки и валков b = s cos a1 (20) Учитывая малость угла a1, можно считать, что b » s, тогда из соотноше* ний (19) можно рассчитать предель* ную ширину поверхности соприкос* новения заготовки и валков. Предельное относительное обжа* тие определяется условием m 2y z = d 1 +d / D (21) 455 Эта формула справедлива и для случаев прокатки в станах с тремя, че* тырьмя и большим число валков, при* чем величина z / d будет представлять относительное единичное обжатие за 1 / m1 долю оборота, где m1 — число валков стана. Для осуществления нормального процесса поперечной прокатки необ* ходимо, чтобы отношение z / d всегда было меньше предельного. Как видно из выражения (21), от* носительное обжатие одним валком в значительной мере определяется ко* эффициентом трения и в меньшей степени зависит от соотношения диа* метров изделия и валков. При прокат* ке на пл оских плитах d / D = 0. Определение силы прокатки, дей* ствующей на валок при поперечной прокатке, сводится, как и при обыч* ной прокатке, к решению двух задач: определению площадки контакта ме* талла с валком (инструментом) и оп* ределению среднего давления. Сила прокатки P = Fp ср , где F — площадь контакта; p ср — сред* нее давление. Площадь контакта (поверхность соприкосновения) металла с инстру* ментом определяется для каждого конкретного случая поперечной про* катки и обычно берется в проекции на плоскость, перпендикулярную к плос* кости действия силы прокатки. Ши* рина поверхности соприкосновения определяется из формул (17)–(20). Длина поверхности соприкосновения зависит от размеров и формы изделия и заготовки, а также формы инстру* мента, применяемого для поперечной прокатки. Среднее давление определяется пределом текучести металла при дан* ных условиях деформирования, зави* 456 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ сит также от формы очага деформации и условий трения на контактной по* верхности. Предел текучести при данных усло* виях деформирования может быть оп* ре делен из уравнения s т = s т0 K t K e K v , (22) где s т 0 — базисное значение предела текучести; K t , K e, K v — соответствен* но температурный, деформационный и скоростной коэффициенты. Параметры, входящие в правую часть равенства (22), определяют по графи* кам или таблицам (см. т. 1, с. 179). Среднее давление p ср = K ss т , где K s — коэффициент, учитывающий влияние вида напряженного состоя* ния, определяется теоретически на ос* нове рассмотрения эпюр распределе* ния давлений по поверхности контакта или экспериментально. При прокатке в винтовых калибрах на двухвалковых станах 1,5 < K s < 7,5, при прокатке на трехвалковых станах 6 < Ks < 17, при поперечно*клиновой прокатке 2,5 < < Ks < 5,5. При поперечно*клиновой прокат* ке сила прокатки P= (md0 ) 2 2 prкbtga (md ) 3 ковой грани; d — степень обжатия, d = d0 / d (d — диаметр заготовки после прокатки в рассматриваемом сече* нии); m 1 и m 2 — коэффициенты тре* ния соответственно на калибрующей и наклонной частях клина, например, при прокатке заготовок из стали 45, нагретых до температуры 1200°; экспе* риментально установлено, что на шли* фованной калибрующей грани m 1 = 0,4, а на наклонной грани, на которой на* несена насечка m 2 = 0,7; rт — относи* тельный радиус трения, rт = Rт / d0 (Rт — радиус трения — расстояние от оси заготовки до зоны прилипания). Дефекты поперечной прокатки мо* гут быть аналогичны дефектам обыч* ной прокатки и штамповки: трещи* ны, плены, закаты (зажимы), надда* вы и т.п., однако при поперечной прокатке встречаются дефекты и ви* ды брака, свойственные только дан* ному процессу. Это осевая рыхлость, вскрытие осевой или кольцевой по* лости (рис. 60), образование трех* гранных тел вращения с тремя цен* ´ 4 r d - d -1 ö é æ ´ êmdm 1 + ç b sin a + m 2 т ÷´ d -1 ø è ë æ md - 1 prкb ö ù ´ç ÷ ú p ср , è sin a cos a ø û где d0 — диаметр исходной заготовки; т — коэффициент увеличения диа* метра вследствие наплыва, т = 1 / y; rк — относительный радиус качения, rк = Rк / d0 (Rк — радиус качения); b — угол заострения; a — угол наклона бо* Рис. 60. Виды брака, присущие только попереч ной прокатке: а — осевая рыхлость; б — вскрытие осевой рыхлости; в — вскрытие кольцевой полости РАСКАТКА КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК 457 периметр трехгранного тела ра* вен периметру круга диаметром d, а именно 3 2 pR 2 pr +3 = pd, 6 6 площадь же поперечного сечения трехгранного тела будет меньше пло* щади круга диаметром d на величину æ 3 pö 2 2 ç ÷ ç 2 - 4 ÷( R - r ) = 0,0806273( R - r ) . è ø Рис. 61. Трехгранное тело вращения постоянно го диаметра D = R + r трами вращения, имеющих постоян* ный диаметр (рис. 61). Осевая рых* лость и вскрытие полостей возника* ют вследствие появления в зоне де* формации растягивающих напряже* ний, что особенно сильно проявляет* ся при обработке двумя инструмента* ми, например прокатке на двухвалко* вом стане. Осевая полость имеет обычно рваный, трещиноватый ха* рактер поверхности, кольцевая по* лость может иметь поверхности как с трещинами, так и сглаженные. При прокатке на трех* или четырехвалко* вом стане разрыхление осевой зоны и вскрытие полостей наблюдается зна* чительно реже и в меньших размерах. Причиной образования формы те* ла, напоминающей правильную тре* угольную призму, считается то, что после вскрытия полости ее объем бы* стро увеличивается, вызывая увеличе* ние внешнего диаметра тела, но так как зазор между валками при прокатке уменьшается, обрабатываемое тело сминается валками. Необходимо от* метить, что при диаметре изделия (см. рис. 61) d = R + r, Вероятно, трехгранная форма тела образуется при больших обжатиях, ко* гда наблюдаются периодические про* скальзывания прокатываемой заготов* ки, то по одному, то по другому валку. Возможность вскрытия полостей уменьшается при прокатке узкой зоны в середине длины заготовки (даже при больших обжатиях) вследствие умень* шения растягивающих напряжений — результат сдерживающего действия со* седних необжимаемых зон. Такой ре* жим свойственен поперечно*клиновой прокатке, при которой обжатие произ* водится не сразу по всей длине, а на уз* ких участках, постепенно перемещаю* щихся по длине заготовки, что снижает вероятность указанных видов брака при поперечно*клиновой прокатке. 7. РАСКАТКА КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК Раскатка кольцевых деталей (заго* товок) — технологическая операция формоизменения, посредством кото* рой производится одновременное уве* личение наружного диаметра и диа* метра отверстия кольцевого полуфаб* риката (поковки) за счет уменьшения толщины его стенки, при этом может быть также изменена форма попереч* ного сечения кольца. Раскатку осуществляют в процессе деформирования валками на специа* 458 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ лизированных кольцераскатных ма* шинах и применяют при изготовлении кольцевых деталей диаметром от 50…70 до 7000 мм, шириной соответ* ственно от 5…7 до 1200 мм и массой от нескольких десятков грамм до 12,5 т. В зависимости от поставленных за* дач, габаритов изготовляемых деталей, марки материала и других условий раскатку выполняют в горячем, полу* горячем или холодном состояниях. Способы раскатки. По схемам фор* моизменения раскатку кольцевых заго* товок условно разделяют на открытую, полуоткрытую, закрытую и полузакры* тую. Наиболее распространенной яв* ляется открытая раскатка (рис. 62, а). Исходная заготовка (полуфабрикат) 1 Рис. 62. Схемы раскатки: а — открытой; б — полуоткрытой помещается между двумя валками 2 и 3, один из которых (обычно наружный) является приводным, а второй враща* ется за счет сил трения от контакта с за* готов кой. Один из валков (нажимной) имеет возвратно*поступательное пере* мещение, при своем рабочем ходе воз* действуя на заготовку с силой, необхо* димой для ее деформирования. Увели* чиваясь в диаметре, заготовка в тече* ние всего процесса деформирования соприкасается с двумя свободно вра* щающимися направляющими валками 4 и 5, которые прижимаются к ней с определенной силой, предотвращая смещение центра заготовки от оси цен* тров раскатных валков 2 и 3, устраняя вибрации и обеспечивая правильную геометрическую форму кольца. При раскатке с небольшими сте* пенями суммарной деформации два подвижных опорных валка 4 и 5 мо* гут быть заменены одним неподвиж* ным (правым), выполняющим те же функции. В процессе раскатки с за* готовкой контактирует контрольный ролик 6, который при достижении заданного наружного диаметра пода* ет сигнал на отвод нажимного валка 3 в исходное положение, после чего заготовка может быть удалена с вал* ка 2. Полуоткрытая раскатка (рис. 62, б) отличается от открытой тем, что с по* мощью пары приводных или холостых торцовых конических валков 7 и 8 про* изводится обжатие заготовки в осевом направлении и прора ботка ее торцов. В процессе раскатки при постепенном сближении торцовых валков достига* ется заданная деформация по ширине заготовки. В некоторых случаях рас* стояние между осями пары конических валков в про цессе раскатки не изменя* ется и они лишь препятствуют естест* венному уширению, обеспечивая про* работку торцов заготовки и устраняя утяжины, обусловленные неравномер* РАСКАТКА КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК Рис. 63. Схема закрытого способа раскатки ностью уширения в продольном сече* нии за готовки. Применение принудительно сбли* жающихся в процессе раскатки торцо* вых валков позволяет более интенсив* но перераспределить металл и полу* чать более сложные формы попереч* ных сечений у кольцевых заготовок. Закрытая раскатка (рис. 63) в отли* чие от предыдущих способов осущест* вляет формоизменение заготовки про* каткой между внутренним валком 2 и 459 наружным полым валком 3. Радиаль* ное обжатие заготовки достигается принудительным сближением осей внутреннего и полого валков. Процесс формоизменения продолжается до тех пор, пока наружный диаметр заготов* ки 1 не примет размера диаметра от* верстия полого валка, а толщина ее стенки не достигнет заданной. После этого исходное положение осей вал* ков восстанавливается, а заготовка удаляется из полого валка выталкива* телем 4. Полузакрытая раскатка (рис. 64) представляет собой комбинацию схем открытой и закрытой раскатки. При сближении осей внутреннего валка 1, полого валка 2, ширина которого меньше ширины раскатываемой за* готовки, и двух холостых боковых валков 4, оформляющих участки за* готовки, примыкающие к ее торцам, Рис. 64. Схема полузакрытого способа раскатки: 1 — внутренний валок; 2 — наружный полый валок; 3 — нажимной валок; 4 — боковые валки; 5 — опорный валок; 6 — раскатываемый полуфабрикат; 7 — торцовые заусенцы у раскатанной заготовки 460 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ производится радиальное обжатие стенки заготовки, продолжающееся до тех пор, пока ее наружный диа* метр не окажется равным диаметру отверстия полого валка, а толщина стенки не достигнет заданной. При этом боковые валки 4, полый валок 2 и внутренний валок 1 могут быть расположены так, что ось O 3 боко* вых валков находится вне плоскости, проходящей через ось полого валка O 2 и ось внутреннего валка O1 . Этим обеспечивается возможность удале* ния избыточного объема заготовки, образующего торцовые заусенцы в процессе раскатки кольца. При вос* становлении исходного положения осей валков раскатанная заготовка удаляется из полого валка выталки* вателем и снимается с внутреннего валка. Технологические возможности рас катки. Технологические возможности раскатки определяются техническими возможностями и экономической целе* сообразностью реализации одной из указанных выше схем формо измене* ния. С точки зрения максимального приближения размеров и формы сече* ния раскатанных заготовок колец к го* товым деталям предпочтительными яв* ляются схемы закрытой и полузакрытой раскатки. Однако их использование ог* раничено габаритами и массой дета* лей — до 150 мм по на ружному диамет* ру при массе до 1,0 кг. Обусловлено это конструктивной сложностью кольцера* скатных машин и технологической ос* настки, высокими требованиями к ис* ходным кольцевым полуфабрикатам и повышенными энергетическими и си* ловыми затратами на процесс формоиз* менения. Открытая и полуоткрытая схемы, обладая большей универсально* стью и конструктивной простотой, име* ют более широкое распространение и их применение продолжает расширять* ся во многих отраслях машиностроения и металлообработки. Современные кольцераскатные ма* шины для полуоткрытой раскатки спо* собны обеспечить получение кольцевых заготовок с формами сечений, подоб* ными представленным на рис. 65. Рис. 65. Формы сечений кольцевых заготовок, полученных на кольцераскат ных машинах полуоткрытой раскатки: 1–11 – формы сечений с горизонтальной осью симметрии; 12–19 – сече* ния, не имеющие горизонтальной оси симметрии РАСКАТКА КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК Возможности формирования слож* ных профилей при раскатке по откры* той и полуоткрытой схемам определя* ются следующими факторами: – степенью приближения формы сечения исходного кольцевого полу* фабриката к профилю сечения раска* танной заготовки; – величиной деформаций при рас* катке, характеризуемой значением ко* эффициента суммарного обжатия K = = F пф / F з , где F пф , F з — соответственно площадь сечения исходного полуфабри* ката и раскатанной заготовки, мм2. Подобие формы сечения полуфаб* риката сечению раскатанной заготовки достигается при равенстве кольцевых площадей у полуфабриката f пф и рас* катанной заготовки f з в любом соот* ветствующем сечении, перпендикуляр* ном оси. Соблюдение этого условия гарантирует получение качественно оформленного кольца после раскатки при малых коэффициентах суммарного обжатия (K = 1,15…1,3). Для колец, форма сечения которых имеет гори* зонтальную ось симметрии, например формы 1–11 (см. рис. 65), выполнение 461 условия f пф = f з для любого сечения необязательно. Заданный профиль мо* жет быть получен при использовании полуфабриката с простейшей прямо* угольной формой сечения и коэффици* енте суммарного обжатия 1,5 £ K £ 2,2. Для колец, форма сечения которых не имеет осевой симметрии, например формы 12, 16, 17 (см. рис. 65), оформ* ление профиля при 1,5 £ K £ 2,2 обес* печивается при соблюдении равенства только торцовых поверхностей у полу* фабрикатов и раскатанных заготовок, а при использовании полуфабрикатов прямоугольного сечения требуются коэффициенты суммарного обжатия K > 2,5. Выбор метода изготовления кольцево го полуфабриката. Ориентировочно вы* бор метода изготовления кольцевых по* луфабрикатов можно производить по табл. 14. Не исключено использование и других способов, например, центро* бежной отливки, гибки со сваркой и не* которых других, которые могут быть применены в зависимости от материа* ла, габаритов, назначения кольцевой заготовки и серийности производства. 14. Методы изготовления кольцевых полуфабрикатов для раскатки кольцевых заготовок Габаритные размеры рас* Масса катанной заготовки, мм раскатан* ной заго* наружный ширина товки, кг диаметр Серийность производства Метод изготовления полуфабриката для раскатки Открытая раскатка 70…140 10…40 0,2…3,0 Крупносерийное Закрытая штамповка на горячештамповоч* ных автоматах; штамповка на ГКМ высад* кой в пуансоне от переднего упора Открытая или полуоткрытая раскатка 120…250 20…60 2,0…6,0 Крупносерийное, Закрытая штамповка на специализирован* серийное ных трехпозиционных прессах; штамповка на ГКМ высадкой в пуансоне от переднего упора Мелкосерийное Штамповка на ГКМ высадкой в пуансоне от переднего упора; штамповка на КГШП 462 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Окончание табл. 14 Габаритные размеры рас* Масса катанной заготовки, мм раскатан* ной заго* наружный ширина товки, кг диаметр 150…350 30…100 Серийность производства Метод изготовления полуфабриката для раскатки 3,0…12,0 Крупносерийное, Закрытая штамповка на специализиро* серийное ванных трехпозиционных прессах; штам* повка на ГКМ высадкой в пуансоне от переднего упора Мелкосерийное Штамповка на ГКМ высадкой в пуансоне от переднего упора; штамповка на КГШП, ковка на молоте или гидропрессе 150…500 40…160 6,0…40,0 Крупносерийное, Штамповка на ГКМ высадкой в пуансоне серийное от переднего упора; штамповка на спе* циализированном гидропрессе 200…1000 40…200 20,0…100,0 Крупносерийное, Ковка на специализированном гидропрессе серийное Мелкосерийное Ковка на молоте или гидропрессе Мелкосерийное Ковка на специализированном гидропрес* се; ковка на универсальном гидропрессе или молоте 500…7000 50…1150 80,0…12500 Крупносерийное, Ковка на специализированном гидропрессе серийное, мелко* серийное Чертеж раскатанной заготовки. Чер* теж раскатанной кольцевой заготовки должен учитывать особенности формо* изменения при выбранной схеме (спо* собе) раскатки. Для открытой раскатки характерно отсутствие хорошей проработки торцо* вых поверхностей колец, а при боль* ших коэффициентах суммарного обжа* тия возможность образования утяжин в виде кольцевых канавок на торцах. Это вызывает необходимость назначения увеличенных припусков на этих по* верхностях. Наружная боковая и тор* цовые поверхности должны сопрягать* ся радиусами, минимальные значения которых определяются по формуле П + П1 , 2 где П и П 1 — припуски соответственно на наружной боковой и на торцовой поверхностях, мм. r= Следует избегать формирования глубоких узких канавок и высоких уз* ких гребней как на наружной, так и на внутренней боковых поверхностях. Особенно затруднено оформление уз* ких гребней, расположенных на на* ружной боковой поверхности вблизи торцов колец. Канавки и гребни долж* ны иметь уклоны (выпуски), ограни* ченные минимальным значением уг* ла 7°. Полуоткрытая схема обеспечивает хорошую проработку торцовых по* верхностей и обладает большими воз* можностями формирования сложных профилей за счет обжатия кольцевых полуфабрикатов не только в радиаль* ном, но и в осевом направлении. Закрытая и полузакрытая схемы ха* рактеризуются тем, что объемные от* клонения исходных кольцевых полу* фабрикатов вызывают повышенные отклонения ширины раскатанных ко* РАСКАТКА КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК лец. В ряде случаев для облегчения ка* чественного формирования профиля при небольших коэффициентах сум* марного обжатия (K = 1,3…1,5) преду* сматривается применение так назы* ваемого «ящичного калибра», образуе* мого наружным и внутренним валка* ми, который затрудняет течение ме* талла в осевом направлении, его избы* точный объем образует аксиальные торцовые заусенцы (см. рис. 64), фор* ма и место расположение которых вы* бирается из соображений удобства их удаления при последующей обработ* ке. Торцовые поверхности, а также ка* навки и гребни на боковых поверхно* стях должны иметь выпуски с углами не менее 7°. При разработке чертежа раскатан* ной заготовки назначение диаметров и ширины кольца базируется на припус* ках и допусках, значения которых при* ведены в табл. 15–19. Назначение припусков и допусков обусловлено не только способом рас* 463 катки и габаритами изготовляемой де* тали, но существенно зависят от точно* сти массы и качества исходного полу* фабриката, а также от технологических возможностей используемого кольце* раскатного оборудования. В связи с этим каждая из приведенных таблиц припусков и допусков правомерна для определенного сочетания перечислен* ных факторов. Машины типа КФРВТ, входящие, как правило, в состав поточно*механи* зированных линий модели Л*234, осу* ществляют раскатку, обеспечивая по* стоянство толщины стенки у раскатан* ного кольца вне зависимости от объе* ма (массы) кольцевого полуфабриката. Поэтому при настройке машины объ* емные отклонения кольцевых полу* фабрикатов вызывают рассеяние раз* меров как наружного, так и внутренне* го диаметров у раскатанных колец, обусловливая необходимость их допол* нительной калибровки по одному из диаметров. Операция калибровки, вы* 15. Припуски и допуски колец*, изготовляемых горячей штамповкой на ГКМ и МГА** с последующей открытой раскаткой на машинах типа МГР (размеры, мм) Наружный На наружный диаметр диаметр припуск допуск До 80 На ширину Внутренний На внутренний диаметр припуск допуск диаметр припуск допуск +1,5 До 50 3,0 -1,5 3,0 +1,0 3,0 81…120 3,0 +1,5 3,5 +1,5 51…80 3,0 -2,0 121…150 3,0 +1,5 3,5 +2,0 81…120 3,0 -2,5 151…180 3,5 +1,5 4,0 +2,0 121…150 3,0 -3,0 181…220 4,0 +2,0 4,5 +2,0 151…180 3,5 -3,5 221…250 4,5 +2,0 5,0 +2,5 181…220 4,0 -4,0 251…300 5,0 +2,5 5,5 +3,0 221…250 4,5 -4,5 301…350 5,5 +3,0 6,0 +3,0 251…300 5,0 -5,0 351…400 6,0 +3,5 6,5 +3,5 301…350 5,0 -5,5 401…450 6,5 +4,0 7,0 +3,5 351…400 6,0 -6,0 451…500 7,0 +4,5 7,5 +4,0 – – – * Масса заготовок 0,2…30 кг. ** МГА — многопозиционные горячештамповочные автоматы. Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 464 16. Припуски и допуски колец*, изготовляемых ковкой на молоте с последующей открытой раскаткой на машинах типа МГР (размеры, мм) Ширина Наружный На наружный диаметр или внутрен* припуск допуск ний диаметр До 250 До 60 451…500 +3 8 9 601…700 10 До 250 7 351…400 401…450 451…500 9 501…600 10 601…700 11 До 300 7 301…350 8 351…400 121…240 8 401…450 451…500 9 +4 +4 501…600 11 12 8 +5 9 +5 +3 +4 10 7 8 +6 +4 +5 9 +5 10 +6 +6 11 +7 +4 8 +5 +5 10 601…700 припуск допуск -6 8 301…350 61…120 7 7 501…600 251…300 допуск На внутренний диаметр 7 351…400 401…450 припуск 6 251…300 301…350 На ширину 9 +6 10 +6 11 12 9 10 11 -10 7 -7 8 -8 9 -9 10 11 -10 12 -12 8 -8 9 -9 10 11 +7 -8 12 13 -10 –12 * Масса заготовок до 80 кг. полняемая обжимом или раздачей в штампах, устанавливаемых на криво* шипном прессе, предусмотрена техно* логией изготовления заготовок колец на линии Л*234, а также применяется после открытой раскатки на машинах других типов с целью повышения точ* ности наружного или внутреннего диа* метров раскатанных колец. Значения допусков, указанные в табл. 18, относятся к заготовкам после раскатки и калибровки из кольцевых полуфабрикатов, объемные отклоне* ния у которых не превышают 4 %. По* луфабрикаты с большими объемными отклонениями раскатывать на маши* нах типа КФРВТ нецелесообразно, так как их последующая калибровка затруднительна. С увеличением габаритов и массы колец возрастают технические и тех* нологические трудности обеспечения РАСКАТКА КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК 465 17. Припуски и допуски колец, раскатанных на машинах типа РАВ и ХВ (фирма «СМСВагнерБаннинг», Германия), размеры, мм Ширина Наружный или внутрен* ний диаметр На наружный диаметр припуск На внутренний диаметр допуск припуск допуск На ширину припуск допуск 4,5 ±1,0 5,5 ±1,0 4,5 ±1,0 4,5 ±1,0 5,5 ±1,0 4,5 ±1,0 151…200 5,3 ±1,3 6,3 ±1,3 5,0 ±1,0 До 100 4,5 ±1,0 5,5 ±1,0 4,5 ±1,0 До 100 101…150 До 325 4,8 ±1,3 5,8 ±1,3 4,5 ±1,0 151…200 5,5 ±1,5 6,5 ±1,5 5,0 ±1,0 До 100 4,8 ±1,3 5,8 ±1,3 4,5 ±1,0 5,0 ±1,5 6,0 ±1,5 4,5 ±1,0 101…150 101…150 326…400 401…500 151…200 5,5 ±1,5 6,5 ±1,5 5,0 ±1,0 До 100 6,0 ±1,5 7,0 ±1,5 5,5 ±1,0 6,3 ±1,8 7,3 ±1,8 5,8 ±1,3 6,8 ±1,8 7,8 ±1,8 6,3 ±1,3 6,3 ±1,8 7,3 ±1,8 5,8 ±1,3 7,0 ±2,0 8,0 ±2,0 6,3 ±1,3 7,5 ±2,0 8,5 ±2,0 6,8 ±1,3 101…150 501…600 151…200 До 100 101…150 601…700 150…200 18. Припуски и допуски колец*, изготовляемых открытой раскаткой на машинках типа КФРВТ, входящих в состав линии Л234 (размеры, мм) Наружный или внут* ренний диа метр На наружный диаметр На внутренний диаметр На ширину припуск допуск припуск допуск припуск допуск 3,0 +1,2 3,0 -2,5 3,0 +0,7 181…220 3,5 +1,2 3,5 -3,0 3,5 +0,7 221…250 4,0 +1,5 4,0 -3,5 4,0 +1,0 251…300 4,5 +1,5 4,5 -3,5 4,5 +1,0 121…150 151…180 * Масса заготовок до 7 кг. 19. Припуски и допуски колец, изготовляемых из среднеуглеродистых и легированных сталей полуоткрытой раскаткой (данные фирмы «СКФ Стил», Швеция) Наружный диа* метр кольца, мм Параметр Ширина кольца, мм 120 121…150 151…220 221…300 301…400 D 8+-33 10+-44 11+-45 11+-55 13+-66 Н 7+-22 8+-22 8+-22 9+-33 13+-66 500 466 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Окончание табл. 19 Наружный диа* метр кольца, мм Параметр Ширина кольца, мм 120 121…150 151…220 221…300 301…400 D 9+-33 11+-45 12 +-45 12 +-55 14+-67 Н 8+-22 8+-22 9+-29 10+-33 14+-67 D 10+-34 12 +-45 13+-56 13+-66 15+-77 Н 8+-22 9+-22 9+-22 10+-33 15+-77 D 11+-44 13+-55 14+-66 15+-77 17+-88 Н 9+-22 10+-22 10+-22 11+-33 17+-88 D 14+-45 15+-56 16+-66 18+-88 19+-99 Н 12 +-23 12 +-23 12 +-32 13+-33 19+-99 D 15+-55 16+-66 17+-77 19+-89 21+-910 Н 13+-33 13+-33 13+-33 13+-33 21+-910 501…600 601…750 751…1000 1001…1500 1501…2000 точности геометрических параметров при их раскатке. Вместе с тем, рас* катка, как метод производства круп* ногабаритных кольцевых заготовок (см. табл. 19), становится единствен* но экономически целесообразной как в условиях серийного, так и единич* ного производства. Определение размеров полуфабрика та для раскатки. Раскатка, как прави* ло, производится за один нагрев полу* фабриката. Не исключено, однако, что при раскатке крупногабаритных ко* лец, осуществляемой с большими ко* эффициентами суммарного обжатия, или при использовании кольцераскат* ной машины недостаточной мощно* сти потребуется промежуточный по* догрев полуфабриката. Потери (кг) на угар и окалину в зависимости от при* меняемых средств нагрева определя* ются по формуле q у = G зd у , где коэффициент угара dу принимает* ся по табл. 20; G з — масса заготовки. 20. Значения коэффициентов угара Нагреватель* Наружный диаметр кольца, мм ное устройство До 200 Св. 200 Пламенные печи: мазутные 0,03 0,025 газовые 0,015 0,010 Индукцион* ные установки 0,07 0,005 Ширина полуфабриката B пф на* значается с учетом выбранного спо* соба раскатки. При открытой рас* катке ширина полуфабриката при* нимается равной ширине раскатан* ного кольца: B пф = B з . Полуоткрытая раскатка предпола* гает необходимость проработки тор* цовых поверхностей коническими валками, в связи с этим в процессе раскатки ширина полуфабриката мо* жет быть уменьшена. В ряде случаев РАСКАТКА КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК хорошая проработка торцов обеспечи* вается при равенстве ширины полу* фабриката ширине раскатанной заго* товки за счет естественного уширения. При формировании в процессе полу* открытой раскатки сложных профи* лей иногда приходится прибегать к принудительному обжатию полуфаб* риката в осевом направлении. В этих случаях ширина полуфабриката долж* на превышать ширину раскатанного кольца и ее значение устанавливается экспе риментально. Наружный и внутренний диаметры (мм) полуфабриката под раскатку, имеющего прямоугольную форму се* чения, в общем случае определяют по следующим формулам: D пф = d пф = G зd у prKs з B з G зd у pgs з B з + sз K ; - sз K , где G з — масса раскатанной заготовки, кг; g — плотность металла заготовки; B з — ширина раскатанной заготовки, мм; K — коэффициент суммарного об* жатия; d у — коэффициент угара; s з — толщина стенки кольцевой заготовки после раскатки, мм, определяемая как отношение площади ее сечения к ши* рине B з . Приведенные формулы справедли* вы при определении размеров полу* фабрикатов, имеющих прямоуголь* ную форму сечения для раскатки ко* лец, профиль сечения которых имеет горизонтальную ось симметрии. При определении размеров полуфабрика* тов для раскатки колец с профилем, не имеющим осевой симметрии, следует придерживаться рекомендаций, кото* рые даны выше. Горячая закрытая и полузакрытая раскатка профильных кольцевых заго* товок в данное время не имеет широ* 467 кого распространения. В отечествен* ной практике использование закры* той раскатки ограничено изготовле* нием заготовок колец радиального шарикоподшипника типа 308 (наруж* ный диаметр 90 мм) в условиях круп* носерийного производства на одном из подшипниковых заводов. Полузакрытая раскатка, прошедшая производственное опробование, требу* ет создания и отработки надежной кон* струкции кольцераскатных машин. В обоих случаях успешная реализация схем закрытой и полузакрытой раскат* ки требует особого подхода при выборе метода изготовления и назначения раз* меров полуфабрикатов. Основным тре* бованием является ограничение откло* нений массы в пределах, не превы* шающих 1,5…3,0 %. Не менее важным требованием для этих способов раскат* ки следует считать также отсутствие за* жимов, заштамповок, окалины и дру* гих поверхностных дефектов. Коэффи* циенты суммарного обжатия не долж* ны превышать 1,5…1,6. Выбор кольцераскатной машины. Вы* бор кольцераскатной машины должен основываться на определении силы раскатки. При открытой, а также по* луоткрытой раскатке сила Pр может быть определена на основании расчета средних давлений p1 и p 2 на контакт* ных поверхностях полуфабриката с наружным и внутренним валками. Максимальная сила должна быть приложена к валкам в начале процес* са, когда толщина стенки полуфабри* ката наибольшая. По мере обжатия и уменьшения толщины стенки про* цесс может продолжаться при мень* ших силах. Если же сила остается по* стоянной, то обжатие за каждый обо* рот полуфабриката будет возрастать. Экспериментально установлено, что в подавляющем большинстве случаев для нормально протекающего про* цесса деформирования необходимо, 468 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ чтобы обжатие за один оборот коль* цевого полуфабриката Dh обеспечи* вало относительную деформацию его стенки e ³ (Dh/h)100 = 5…8 %, где h — средняя толщина стенки полу* фабриката, определяемая как отно* шение площади сечения полуфабри* ката к его ширине. Сила, которая должна быть прило* жена к нажимному валку, определяет* ся как произведение среднего давле* ния р на площадь контакта его с раска* тываемым полуфабрикатом. Продоль* ное сечение очага деформации при раскатке характеризуется двумя пока* зателями: h = h / l 2 и a = l 2 / l1 , где h — средняя толщина стенки полу* фабриката, мм; l1 и l 2 — соответствен* но меньшая и большая длина контакта инструмента с раскатываемым полу* фабрикатом, мм. При h ³ 1 средние давления на кон* тактных поверхностях с длинами l1 и l 2 рассчитывают по следующим форму* лам: é 1 æ öù p1 = ê1,25a 0,65 ç ln h + - 0,2 ÷ ú 2 k ; h è øû ë é 1 æ öù p 2 = ê1,25a -0, 35 ç ln h + - 0,2 ÷ ú 2 k . h è øû ë При h < 1 расчет средних давлений производят по формулам: é æ a + 1 2 ah ö a +1 ù p1 = ê1,25ç ln + - 0,2 ÷ ú2 k ; è 2 ah a + 1 ø 2 û ë é æ a + 1 2 ah ö a +1 ù p 2 = ê1,25ç ln + - 0,2 ÷ ú2 k ; è 2 ah a + 1 ø 2a û ë здесь k — напряжение текучести мате* риала на сдвиг; k = s т / 2, где s т — фи* зический предел текучести. Среднюю скорость деформации рас* считывают по формуле e& ср = vDh , l ср h где v принимается равной окружной скорости полуфабриката по его сред* нему диаметру; l ср — средняя длина контакта, l ср = (l1 + l 2 ) / 2. Определение длин контакта l1 и l 2 производят по формулам: l1 = 2 Dh a ;l = 1 1 a +1 2 r1 rв 2 Dh 1 . 1 1 a +1 + rн r2 1 1 r1 rв , где r1 и r2 — ра* Здесь a = 1 1 + rн r2 диусы соответственно внутреннего и наружного валков; rв и rн — внутрен* ний и наружный радиусы кольца. Сила раскатки Pр = p1l1 B пф = p 2 l 2 B пф . Примеры компоновочных схем коль цераскатных машин. В условиях круп* носерийного производства при не* больших габаритах колец, получаемых штамповкой и имеющих объемные от* клонения в пределах 1,5…3,0 %, эконо* мически оправданным является при* менение закрытой и полузакрытой рас* катки на узкоспециализированных ма* шинах, включаемых в состав автомати* ческих линий. Во всех остальных слу* чаях наиболее целесообразным являет* ся применение кольцераскатных ма* шин открытого и полуоткрытого типа. При крупносерийном производстве колец диаметром 120…150 мм, осущест* вляемом на специализированных по* точно*механизированных линиях, ма* шины открытой раскатки типа КФРВТ, РАСКАТКА КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК КФРВМ и машины полуоткрытой рас* катки типов КФРАВМ и РИА (табл. 21 и 22), включаемые в состав таких ли* ний, равноценны. Для производства 469 кольцевых заготовок более крупных размеров преимущества полуоткрытой раскатки возрастают по мере увеличе* ния габаритов и массы колец. 21. Эксплуатационные характеристики отечественных кольцераскатных машин Параметры раскатанных колец Модель машины Производи* Максимальная Ширина, мм Наружный Масса, тельность, сила нажим* шт/ч ного валка, кН диаметр, мм Не более кг Примечание Открытая раскатка МГР*250 80…250 60 5 250…270 60 РМ*300 151…300 120 30 58…110 300 Ручное обслужива* ние Полуоткрытая раскатка КПС*250 141…300 40…100 14 120…300 300 Д*244 201…700 150 120 80…100 300 КФРВТ*400 121…300 60 8 200…700 – КПС*350 151…350 100 4 150…300 – КПС*1000 251…1500 300 350 20…40 1000 Автоматическая за* грузка и разгрузка Ручное обслужива* ние Закрытая раскатка АО730 41…60 30 0,3 400…600 1000 407940 91…100 25 0,5 300…400 70 Автоматическая за* грузка и разгрузка 22. Эксплуатационные характеристики кольцераскатных машин, выпускаемых за рубежом Модель машины (фирма, страна) Параметр раскатанных колец Наружный Ширина, Масса, кг, диаметр, мм мм не более Производи* тельность, шт/ч Максимальная сила нажимного валка*, кН Открытая раскатка УЕЛ*85 (Чехия) 53…80 10…30 0,4 До 3000 – УЕЛ*160 (Чехия) 81…160 До 40 3,0 До 900 – КФРВМ*630 («СМС*Ваг* нер*Баннинг», Германия) 151…350 До 80 18,0 – 160 Полуоткрытая раскатка КФРАВМ*630 («СМС*Ваг* нер*Баннинг», Германия) 151…350 До 120 18,0 – 160 (120) КФРАВМ*800 («СМС*Ваг* нер*Баннинг», Германия) 251…500 До 160 40,0 – 320 (250) РИА 20/16 («СМС*Ваг* нер*Баннинг», Германия) 121…500 20…160 – – 200 (160) 470 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Окончание табл. 22 Модель машины (фирма, страна) Параметр раскатанных колец Наружный Ширина, Масса, кг, диаметр, мм мм не более Производи* тельность, шт/ч Максимальная сила нажимного валка*, кН РАВ 25/20 («СМС*Ваг* нер*Баннинг», Германия) 401…800 30…170 160,0 40…60 250 (200) РАВ 125/100 («СМС*Ваг* нер*Баннинг», Германия) 801…3000 50…580 3150 8…25 1250 (1000) РАВ 200/125 («СМС*Ваг* нер*Баннинг», Германия) 1001…5000 50…740 6300 – 2000 (1250) РАВ 315/200 («СМС*Ваг* нер*Баннинг», Германия) 1001…6000 60…870 10 000 – 3150 (2000) РАВ 500/315 («СМС*Ваг* нер*Баннинг», Германия) 1501…7000 100…1160 12 500 – 5000 (3150) УРВА 100С («Бад Дюбен», Германия) 120 43 – – 200 УРВА 130Л («Бад Дюбен», Германия) 130 43 – – 200 УРВА 160 («Бад Дюбен», Германия) 160 80 – – 630 УРВА 210 («Бад Дюбен», Германия) 210 80 – – 630 УРВА 250 («Бад Дюбен», Германия) 250 80 – – 800 * Без скобок приведены значения радиальной силы, в скобках — аксиальной. П р и м е ч а н и е. «Вагнер*Баннинг» является отделением фирмы SMS Eumuco . На рис. 66 представлена компо* новочная схема кольцераскатной машины открытой раскатки типа КФРВТ, а на рис. 67 — полностью автоматической машины полуот* крытой раскатки типа КФРАВМ. Последние наряду с автоматизаци* ей загрузки полуфабрикатами и раз* Рис. 66. Компоновочная схема кольцерас каткой машины типа КФРВТ: 1 — приводной вращающийся стол; 2 — приводной наружный валок; 3 — четыре холостых внутренних валка; 4 — раскаты* ваемый кольцевой полуфабрикат; 5 — че* тыре направляющие валка; 6 — непод* вижный копир, управляющий перемеще* нием направляющих валков РАСКАТКА КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК 471 Рис. 67. Компоновочная схема кольцераскатного автомата типа КФРАВМ: 1 — станина; 2 — наружный нажимной валок; 3 — вращающийся приводной стол; 4 — четыре хо* лостых внутренних валка; 5 — направляющий валок; 6 — контрольный ролик; 7 — торцовые валки грузки раскатанных заготовок включа* ют систему ЧПУ, обеспечивающую со* блюдение оптимального режима обжа* тия как в радиальном, так и в аксиаль* ном направлениях в течение всего про* цесса раскатки. Система ЧПУ обеспе* 472 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 68. Диаграмма оптимального режима обжатий полуфабриката при раскатке чивает также отключение нажимных механизмов при достижении кольцом заданного наружного, внутреннего или среднего диаметра. В последнем случае это значит, что избыточный объем по* луфабриката равномерно распределя* ется между наружным и внутренним диаметрами кольцевой заготовки. На рис. 68 приведена диаграмма оп* тимального режима обжатия при рас* катке, реализуемая с помощью ЧПУ. В течение первого периода сила раскатки Pр интенсивно возрастает до некоторо* го заранее установленного максимума Pр max и остается постоянным, пока не будет достигнута заданная скорость роста диаметра кольца, поддерживае* мая затем постоянной. В связи с умень* шением поперечного сечения кольца во втором периоде автоматически снижа* ется сила раскатки. На стадии подготов* ки к от ключению, начало которой уста* навливается заранее, назначается пред* варительно выбранная уменьшенная скорость роста диаметра кольца. Это ав* томатически обусловливает дальнейшее снижение силы раскатки в третьем пе* риоде. Процесс раскатки прекращается после короткого, предварительно вы* бранного четвертого периода — «выха* живания»; скорость роста диаметра кольца перед достижением заданного размера при этом еще раз уменьшается. На рис. 69 приведена компоновоч* ная схема автоматической линии для крупносерийного производства кольце* вых заготовок диаметром 200… 350 мм, комплектуемая кольцераскатными ма* шинами типа КФВМ, КФРАВМ или РИА. Рис. 69. Компоновка автоматической линии для крупносерийного производства кольцевых заготовок: 1 — стеллаж для прутков; 2 — индукционная нагревательная установка проходного типа; 3 — специализированный кривошипный пресс с боковым ползуном 4 для резки прутков на мерные заготовки и штамповки кольцевых полуфабрика тов; 5 — две кольцераскатные машины типа КФРВМ или КФРАВМ; 6 — пульт управления нагревательной установкой и прессом; 7 — пульт управления кольцераскатными машинами НАКАТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ЗВЕЗДОЧЕК 473 Рис. 70. Схема кольцераскатной машины для полуоткрытой раскатки типа РАВ: 1 — гидравлический привод нажимного механизма; 2 — накидная опора внутреннего валка; 3 — наружный приводной и нажимной валок; 4 — раскатываемый полуфабрикат; 5 — внутренний холостой валок; 6 — нижний приводной торцовый валок; 7 — верхний нажимной торцовый ва* лок; 8 — измерительное и отключающее устройство; 9 — гидропривод осевого перемещения внутреннего валка для загрузки полуфабрикатов Производительность таких линий определяется производительностью комплектующих их кольцераскатных машин и в зависимости от габаритов и массы раскатываемых заготовок составляет 200…600 шт/ч. На рис. 70 приведена компоновоч* ная схема кольцераскатных машин типа РАВ, применяемых для изготовления кольцевых заготовок крупных размеров (диаметром 400…7000 мм). Машинами этого типа комплектуют специализиро* ванные участки или цеха поточного производства при высокой степени ме* ханизации основных и вспомогатель* ных операций. 8. НАКАТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ЗВЕЗДОЧЕК Технологический процесс. Накатыва* ние (накатку) применяют как оконча* тельную операцию обработки зубчатого венца при производстве зубчатых колес 15…16*го квалитетов точности с моду* лем не более 4 мм и звездочек для цеп* ных передач до 7*го квалитета точности. Во всех остальных случаях зубчатые ко* леса накатывают с припуском по конту* ру зуба под чистовую обработку. При изготовлении методами нака* тывания экономится 15…30 % металла, трудоемкость процесса уменьшается в 2–5 раз, сопротивление усталости вы* ше на 15…20 %, прочность при изги* бе — на 20…40 %. Различными спосо* бами накатывания изготовляют сле* дующие изделия: 1) цилиндрические прямозубые и косозубые колеса с модулем 1,5…3 мм и диаметром до 250 мм; накатывание при осевой подаче заготовки для колес 7*го квалитета точности как оконча* тельная операция и как предваритель* ная для более точных колес; 2) цилиндрические прямозубые и косозубые колеса с модулем 3…6 мм; накатывание при радиальной подаче валков обработанной заготовки (окон* чательная операция); 3) цилиндрические прямозубые и косозубые колеса с модулем более 474 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 71. Схема накатывания шестерни с осевой подачей заготовки: 1 — заготовка; 2 — эталонная шестерня; 3 — индуктор 6 мм; накатывание при радиальной подаче валков штампованной заготов* ки (предварительная операция); 4) конические прямозубые и спи* ральные зубчатые колеса с модулем 5…12 мм; накатывание при подаче валка по нормали к начальному кону* су (предварительная операция); 5) звездочки для цепных передач с шагом до 24,5 мм; накатывание при ра* диальной подаче валков как оконча* тельная операция для колес 7*го квали* тета точности; 6) зубчатые колеса с внутренним за* цеплением с модулем 3…6 мм; накаты* вание в матрице при радиальной пода* че внутреннего валка (предварительная операция). На рис. 71 показана схема накаты* вания шестерни с осевой подачей заго* товки. Сущность метода заключается в проталкивании нанизанных на стер* жень заготовок и зажатых гидравличе* ским устройством между двумя вра* щающимися зубчатыми колесами — инструментами, установленными на определенное межцентровое расстоя* ние. Заготовки перед прокаткой нагре* вают в кольцевом индукторе. Заборной конической частью валков осуществ* ляется в основном деформация заго* товки и образование зубьев, а цилинд* Рис. 72. Схемы накатывания зубчатых колес с радиальной подачей валков: 1 — заготовка; 2 — центрирующие конусы; 3 — гладкие валки рической частью — их калибровка. В процессе прокатки на валки подается смазочный материал. При накатывании шестерни с ради* альной подачей валков (рис. 72) тех* нологический процесс накатывания осуществляется двумя парами валков, из которых одна пара зубчатые, вто* рая — гладкие. Зубчатый и гладкий ва* лок насажены на общий вал так, что зубчатый валок находится выше глад* кого. Заготовку зажимают гидрав ли* ческим устройством и располагают на* против гладких валков. После нагрева заготовки секторным индуктором вал* ки сближают и производят обкатку обода, придавая ему точные размеры по диаметру и ширине. Одновременно на наружной сторо* не обода накатывают желобок со стре* лой прогиба, зависящей от модуля и ширины накатываемых колес (для ко* лес с модулем 5…10 мм прогиб состав* ляет 0,5…2 мм). Это способствует луч* шему заполнению вершин зубьев по НАКАТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ЗВЕЗДОЧЕК торцам при накатке. Далее валки раз* водят, заготовку с помощью гидравли* ческого устройства устанавливают на* против зубчатых валков, после чего на ней производят накатку зубьев. При прокатке на валки подается смазочный материал. Реборды валков препятству* ют вытеканию металла в торцы заго* товки во время прокатки и накатки. Изготовление цилиндрических пря* мозубых и косозубых колес с модулем 1,5…3 мм и диаметром до 250 мм осуще* ствляется накатыванием с осевой пода* чей заготовки. В качестве заготовок ис* пользуют поковки (штамповки) или от* резанные от прутка дисковые заготовки. В обоих случаях заготовки перед нака* тыванием подвергают предварительной обработке по наружному диаметру, тор* цам и посадочному отверстию. Обработанные заготовки собирают на гладкой цилиндрической оправке, по 5…8 шт, устанавливают и зажимают в главном суппорте зубопрокатного стана. Затем заготовки перемещают в позицию нагрева до тех пор, пока их верхний то* рец не совместится с верхним торцом индуктора; после чего их движение пре* кращается, включаются нагрев и привод валков. Через 5…8 с верхняя заготовка нагревается до температуры накатыва* ния (1000…1100 °С) и вновь включается механизм перемещения, обеспечиваю* щий непрерывное движение стопки за* готовок через индуктор и валки. Скорость перемещения подбирают так, чтобы при прохождении заготовки через индуктор обеспечивался ее на* грев до заданной температуры. Обыч* но скорость перемещения составляет 4…8 мм/с. После выхода из валков за* готовки снимают со стана, разбирают и помещают в специальные термостаты для медленного остывания. Дальнейшая обработка резанием накатанных колес заключается в окон* чательном растачивании посадочного отверстия, снятии фасок, зачистке за* 475 усенцев и протягивании шпоночного паза. Точность накатанных таким об* разом колес лежит в пределах 7*го квалитета точности. Для изготовления цилиндрических прямозубых колес с модулем 6…10 мм и диаметрами 150…800 мм используют поковку с допусками, соответствующи* ми 7*му квалитету точности. Поковка подается на стан, минуя отжиг и очист* ку. При накатывании за установочную базу принимают поверхность заготовки. После накатывания зубьев наружный диаметр накатанной заготовки исполь* зуют как базу для первой операции об* работки резанием. Точность накатанно* го зубчатого венца заготовки достаточ* но высока и обработка резанием нака* танной заготовки в основном сводится к получению базового отверстия. Опти* мальный припуск по боковым сторонам зубьев для чистовой обработки, опреде* ленный экспериментально, составляет 0,814 мм на сторону. Для обеспечения минимального биения зубчатого венца предваритель* ную обработку базового отверстия раз* деляют на две операции: 1) заготовку ус* танавливают по наружному диаметру зубчатого венца, после чего зенкуют от* верстие; 2) базовое отверстие растачи* вают резцом под протягивание. Затем деталь протягивают по внутреннему диаметру, после чего обрабатывают на* ружный контур. После токарной обра* ботки шлицевое о тверстие еще раз ка* либруют чистовым протягиванием, подрезают торцы, фрезеруют зубья шес* терни, подвергают их шевингованию. Затем следует термическая обработка и окончательное шлифование отверстия. Для накатывания звездочек для втулочно*роликовых цепей с шагом 25,4 мм используют заготовки двух ти* пов: штампованные со ступицей и плоские, вырезанные из листа. Базой при накатывании служит центральное отверстие. Процесс накатки заключа* 476 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ ется в установке по внутреннему от* верстию на гладкой оправке заготов* ки, ее зажиме, нагреве по периферии на глубину 20 мм до 1100 °С. Нагретая заготовка передается в зуб* чатые валки и накатывается в них при скорости подачи валков 4 мм/с и часто* те вращения 60 мин-1. После прекраще* ния подачи выполняют калибровку за* готовки в валках (за 3–5 оборотов). При изготовлении заготовок из листа его толщину выбирают на 4…5 мм меньше, чем для заготовок, предназначенных к нарезанию. Торцы заготовок перед на* катыванием не обрабатывают. Внутрен* нее отвер стие предварительно растачи* вают с припуском для дальнейшей об* работки резанием, которую осуществ* ляют после накатывания. За базу при этой обработке принимают диаметр впадин накатанной заготовки. Типовой технологический процесс изготовления конических колес с ис* пользованием накатки осуществляет* ся в следующей последовательности: обрезка заготовки под штамповку, штамповка, прошивка отверстия, об* резка заусенца, нормализация и от* пуск, нагрев заготовки и накатывание зубьев, высокий отпуск колес, токар* ная обработка, окончательное нареза* ние зубьев, снятие фасок, цементация, закалка, шлифование посадочного от* верстия. Обработку базового торца и посадочного отверстия заготовок по* сле накатывания осуществляют при базировании на зубья. Прокатка внутренних зубьев осуще* ствляется зубчатым валком, помещен* ным внутри заготовки, которая нахо* дится в матрице. Заготовке и инстру* менту сообщают принудительное вра* щение с частотой, соответствующей передаточному отношению между вал* ками и прокатываемой шестерней, за* тем осуществляется рабочая подача уз* ла заготовки к инструменту. Нагрев внутренней поверхности заготовки до температуры прокатки и подогрев ее в процессе прокатки зубьев осуществля* ется секторным высокочастотным ин* дуктором, находящимся, как и инстру* мент, внутри заготовки. Прокатка внутренних зубьев, так же, как и на* ружных, осуществляется в две опера* ции: обкатка и накатка зубьев. Процесс прокатки внутренних зубьев на стане заменяет обработку (обточку) заготов* ки по наружному диаметру, торцам и предварительное зубодолбление. При* пуск на чистовое зубодолбление со* ставляет 0,1…0,15 мм на сторону зуба. Более экономичным является про* цесс формирования зубьев методами холодной прокатки. При этом необхо* димость в последующем шевингова* нии или фрезеровании отпадает. Бла* годаря наклепу прочность зубьев в этом случае повышается. Методы холодной прокатки зубьев основаны на использовании продоль* ной прокатки зубьев роликами. Наи* более эффективен этот способ для из* готовления зубчатых колес с числом зубьев 6…30 и модулем 1,5…5 мм. Нагрев заготовок. Особенностью на* грева заготовок под накатывание тока* ми высокой частоты является необхо* димость создания высокой температу* ры только в зоне деформации. При этом исключительно важным является поддержание низкой температуры в недеформируемой части заготовки, что обеспечивает сохранение ее жесткости. Не менее важна также стабильность температурного интервала процесса деформации, так как изменение темпе* ратуры конца накатывания влияет не только на силовые параметры процес* са, но и на точность элементов зацеп* ления накатанного колеса. При прутковом способе накатыва* ния заготовки нагрев осуществляют ци* линдрическим индуктором, при этом глубину нагрева заготовки до темпера* туры деформации принимают равной НАКАТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ЗВЕЗДОЧЕК примерно двум модулям, так как про* цесс накатывания при радиальной по* даче накатников осуществляется мед* леннее, чем при осевой, заготовка на* гревается на бульшую глубину, чем это необходимо для деформации. В этом способе накатывания применяют, как правило, комбинированный нагрев, при котором заготовку предварительно нагревают с помощью кольцевого или секторного индуктора до необходимой температуры, после чего эта температу* ра поверхности заготовки поддержива* ется в процессе накатывания дополни* тельным секторным индуктором. 23. Рекомендуемая частота тока индуктора при нагреве заготовок Высота зуба Глубина проник* Рекомендуе* накатываемо* новения тока в мая частота го колеса, см заготовку, см тока, Гц До 0,33 До 0,4 8000 0,8…1,0 1,1 2500 1,0…1,4 1,5 1000 Рациональную частоту тока индук* тора при нагреве заготовок в зависи* мости от высоты зуба и глубины про* никновения тока в заготовку можно определить по табл. 23. Выбор размеров заготовки. При про* ектировании процесса накатки необ* ходимо определить: размеры заготов* ки, размеры накатных валков, окруж* ную скорость накатных валков, вели* чину подачи валков, силу на валках, крутящий момент на валках. Размеры заготовки под накатку зуб* чатых колес назначают исходя из сохра* нения равенства объемов металла, пере* мещаемого из впадин в головки зубьев. На рис. 73 представлен график для оп* ределения наружного диаметра заготов* ки. По оси ординат отложено отноше* ние радиуса заготовки, необходимое для правильного заполнения зубьев, к дели* тельному радиусу накатываемого коле* 477 Рис. 73. График для определения диаметра за готовки под накатку зубчатых колес са; по оси абсцисс — значение коэффи* циента x, характеризующего отношение высоты зуба к модулю. Диаметр заго* товки (мм) можно также определить по следующей формуле: d з = d0 - 0,14 m, где d0 — диаметр начальной окружно* сти, мм; m — модуль, мм. Наружный диаметр заготовок при накатывании зубьев с зацеплением Но* викова: – для заготовки шестерни d з.ш = d д.ш +1,08m; – для заготовки колеса d з.к = d д.к -1,2 m, где d д.ш и d д.к — делительные диамет* ры соответственно шестерни и колеса. Форма зубьев зубчатых передач с исходным контуром «Урал*2Н» оди* накова как для шестерни, так и для ко* леса. Наружный диаметр заготовок для них, подсчитанный по приведен* ной выше методике, равен d з = d д - 0,08m. Приведенные формулы получены при условии, что во время накатывания осевое течение металла заготовки отсут* Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 478 ствует, а припуск на обработку резани* ем равен нулю. В действительности, при штучном способе накатывания преду* смотрено некоторое увеличение шири* ны заготовки и обязательно дается при* пуск на чистовую обработку зубьев. Припуск на чистовую обработку зубьев следует назначать с учетом спо* собов накатывания, обработки реза* нием и выбранного оборудования. Припуск по профилю для чистового фрезерования в основном зависит от накопленной погрешности окружного шага, имеющейся на накатанной заго* товке, метода базирования при обра* ботке отверстия и торца и способа ус* тановки заготовки относительно инст* румента на зубофрезерном станке. В табл. 24 приведены значения накоп* ленной погрешности окружного шага для разных случаев накатывания зуб* чатых колес и припусков, принятых в практике заводов, применяющих на* катывание взамен операции черново* го фрезерования зубьев. Поправка на увеличение наружного диаметра заготовки с учетом ее ушире* ния должна составлять 0,25 мм. Накатывание зубьев звездочек цеп* ных передач, как правило, осуществ* ляют штучным способом. В отличие от накатывания зубьев колес образова* ние профиля при накатывании звездо* чек происходит в основном благодаря уширению заготовки. Такой характер деформации позво* ляет применять для накатывания заго* товки, толщина которых значительно меньше толщины накатываемого зуб* чатого венца. Одновременно с нака* тыванием венца выполняют закругл ение торцовых поверхностей зубьев; при этом большая часть металла также расходуется на уширение заготовки. Поэтому при определении наружного диаметра необходимо знать толщину исходной заготовки и толщину нака* танного зубчатого венца. График для определения диаметра заготовки звез* дочки в зависимости от ее исходной ширины и размеров готовой звездочки представлен на рис. 74. Рис. 74. График для определения диаметра за готовки звездочки 24. Значения накопленной погрешности окружного шага в зависимости от способа накатывания Способ накатывания Модуль, мм Число зубьев Накопленная погрешность Припуск на тол* окружного шага, мм щину зуба, мм С осевой подачей заготовки 1,5 15…60 0,04…0,1 0,2…0,3 3 15…50 0,08…0,15 0,3…0,5 С радиальной подачей (обра* ботанная заготовка) 3 15…60 0,2…0,3 0,3…0,6 5 15…50 0,3…0,5 0,5…0,9 С радиальной подачей валков 6 20…40 0,4…0,6 1,6…2 (штампованная заготовка) 8 20…30 0,4…0,8 1,6…2 С радиальной подачей валков 14,5 15…30 0,04…0,08 – (звездочки) 24,5 15…30 0,06…0,1 – Конические зубчатые колеса 10 30…40 0,05…0,07 0,5 НАКАТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ЗВЕЗДОЧЕК Рис. 75. График для выбора скорости подачи и окружной скорости накатников при различных значениях обжатий Dh Режимы накатывания. К режимам накатывания относят окружную ско* рость накатников и скорость их сбли* жения при радиальном способе нака* тывания или скорость перемещения заготовки при осевом способе накаты* вания. Эти режимы обусловливают как производительность процесса, так и точность накатанных зубьев и их ка* чество. Важен не только выбор абсо* лютных величин этих параметров, но и правильное соотношение между ни* ми, которое характеризуется степенью обжатия Dh. На рис. 75 представлены графики, позволяющие установить зависимости для выбора скорости подачи S в и ок* ружной скорости накатников v при раз* личных значениях степени обжатия Dh. Оптимальные режимы горячего на* катывания прутковым (осевым) спосо* бом подбирают с учетом обеспечения нагрева поверхности заготовки при ее прохождении через индуктор. Поэтому сначала определяют осевую скорость подачи заготовки, при которой поверх* ность нагревается на заданную темпе* ратуру и глубину, затем подбирают час* тоту вращения накатников. Исходя из опыта эксплуатации зубонакатного оборудования для шестерен с модулем 1,5…3 мм и диаметром 24…200 мм ре* 479 комендуемые значения скорости осе* вой подачи 5…15 мм/с, окружной ско* рости накатников 0,5…0,7 м/с. Калибровка накатников. В процессе накатывания размеры зубьев и их про* филь определяются размерами и про* филем зубьев накатников и межцен* тровым расстоянием, при котором за* канчивается этот процесс. Кинематика процесса накатывания зубчатых колес аналогична кинемати* ке процесса нарезания их долбяком на зубодолбежном станке. Поэтому заце* пление накатника с заготовкой имеет все элементы станочного зацепления долбяка с заготовкой. Размеры зубьев, получаемые в процессе накатывания, можно определить по формулам, при* меняемым в теории эвольвентного за* цепления. Толщина зуба горячего колеса по делительной окружности ép ù s ¢ = m ê + ( z н + z к )(inva н - inva 0 ) ú. 2 ë û Ширина впадины по делительной окружности соответственно равна ép ù u ¢ = m ê - ( z н + z к )(inva н - inva 0 ) ú, ë2 û где m — модуль зацепления; z н и z к — числа зубьев соответственно накатни* ка и заготовки; inva н , inva 0 — инва* лютные функции угла зацепления при накатывании; inva н = inva 0 + 2 tga 0 xк +xн , zн +zк где x н и x к — коэффициенты смеще* ния исходного контура соответствен* но накатника и заготовки. Высота зуба на колесе будет равна высоте зуба накатника: h к¢ = h н . 480 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Размеры колеса, полученные в ре* зультате охлаждения: m; d д.к ; h к ; s д.к будут связаны с размерами горячего колеса зависимостью L= L¢ , 1 + at к где L — размер заготовки в холодном состоянии; L ¢ — соответствующий размер заготовки в горячем состоя* нии; a — термический коэффициент линейного расширения; t к — темпера* тура нагрева заготовки. Накатывание заготовки в горячем состоянии некорригированным на* катником при межцентровом расстоя* нии A = 1 / 2[m( z н + z к )] не обеспечи* вает предусмотренных ГОСТом раз* меров у холодных накатанных колес. Вследствие того, что шаг накатанных зубчатых колес по основной окружно* сти отличается от шага накатников, нарезанных нормальным инструмен* том, правильное их зацепление с коле* сами нормального ряда невозможно. В этом случае рекомендуется выполнять накатывание при нормальном меж* центровом расстоянии накатником с нестандартным углом профиля, опре* деляемым по формуле: cos a д = cos a 0 1 + at н , 1 + at к или с нестандартным модулем 1 + at к , mн = m 1 + at н где a д — угол профиля на делительной окружности, tн, tк — соответственно начальная и конечная температура за* готовки. При накатывании зубьев корриги* рованных колес размеры инструмента рассчитывают по принятой в теории эвольвентного зацепления методике. Более простым способом накаты* вания, не требующим сложного кор* ригиро вания инструмента, является выбор соответствующего межцентро* вого расстояния при накатывании зубьев нулевых и корригированных зубчатых колес. В этом случае основные размеры накатника определяют по следующим формулам. Делительный радиус накатника r д.н = mz н . 2 Толщина зуба на начальной окруж* ности sн = pm 1 + at к . 2 1 + at н Высота зуба накатника h н = 2,2 m 1 + at к . 1 + at н Диаметр выступов накатника D е.н = m( z н + 2,4 ) 1 + at к . 1 + at н Диаметр впадины накатника D в.н = m( z н - 2 ) 1 + at к . 1 + at н Основной шаг накатника t0 = pm cos a 0 . Накатывание зубьев колес со стан* дартными размерами можно выпол* нять накатником, нарезанным нор* мальным инструментом, корригиро* вание которого заключается в увели* чении высоты зуба и уменьшении его толщины. Необходимость такой кор* рекции накатников возникает в про* цессе накатывания при радиальной подаче инструмента. НАКАТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ЗВЕЗДОЧЕК Поправка на высоту зуба накатника Dh = h к a(t н - t к ) . 1 + at н Поправка на толщину зуба накатника Ds = s д.к a(t н - t к ) . 1 + at н Предельные коэффициенты смеще* ния, исходя из возможности изготовле* ния накатников без подрезания или среза зубьев, определяют из формулы zн = 34 (c ¢н + 1) , 17x ¢к tgb + 2 где c ¢н = c н + c с — коэффициент высо* ты зуба (c н — коэффициент ножки ко* леса; c с — коэффициент зазора). При заданном числе зубьев накатываемого колеса и фактическом коэффициенте коррекции по последней формуле можно определить минимальное число зубьев накатника, при котором явле* ние подрезания будет отсутствовать. Срез головок зубьев накатника, приво* дящий к заострению вершин или уменьшению высоты зубьев, может возникать при накатывании зубьев ко* лес с положительным коэффициентом коррекции. Угол заострения может быть определен по инвалюте угла: inva x = inva 0 + pi + 2 tga 0 (x ¢к z к tgb2 ic н ) . 2z к Угол заострения a x должен быть больше угла давления в точке профиля на вершине зубьев накатника a R , ко* торый определяют по формуле cos a R = cos a 0 , 1 + x ¢к tgb где b — угол наклона прямой к оси (см. рис. 73). Конструкция и технология изготов ления накатного инструмента. В ком* 481 плект рабочего инструмента для ради* ального накатывания крупномодуль* ных эвольвентных зубчатых колес вхо* дят гладкие обкатные валки и зубча* тые накатники с ограничительными ребордами, устанавливаемые или не* посредственно на опору, или на про* межуточную оправку. Нарезание зубь* ев накатников выполняют на обычных зубофрезерных станках. После нареза* ния зубьев накатники закаливают до твердости 48…52 HRC, а затем шлифу* ют по всем поверхностям. Инструмент для пруткового способа накатывания представляет собой зубча* тое колесо с двумя заходными участка* ми со стороны торцов и калибрующей частью в середине. На заходном участке со стороны переднего торца осуществ* ляется основное пластическое дефор* мирование. Калибрующая часть служит для окончательного оформления про* филя накатываемого колеса, второй за* ходной участок — для выхода зубчатого колеса. Угол заборного конуса при го* рячем накатывании составляет 10…13°, при холодном накатывании в зависимо* сти от материала колес 5…15°. Для накатывания зубьев колес с за* цеплением Новикова применяют две пары накатников. Передачи с единым исходным контуром (заполюсное за* цепление) накатывают двумя парами накатников — делительными и калиб* ровочными. Первые имеют ограничи* тельные реборды. Нарезание зубьев делительных накатников осуществля* ют специальной дисковой фрезой ме* тодом единичного деления. Для накат* ки колес с исходным контуром «Урал* 2Н» (дозаполюсное зацепление) при* меняют только делительные накатни* ки. Эти накатники рассчитывают из условия правильного деления и наре* зают дисковой фрезой методом еди* ничного деления. Зубья накатников для изготовления звездочек изготовляют методом обкат* 482 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ ки долбяком с размерами зубьев нака* тываемой звездочки. В качестве материала для изготовле* ния накатников рекомендуются стали марок 50Х6ВФМ и 55Х6ВС3МФ. Сталь 55Х6ВС3МФ рекомендуется для изго* товления накатников горячего накаты* вания. К особенностям технологического процесса изготовления зубонакатного инструмента относятся операции полу* чения поковок, а также термической об* работки, так как несоблюдение режимов обработки на этих операциях приводит к снижению стойкостных показателей ра* боты инструмента. Нагрев заготовок под ковку ведут постепенно до 800…850 °С, после чего следует быстрый нагрев до 1050…1100 °С. Температура начала ков* ки должна быть 1050…1100 °С, темпера* тура конца ковки 850…900 °С. Для отжи* га накатников применяют камерные или муфельные печи. До выполнения термической обра* ботки закалки и отпуска, заготовки накатников подвергают предваритель* ному обтачиванию, во время которого снимают основной припуск металла, оставленный при получении поковки. Заготовки под закалку нагревают сту* пенчато в соляных ваннах при темпе* ратуре от 300…400 °С до 800…850 °С. Окончательный нагрев заготовки под закалку осуществляют при 1000… 1020 °С в хлорбариевой ванне. Отпуск проводят при 490…520 °С в селитровой ванне. Отпуск при 350…370 °С осуще* ствляют в ванне (расплав натриевой селитры и нитрита натрия в соотноше* нии 1 : 1), а также в электрической ка* мерной печи. Чтобы придать стали 50Х6ВФМ свойства, необходимые для инструмента, применяемого при горя* чем пластическом деформировании (высокой твердости, теплостойкости, высоких механических свойств и др.), ее надо закаливать от температуры по* рядка 1060 °С. Накатники, предназначенные для изготовления шестерен с 15*м квалите* том точности и ниже, как правило, не шлифуют по профилю, а доводят на зу* бофрезерных станках. Требуемых па* раметров шероховатости поверхностей профиля зубьев достигают полирова* нием с применением необходимых аб* разивных паст. Зубонакатный инстру* мент с 10*м квалитетом точности и вы* ше изготавливают в три этапа. Финиш* ные операции делятся на получистовые и чистовые, а также предусматривается дополнительная операция старения. Полирование всего профиля зубьев применяют для накатников любого квалитета точности. Сила и крутящий момент на валки. При радиальной накатке силу на вал* ки с учетом увеличения давления на накатники от наличия ограничитель* ных реборд подсчитывают по формуле P = 1,1 Bp ср m(1,84 + 3,1 f ). Составляющие общей силы, дейст* вующей на накатники в заборной час* ти при осевой накатке, определяют по следующим формулам: Px = p ср m 2 ´ tgb ´[1,26( f tgb + 1) + 0,6 f sin b + 0,28]; Py = p ср m 2 tgb [1,26( f + tgb) + 0,68 f cos b]. Добавочную радиальную силу при осевой накатке в зависимости от дли* ны калибрующего участка L к накат* ника определяют по формуле Pк = 15mL к p ср . Добавочная осевая сила Pк.о = 3mL к p ср . НАКАТКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ЗВЕЗДОЧЕК Накатывание зубчатых изделий на ста* нах выполняют с применением нагрева заготовок токами высокой частоты (ТВЧ). Станы полностью автоматизи* рованы, обеспечивают высокую произ* водительность процесса накатывания и хорошее качество зубчатых колес. Основной характеристикой станов является максимальное произведение модуля на ширину зубчатого венца изготовляемых колес. Основные технические характери* стики станов для накатывания цилин* дрических зубчатых колес приведены в табл. 25. Технические характеристи* ки станов для прокатки звездочек и для холодной прокатки зубчатых колес приведены в табл. 26 и 27. Крутящий момент на валки при осе* вой накатке M = 1,67 p ср m 2 (1 + i )(1,84 + 3,1 f ) i 483 . В приведенных формулах p ср — среднее контактное давл ение, прини* маемое равным s s ; f — коэффициент трения, f = 0,15…0,2. Оборудование для накатывания зуб чатых колес и звездочек. Разработанные в настоящее время зубопрокатные ста* ны типа ЭПС обеспечивают накатыва* ние зубчатых колес с модулем 1,5…8 мм и диаметром до 600 мм. На базе этих станов создано оборудование для нака* тывания звездочек цепных передач. 25. Технические характеристики станов для накатывания зубчатых колес Параметр Модель стана ЗПС*350 ЗПС*350*2М ЗПС*450 ЗПС*1250 ЗПС*1700 Размеры прокатываемых колес, мм: диаметр 120…320 200…300 300…600 400…700 190…1000 ширина, не более 55 70 80 120 160 модуль, не более 9 9 10 10 15 главного привода 40 45 100 236 200 генератора ТВЧ 250 – 500 – – Мощность, кВт: Габаритные размеры, м 5´2,3´2,8 10,1´7,24 ´3,23 7,5´4´3,8 10,1´7,42´4,52 9,4´7,75´2,85 Масса, т 19,3 26,5 36 87 96 Производительность, шт/ч 20…30 40 25 12 5…10 26. Технические характеристики станов для прокатки звездочек Параметр Модель стана ЗПС*250 ЗПС*350*1М Размеры прокатываемых звездочек, мм: диаметр 60…320 60…400 ширина венца, не более 50 – шаг, не более 25,4 25,4 50,6 60 Мощность главного привода, кВт Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 484 Окончание табл. 25 Модель стана Параметр Габаритные размеры, м ЗПС*250 ЗПС*350*1М 5,05´3,23´2,29 6,8´5,0´3,167 60…150 30…60 19,8 27,5 Производительность, шт/ч Масса, т 27. Технические характеристики станов для холодной прокатки зубчатых колес Стан 2,25 Стан 3 Стан для прокатки шлицевых валов диаметр 20 45 56,6 длина 6000 До 2200 1430 модуль, не более 2,25 3 3 (высота шлиц) 10,5 40 44 7,22´1,12´1,23 5,96´1,36´1,4 9,925´2,225´1,6 4,4 – 18,5 12…21 12…21 12…21 Параметр Размеры прокатываемого зубча* того профиля, мм: Мощность главного привода, кВт Габаритные размеры, м Масса, т Производительность, шт/ч Технические характеристики стана для накатки внутреннего зацепления конструкции ВНИИметмаш приведе* ны ниже. Размеры прокатываемого колеса, мм: наружный диаметр . . . . . . . . . . . 250…350 ширина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 модуль. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Мощность главного привода, кВт . . . . . . 28 Габаритные размеры, м . . . . . . 3,65´2,8´ 3,0 Масса, т . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Производительность, шт/ч . . . . . . . . . . . 20 Зубопрокатный стан ЗПС*120, пред* назначенный для прокатки мелкомо* дульных колес, имеет следующие те хнические характеристики. Размеры прокатываемых ко лес, мм: диаметр детали, не более. . . . . . . . . . . 300 диаметр детали при радиальном внедрении валка, не менее . . . . . . . . . . 50 диаметр детали при осевом перемещении заготовки, не менее . . . . . . . . . . . . . . . 35 модуль, не более . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 шаг, не более . . . . . . . . . . . . . . . . . 19,05 Длина прокатываемой стопки, мм . . . . . 180 Мощность, кВт: главного привода. . . . . . . . . . . . . . . . . 36 генератора ТВЧ . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Габаритные размеры, м . . . . . . 4,7´1,9´ 2,81 Масса, т . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9,6 Производительность, шт/ч . . . . . . . . 30…120 9. ШТАМПОВКА НА ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ АВТОМАТАХ Применение автоматов для горячей объемной штамповки в крупносерий* ном и массовом производстве является одним из перспективных направлений развития и совершенствования кузнеч* ного производства. Производительность автоматов достигает 200 и более поковок в 1 мин, что во много раз превышает производительность универсального го* рячештамповочного оборудования. При штамповке на автоматах дости* гается высокая стабильность размеров поковок с небольшими (0,5…1 мм на ШТАМПОВКА НА ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ АВТОМАТАХ 485 сторону) припусками на последую* щую обработку резанием при отсут* ствии заусенцев и штамповочных уклонов на поковках. Это приводит к экономии металла (КИМ состав* ляет около 0,84… 0,96) и последую* щей обработке резанием. Себестои* мости поковок массой 0,5… 2 кг, из* готовляемых на автоматах, в 1,8 раза ниже, чем на универсальных горя* чештамповочных прессах. Серийно выпускают автоматы с Рис. 76. Геометрические характеристики колец ша силой 400…15 000 кН, а по специ* рикоподшипников альным заказам и до 28 000 кН. Раз* витие конструкций автоматов идет Вторую группу поковок составляют по пути увеличения их номинальной короткие цилиндрические изделия типа силы и расширения области эффек* гаек (шестигранных, квадратных, спе* тивного применения. циальных), колец подшипников, шес* Горячештамповочные автоматы ра* терен, фланцев, высота которых обычно ботают как самостоятельные машины меньше диаметра. Сюда же относятся и либо входят как составная часть в ав* более сложные, в том числе асиммет* томатические линии и комплексы. ричные поковки, штампуемые на авто* Типовые поковки. Поковки, полу* матах с применением процессов прямо* чаемые на горячештамповочных автом го и обратного выдавливания. атах, можно разделить на две группы. Геометрические характеристики ко* К первой группе относятся удли* лец шарикоподшипников (рис. 76), по* ненные поковки типа стержня с голов* лучаемых на горячештамповочных ав* кой. Это, в основном, болты большого томатах АМР швейцарской фирмы «Ха* диаметра. тебур», приведены в табл. 28. 28. Геометрические характеристики, мм, колец шарикоподшипников, получаемых на горячештамповочных автоматах Параметр (см. рис. 71, а, б) AMP20 AMP30 АМР70 35 60 120 на наружный диаметр D ±0,1 ±0,15 ±0,2 на внутренние диаметры d и d1 ±0,15 ±0,2 ±0,3 Диаметр D, не более Допуски: на высоту кольца H ±0,2 ±0,25 ±0,3 на эксцентричность 0,4…0,5 0,45…0,5 0,6…0,8 Припуски на обработку: А — по наружному диаметру на сторону 0,5 0,5 0,75 В — по внутреннему диаметру на сторону 0,75 0,75 1,2 s — по высоте 0,75 0,75 1 0,1d + 2 0,1d + 2 0,1d + 2 Толщина перемычки р под прошивку 486 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 77. Поковки, изготовляемые на автомате GF6 На рис. 77 показаны поковки шес* терен (а) и фланцев (б), изготовляемые на автомате GF*6 фирмы Pelzer (Гер* мания). На этом автомате изготовляют поковки шестерен и фланцев семи ти* поразмеров массой 0,75…2,32 кг с про* изводительностью 1500…4200 шесте* рен/ч или 1500…3000 фланцев/ч. Чтобы выдержать заданные допус* ки при достаточно высокой стойкости инструмента, необходимо свести к ми* нимуму образование окалины при на* греве, а также выполнить следующие требования: 1) отклонение диаметров прутков при использовании для штамповки го* рячекатаной стали не должно превы* шать 1 мм в одной партии, в против* ном случае следует выполнять калиб* ровку или сортировку прутков; 2) высота кольца после штамповки должна составлять не более 0,8…0,9 его внутреннего диаметра. Определение силовых параметров штамповки. В технических характери* стиках горячештамповочных автома* тов обычно указывают номинальную силу и наибольший размер отрезаемой заготовки. Силу штамповки определяют по фор* муле P = Fs вt kn, где F — площадь проекции поковки на плоскость, перпендикулярную к на* правлению движения ползуна; s вt — временное сопротивление материала при температуре штамповки; k — ко* эффициент, учитывающий характер технологической операции (табл. 29); n — скоростной коэффициент, учиты* вающий скорость деформирования ма* териала (рис. 78). Силу отрезки заготовок с учетом притупления ножей определяют по формуле 2 , Pот = 0,8s вt D заг где D заг — диаметр отрезаемой заго* товки. ШТАМПОВКА НА ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ АВТОМАТАХ 487 29. Зависимость коэффициента k от технологической операции Операция Схема штамповки Коэффициент k Осадка, свободная вы* садка Высадка в закрытой матрице Выдавливание и высадка тонкостенных полостей Для нормальной стабильной рабо* ты необходимо гарантированное вы* талкивание изделий из матриц и пуан* сонов, что обеспечивается соответст* вующей силой выталкивания: – для цилиндрических поковок Pвыт = pD п Hmp, где Dп — диаметр поковки; H — высота поковки; m — коэффициент трения между поковкой и инструментом; m = = 1,05 - 0,0005t (t — температура штам* повки); р — давление, р = (0,8…1,0)s вt ; – для шестигранных поковок (за* готовок гаек) Pвыт = 3,5SHmp, Рис. 78. К определению скоростного коэффициента n где S — размер под ключ для данной заготовки гайки; 488 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ – для квадратных поковок Вертикальные прессы*автоматы «Роli* master» фирмы Pelzer (Германия) имеют три или четыре штамповочные позиции (табл. 30). Они обычно работают, в со* ставе автоматических линий, включаю* щих оборудование для отрезки загото* вок, нагрева участка заготовки под штамповку, а также автоматы для после* дующей обработки (редуцирование стержня, обрезка облоя, накатка резь* бы). Подачу заготовок в пресс, их пере* дачу между позициями штамповки и удаление отштампованных заготовок осуществляет грейферный механизм. Многопозиционный автомат BSRV фирмы Kieserling (Германия) с шестью матрицами предназначен для горячей штамповки штучных заготовок диамет* ром 12…25 мм, длиной 60…200 мм с производительностью 60 шт/мин. Шес* тигранную головку болта оформляют за три рабочих перехода. Передачу загото* вок между позициями штамповки про* изводят непосредственно матрицы, рас* Pвыт = 4 bHmp, где b — сторона квадрата. Автоматы для горячей штамповки стержневых изделий. Горизонтальный однопозиционный автомат A315 с разъ* емной матрицей применяют для изго* товления болтов. Технические характеристики авто* мата A315 следующие. Номинальная сила, кН . . . . . . . . . . . 2500 Размеры штампуемых заготовок, мм: диаметр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27…36 длина. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50…250 Ход ползуна, мм. . . . . . . . . . . . . . . . . 280 Производительность автомата (регулируе* мая), шт/мин . . . . . . . . . . . . . . . . . 41–63–85 Установленная мощность электродвигате* лей, кВт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Габаритные размеры автомата, м: длина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4,75 ширина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,1 высота (над уровнем пола) . . . . . . . . 2,3 Масса автомата, т . . . . . . . . . . . . . . . . 29 30. Технические характеристики прессовавтоматов фирмы Pelzer (Германия) Параметр РМ160 PM250 PM450 PM630 PM800 РМ1000 PM1250 PM1500 PM2000 Номинальная сила пресса, кН 1600 2500 4500 6300 8000 10 000 12 500 15 000 20 000 Число штамповоч* ных позиций 3 3 4 4 4 4 4 4 4 Частота ходов штамповочного ползуна, мин-1 60 60 50 50 40 40 40 30 180 315 275 350 350 350 350 400 400 штамповочной матрицы 130 150 220 275 300 335 360 400 450 пуансонов Ход штамповочно* го ползуна, мм 30 Диаметр, мм: 45 55 75 90 100 110 125 140 160 Длина штампуемой заготовки, мм 75 125 125 150 150 175 175 200 200 Мощность электро* двигателя, кВт 30 50 80 120 150 200 250 300 380 Масса пресса, т 21 33 61 85 105 140 175 210 280 ШТАМПОВКА НА ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ АВТОМАТАХ положенные в периодически поворачи* вающемся блоке. В комплект автомата входит стеллаж для подачи прутков, пресс для рубки заготовок, индукцион* ное нагревательное устройство и сред* ства транспортирования. Автоматы для горячей штамповки ко ротких изделий. При штамповке гаек, шестерен, колец шарикоподшипни* 489 ков пруток подается с автоматическо* го стеллажа в индукционный нагрева* тель, а из него непосредственно в ав* томат на позицию отрезки штучных заготовок. Технические характеристи* ки отечественных автоматов представ* лены в табл. 31. Автоматы, как прави* ло, имеют три штамповочные пози* ции. Штамповка производится одно* 31. Технические характеристики автоматов для горячей штамповки отечественного производства Параметр А3422 АА3424 А3426 А3629 А0341 Номинальная сила ав* томата, кН 400 1250 2000 3150 12 500 Число рабочих позиций 3 3 3 3 4 Диаметр исходной за* готовки, мм 12…18 20…28 До 40 До 45 36…60 Длина отрезаемой заго* товки, мм 14…22 18…45 38 45 45…135 Размеры поковки, мм: диаметр, не более 30 50 55 80 120 высота 8…17 14…30 35 35 70 Частота ходов штампо* вочного ползуна (регу* лируемая), мин-1 150…220 100…150 55…70 45…70 35…70 Расстояние между по* зициями, мм 90 140 180 210 320 Ход штамповочного пол* зуна, мм 90 140 200 220 320 на первой позиции 65 110 140 160 200 на второй и четвер* той позициях 80 130 165 210 270 Диаметр матриц, мм: на третьей позиции 65 110 140 160 270 Ход выталкивателя из матриц, мм 28 46 50 70 130 Мощность электродви* гателя, кВт 14 45 40 75 300 Расход охлаждающей воды, м3/ч 3,5 6 10 20 195 Габаритные размеры ав* 3,0´1,61´1,67 4,44´2,4´2,46 4,42´2,82´2,37 6,4´3,92´2,4 10,75´7,55´5,5 томата, м Масса автомата, т 8,5 24,3 30 54,4 165 490 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 79. Кинематическая схема горячештамповочного автомата временно на всех позициях с выдачей готовой поковки после каждого хода ползуна. Крупные автоматы выполня* ются четырехпозиционными. Типовая кинематическая схема боль* шинства отечественных и зарубежных конструкций горячештамповочных ав* томатов приведена на рис. 79. Элек* тродвигатель 2 (обычно постоянного тока с возможностью регулирования частоты вращения) через клиноремен* ную передачу вращает маховик 1 со встроенной в него фрикционной пнев* матической муфтой включения. При включении муфты вращение переда* ется на приводной вал 48, а с него че* рез зубчатые колеса 47 на кривошип* ный вал 45. Последний через шатун 44 перемещает ползун 36 с закрепленны* ми на нем пуансонами 34. Ход ползуна S устанавливают в зависимости от дли* ны заготовки l заг : S = (2,3…2,75)l заг . Че* рез зубчатые колеса 39 и 38 вращение передается на поперечный вал 46 и с него посредством конических зубча* тых колес 4 и 37 на два продольных распределительных вала 6 и 35. От распределительного вала 6 при* водится в действие механизм отрезки заготовок. Кулаки 9 перемещают ноже* вой шток 12 с отрезным ножом в форме полукруга (для лучшего охвата заготов* ки). Средняя скорость перемещения ножевого штока при рабочем ходе 0,7… 0,85 м/с, а при обратном (холостом) хо* де 0,8…1,0 м/с. При отрезке и переносе заготовки на первую штамповочную позицию она зажимается пальцем 15. Последний перемещается клином 14, приводимым в движение от кулака 7 через рычажную систему. Возвращение в исходное положение осуществляется пружиной 8. Механизм переноса заго* товок между позициями штамповки 32 получает возвратно*поступательное дви* жение от распределительного вала 35 через прямой и обратный кулачки 29 и рычажную систему 30. Средняя ско* ШТАМПОВКА НА ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ АВТОМАТАХ рость как рабочего, так и холостого хо* да механизма переноса заготовок 1,2… 1,35 м/с. Поворот скалок для раскры* тия и закрытия клещей в соответствии с циклограммой работы производится через рычажную систему 31 и 28 от ку* лачка 26 с приводом от распредели* тельного вала 35 через конические зуб* чатые колеса 27. Зажимная матрица 13 перемещает* ся кулачком 10 на распределительном валу 6 и возвращается в исходное по* ложение пружиной 11. Выталкиватели 18 в блоке матриц 25 срабатывают от кулачков 17, установ* ленных на валу 20, который получает вращение от распределительного вала 35 через конические зубчатые колеса 22. В исходное положение выталкива* тели возвращаются пружинами 19. Выталкиватели 41 заготовок из пу* ансонов приводятся в движение шату* 491 ном 44 через рычажную систему 43 и кулачок 40. Возврат выталкивателей в исходное положение осуществляется пружинами, действующими на дву* плечие рычаги 42. Средняя скорость перемещения выталкивателей загото* вок из матриц 1,2…1,5 м/с, из пуансо* нов 0,4…0,6 м/с. Контроль залипания заготовок производится щупами 33, приводимыми в действие кулачком 3 через рычажную систему 5. Механизм подачи прутковых заго* товок состоит из двух пар подающих роликов 16 с приводом только на ниж* ние ролики от кулачка 21 через рычаж* ную систему 23 и обгонную муфту 24. Большое распространение в нашей стране и за рубежом получили горя* че*штамповочные автоматы швейцар* ской фирмы Hatebur, технические ха* рактеристики которых представлены в табл. 32. Рекомендации по определе* 32. Технические характеристики автоматов фирмы Hatebur (Швейцария) Параметр АМР20 АМР30 АМР50 АМР70 АМР70L Номинальная сила автомата, кН 600 2300 8000 12 000 15 000* Число рабочих позиций 3 3 4 4 4 Диаметр исходной заготовки, мм 14…25 18…40 28…50 36…60 36…75 Длина отрезаемой заготовки, мм 15…40 20…72 32…110 45…135 52…150 Наибольший диаметр поковки, мм 35 64 92 120 145 Масса поковки, кг 0,02…0,15 0,05…0,7 0,17…1,7 0,4…3,0 0,5…5,0 Частота ходов штамповочного пол* зуна (регулируемая), мин-1 120…180 85…140 55…90 45…70 45…70 Расстояние между позициями, мм 110 160 240 320 320 на первой позиции 80 125 160 200 200 на второй и четвертой позициях 100 150 200 270 290** на третьей позиции 80 120 200 270 290 110 160 240 320 320 из матриц 55 70 90 130 130; 150 из пуансонов – – 35 50 По заказу Диаметр матриц, мм: Ход штамповочного ползуна, мм Ход выталкивателя, мм: 492 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Окончание табл. 32 Параметр АМР20 АМР30 АМР50 АМР70 АМР70L Мощность электродвигателя, кВт 40 100 320 450 450 Расход охлаждающей воды при дав* лении 400 кПа, м3/ч 8 30 60 80 80 3 3 3 4 4 Расход воздуха на всасывании***, м3/ч Габаритные размеры автомата, м Масса автомата, т 3,2´2,6´1,55 5,0´3,7´2,0 7,5´5,2´2,65 9,2´6,2´3,1 9,2´6,2´3,1 11 35,8 77 168 172 * Наибольшая сила штамповки на первой позиции 3000 кН, на второй и третьей — до 9000 кН и на четвертой — 7000 кН. ** На четвертой позиции диаметр матрицы 270 мм. *** Давление сжатого воздуха 550…1000 кПа. 33. Рекомендуемые размеры гаек, заготовок и частота ходов штамповочного ползуна Диаметр заготовки, мм Параметр 14 16 18 20 22 Автомат АМР20 Размеры гайки, мм: диаметр резьбы М12 М14 М16 М18 М20 размер под ключ 19 22 24 27 30 высота 9,5 11 13 15 16 14,9 17,8 19,0 22,8 24,6 Диаметр прошиваемого в гайке отверстия, мм 10 11,7 13,7 15,1 17,1 Толщина «выдры», мм 2,0 2,2 2,7 3,1 3,3 Длина отрезаемой заготовки, мм -1 Частота ходов штамповочного ползуна, мин Производительность (ориентировочная) авто* мата, кг/ч 150…180 150…180 130…150 130…150 120…140 194 300 345 510 610 Диаметр заготовки, мм Параметр 20 22 22 25 28 32 36 М27 М30 М36 Автомат AMP 30 Размеры гайки, мм: диаметр резьбы М18 М20 М22 М24 размер под ключ 27 30 32 36 41 46 55 высота 15 16 17 18 20 22 29 Длина отрезаемой заготовки, мм 22,8 24,6 28,8 30,7 35 37,6 50,7 Диаметр прошиваемого в гайке отверстия, мм 15,1 17,1 19,1 20,5 23,5 25,9 31,3 Толщина «выдры», мм 3,1 3,3 3,4 3,6 3,8 4,2 5,8 Частота ходов штамповочного ползуна, мин 140 140 140 120 120 120 100 Производительность (ориентировочная) авто* мата, кг/ч 475 620 720 850 1220 1700 2430 -1 ШТАМПОВКА НА ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ АВТОМАТАХ нию размеров заготовок и оптимальной производительности горячей штампов* ки гаек на этих автоматах приведены в табл. 33. Технические характеристики горя* чештамповочных автоматов GF фирмы Pelzer (Германия) приведены в табл. 34. Технологические процессы и инстру мент для штамповки на автоматах. На рис. 80 показаны переходы штампов* 493 ки заготовок колец подшипников на горячештамповочном автомате АМР70 по технологии 1*го ГПЗ с получением сразу трех различных колец за один ход ползуна. Отрезанная от нагретого прутка заготовка свободно осаживает* ся на первой позиции. На второй по* зиции формуется поковка, на третьей позиции поковка разделяется на два кольцевых элемента. Один элемент 34. Технические характеристики автоматов типа «Forgemaster» фирмы Pelzer (Германия) Параметр GF*2 GF*3 GF*3S GF*4 1000 2000 3000 4500 диаметр 40 50 65 80 высота 30 38 45 58 0,19 0,35 0,70 1,4 диаметр 25 30 40 50 длина 50 65 75 90 100 130 160 180 Номинальная сила автомата, кН Наибольшие размеры поковки, мм: Масса поковки, кг, не более Размеры исходной заготовки, мм, не более: Ход штамповочного ползуна, мм Частота ходов штамповочного ползуна (регулируемая), мин-1 80…120 70…110 60…100 55…90 Запас полезной энергии за один ход ползуна, кДж/ход 7 18 34 57 Мощность электродвигателя, кВт 30 55 75 132 Масса автомата, т 28 35 41 67 Номинальная сила автомата, кН 6000 8000 12 500 15 000 диаметр 95 105 130 145 высота 70 82 105 120 1,8 2,3 3,5 4,5 диаметр 55 60 70 80 длина 110 125 140 160 220 260 320 360 Размеры поковки, мм, не более: Масса поковки, кг, не более Размеры исходной заготовки, мм, не более: Ход штамповочного ползуна, мм -1 Частота ходов штамповочного ползуна (регулируемая), мин 50…80 45…80 40…70 35…60 Запас полезной энергии за один ход ползуна, кДж/ход 93 145 240,5 320 Мощность электродвигателя, кВт 160 250 315 365 Масса автомата, т 103 128 190 240 494 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 80. Переходы штамповки колец подшипников является заготовкой кольца, другой на четвертой позиции разделяется на две кольцевые заготовки. В табл. 35 при* ведены другие варианты технологиче* ских процессов штамповки кольцевых заготовок, разработанные на 1*м ГПЗ. На рис. 81 показаны технологиче* ские переходы штамповки поковок шестерен (а) и фланцев (б), изготов* ляемых на автомате GF*6. Инструмент, установленный на го* рячештамповочных автоматах, работа* ет в крайне тяжелых условиях с боль* 35. Варианты штамповки трех кольцевых элементов № I II III I позиция II позиция III позиция IV позиция Рис. 81. Переходы штамповки поковок шестерен (а) и фланцев (б) ШТАМПОВКА НА ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ АВТОМАТАХ 495 496 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ шими силовыми и термическими на* грузками. Он должен обладать доста* точной стойкостью, чтобы обеспечить высокую производительность, требуе* мую точность поковок, а также мини* мальные простои оборудования из*за замены инструмента. Основной причиной износа инст* румента является появление и разви* тие сетки разгарных трещин. Прошив* ники пуансонов выходят из строя из*за износа истиранием и реже из*за смятия элементов гравюры. Пуансоны и матрицы обычно изго* товляют из стали 3Х3М3Ф с термообра* боткой до 50…52 HRC и с толщиной азотированного слоя 0,2…0,3 мм. Эф* фективным является применение твер* досплавных вставок для некоторых эле* ментов штампов, а также наплавка и на* пыление быстроизнашивающихся по* верхностей гравюр твердыми сплавами. Большое значение имеет автоматиче* ское нанесение эффективных смазок и интенсивное водяное охлаждение инст* румента в процессе работы автоматов. Повышение стойкости инструмента по* зволяет реже выполнять контрольные операции при штамповке, а также рас* ширить технологические возможности горячештамповочных автоматов за счет увеличения номенклатуры деталей, ко* торые можно и экономически целесо* образно на них штамповать. На рис. 82 показан инструмент для штамповки заготовок шестерен на ав* томате GF*6 фирмы Pelzer (Германия). На позиции отрезки установлены направляющие полувтулки 1, зажим* ные по*луматрицы 2 и ножи 3, соот* ветствующие диаметру обрабатывае* мого прутка. На первой позиции происходит осадка отрезанной заготовки с целью ее уш ирения и удаления окалины. Пу* ансон первого перехода состоит из ра* бочей вставки 4, корпуса 5, фланца 9. Фиксация отрезанной заготовки после ее переноса механизмом отрезки осу* ществляется пальцем 8 и подпружи* ненной опорой 7, которая в крайнем переднем положении пуансона взаи* модействует с пальцем 6. Осадочная плита 10 матрицы является универ* сальной для всех случаев свободной осадки заготовок. На второй позиции выполняют пред* варительную штамповку. Пуансон вто* рого перехода состоит из формообра* зующей вставки 18, фланца 19 и опоры 20. Прижимной палец*выталкиватель 21 связан с подпружиненным вытал* кивающим штырем 22, который опи* рается на шайбу 23. Матрица состоит из трех вставок 14, 15 и 16. Вставки 14 и 15 фланцем 17 прижимаются к опоре 13, смонтированной на подставке 12. Через полый выталкиватель 11 во вставку 14 подается охлаждающая во* да. При выталкивании поковки вода через радиальные отверстия во вставке 14 поступает на внутренние поверхно* сти вставок 15 и 16 для их охлаждения и удаления окалины из ручья. На третьей позиции окончательно формуется поковка с наметкой отвер* стия. Пуансон и матрица третьего пе* рехода в целом аналогичны применяе* мым на втором переходе. Матрица в труднозаполнимых участках имеет га* зоотводящие каналы, а пуансон — внутреннее охлаждение. На четвертой позиции производится прошивка отверстия в поковке. Быст* ро*сменный прошивной пуансон 24 крепится к корпусу винтом. После про* шивки отход (выдра) проталкивается пуансоном в матрицу и удаляется из нее под действием силы тяжести через на* клонное отверстие, а поковка снимает* ся с пуансона жестким съемником 25. Диаметр штамповочных матриц Dм устанавливают в зависимости от наибольшего диаметра штампуемой поковки Dп . В четырехпозиционных автоматах на наиболее нагруженных ШТАМПОВКА НА ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ АВТОМАТАХ Рис. 82. Инструмент для штамповки заготовок шестерен 497 498 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 83. Пуансонодержатели второй и третьей позициях принима* ют D м = (2,25…2,75)Dп. При этом для крупных автоматов берут коэффици* ент 2,25, а для мелких 2,75. На пер* вой и последней позиции применяют матрицы несколько меньшего диа* метра. Перемычки между матрицами вы* бирают как из прочностных условий, так и из конструктивных соображе* ний, чтобы обеспечить возможность размещения в них крепежных болтов или шпилек. Крепление пуансонов производит* ся в пуансонодержателях 10 (рис. 83), каждый из которых связан с ползуном четырьмя специальными болтами 11 и притягивается к его зеркалу винта* ми 13, перемещающими навстречу друг другу два натяжных клина 12, расположенных в ползуне автомата. Предварительное регулирование со* осности пуансонов по матрицам про* водят вертикальным и горизонталь* ным винтами 4 и 7 при освобожден* ных (примерно на 1/2 оборота) за* жимных винтах 13. Затем с помощью микропривода вводят пуансоны в матрицы и выполняют точное регули* рование щупом, обеспечивая зазоры 0,1 мм. Осевое регулирование пуансо* нов производят скалкой 15 через клин 2 с гайкой 1. Выпадение клина при полном вывинчивании гайки 1 пре* дотвращает ся планкой 14, а скалка от проворота удерживается фиксирую* щим штырем 3. Для облегчения и ускорения смены пуансонов пуансонодержатели имеют съемные крышки 5, которые крепят болтами 9. После снятия крышек пу* ансоны легко перемещают с помощью тали. При установке пуансона винты 6 ос* вобождают, а после закрытия крышки с их помощью отжимают и фиксируют втулки 8 с пуансоном в осевом направ* лении. В автоматах малого размера целесо* образно применять плунжерное направ* ление пуансонов в общем для пуансонов и матриц блоке. Такая конструкция обеспечивает точную соосность пуансо* нов и матриц независимо от бокового за* зора ползуна и распределения нагрузок на ползун. Матричный блок (рис. 84) со* ШТАМПОВКА НА ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МОЛОТАХ 499 Рис. 84. Матричный блок крупного автомата стоит из корпуса 13, двух крышек 7, 11 и клиновой зажимной плиты 9, выпол* ненной в виде ласточкина хвоста. Штам* повочные матрицы 10, 12, 14 и 15 кре* пятся в блоке крышками 7 и винтами 4 и 5, а отрезная полуматрица 8 — зажимной плитой 9, клином 1 и винтами 2 и 3. В матрицах и крышках выполнены резьбо* вые отверстия для рым*болтов 6, ис* пользуемых при монтаже и демонтаже. Матричный блок крепится к станине на шпонках с прокладкой стальной терми* чески обработанной плиты между бло* ком и станиной. Большое значение имеет уменьше* ние трудоемкости и затрат времени на смену инструмента, особенно в круп* ных автоматах. Сокращение времени переналадки позволяет уменьшить про* стои оборудования и повысить гибкость производства за счет снижения мини* мального допустимого числа изделий в партии и, следовательно, расширения номенклатуры штампуемых на автома* тах изделий. Фирма Pelzer (Германия) разработа* ла установку для автоматической сме* ны инструмента. Необходимое число держателей с пуансонами и матрицами помещают в гнезда револьверного бло* ка, откуда они по команде с управляю* щего устройства передаются на рабо* чие позиции автомата с помощью сис* темы выталкивателей, двуплечего ры* чага и грейферов. Применение сменных, налаживае* мых на специальном приспособлении матричных и пуансонных блоков и сменных механизмов переноса фирмы National (США) позволяет автомат любого размера полностью перенала* живать на изготовление другого изде* лия за 4 ч. Большое значение для бес* перебойной работы горячештампо* вочных автоматов и автоматизирован* ных комплексов имеет наличие рацио* нального задела запасных частей и ин* струментальной оснастки. 10. ШТАМПОВКА НА ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МОЛОТАХ Штамповкой на высокоскоростных молотах (ВСМ) получают поковки различных конфигураций с тонкими ребрами, стенками, полотнами, чет* 500 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 85. Пример поковки, получаемый штам повкой на ВСМ ким оформлением торцового рельефа, в ряде случаев без обработки части по верхностей на металлорежущих стан ках. Шероховатость поверхностей поко вок из алюминиевых сплавов до Ra 0,8, из титановых сплавов и сталей Rz 20. Классификация штамповочных по ковок ВСМ включает следующие типы: стержни с утолщением (лопатки, кла паны); стержни с глухой полостью (стаканы, полусферы, крышки); диски (гладкие, со ступицей, с валом); детали с продольным и торцовым оребрением (стержни, стаканы, крыльчатки, шес терни с оформлением зубчатого конту ра); рычаги, кронштейны, фиттинги, корпуса, угольники и др. Высокоскоростные молоты выпус каются серийно с наибольшей энер гией удара 25; 63; 160 и 250 кДж, а по особому заказу — 400 и 630 кДж. Технологические особенности серий но выпускаемых ВСМ: наличие ниж него выталкивателя; минимальная скорость удара 6 м/с; минимальный рабочий ход при наибольшей энер гии удара 160 кДж в пределах 2…5 мм; отклонение величины энер гии последовательных ударов состав ляет не более 2…5 % от номинально го значения; рабочие циклы состав ляют 5…15 с. Высокоскоростная штамповка, как правило, одноударная, но при об работке заготовок большой массы возможна штамповка и за дватри удара. Целесообразность получения по ковки штамповкой на ВСМ опреде ляют исходя из анализа конфигура ции и размеров изготовляемой де тали. Минимальные размеры конструк тивных элементов поковок (рис. 85) приведены ниже. Толщина стенки t1 при D/H = 2, мм . . . 2,0 Толщина ребра t 2, мм: при H / t £ 40 (для алюминиевых и титановых сплавов) . . . . . . . . . 1,2…2,0 при H / t £ 25 (для сталей) . . . . . . . . . 3,0 Толщина полотна t, мм . . . . . . . . . . . . 3,0 Радиусы закругления, мм: внутренние r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,0 наружные R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,0 Штамповочные уклоны a1 и a2, град: внутренние. . . . . . . . . . . . . . . . . 0,5…1,0 наружные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0…0,5 36. Ориентировочные размеры и масса поковок Параметр Масса, кг Энергия удара ВСМ, кДж 25 63 160 250 400 630 1,2 3,1 7,8 12 20 31 Размеры, мм: диаметр 120 160 220 250 300 350 высота 15 20 30 40 40 40 ШТАМПОВКА НА ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МОЛОТАХ Указанные штамповочные уклоны следует назначать при оснащении штам па выталкивателем и съемником, при их отсутствии штамповочные уклоны увеличивают. Средние ориентировочные разме ры и масса поковок, изготовляемых на серийно выпускаемых ВСМ, приведе ны в табл. 36. Составление чертежа поковки. Ос новные правила составления черте жей штампованных поковок ВСМ те же, что и для обычного оборудо вания. Припуски на обработку поковок ре занием назначают по ГОСТ 7505–89. Допуски на размеры между обрабаты ваемыми поверхностями назначают по первому классу точности (ГОСТ 7505– 89). В отдельных случаях допуски могут быть расширены. Допуски на размеры между поверх ностями, выполняемыми без после дующей обработки резанием, назнача ют 0,2…0,3 мм. Напуски уменьшают за счет умень шения штамповочных уклонов, а так же более детального оформления тор цового рельефа. Для высоких, формуемых выдав ливанием поковок желательно на части высоты поковки назначить ук лон 0,5°. Для отштампованной поковки в нижнем штампе выполняют поднут рение в виде кольцевой выточки глу биной 0,3…0,5 мм и высотой 2…3 мм или обратный уклон 0,5…1°. Глубину полости в верхнем штампе делают на 20…30 % меньше, чем в нижнем, а штамповочные уклоны поковки для ее верхней половины назначают: на ружные 1,5…3°, внутренние 5…7°; для нижней — наружные 0…1°, внутрен ние 3…5°. Разработка технологического про цесса. При изготовлении штампован ных поковок с необрабатываемыми 501 поверхностями исходная заготовка обтачивается до Rz £ 40 мкм. Острые кромки торцов исходных заготовок, штампуемых в торец, скругляют (ра диус скругления 3…5 мм или делают фаску 3´45°). Фасонирование исходных загото вок. Фасонирование исходных заго товок перед окончательной штам повкой производят при необходимо сти дополнительного перераспреде ления металла для более четкого оформления конструктивных эле ментов, повышения степени одно родности структуры металла, обеспе чения надежной фиксации заготовки в окончательном штампе. Предварительное фасонирование заготовки целесообразно произво дить для изготовления поковок типа лопаток, клапанов, дисков с валом, рычагов, корпусов и др. Для поко вок крыльчаток применяют кониче скую заг отовку, у которой угол об разующей конуса определяется кон фигурацией и размерами оребрен ной части. Окончательная штамповка поковок. Режимы деформирования поковок приведены в табл. 37, применяемые смазочные материалы для штампов — в табл. 38. Перед штамповкой проводят пред варительный нагрев штампов до 150… 250 °C. Заготовки нагревают в электриче ских, газовых и индукционных пе чах, предпочтительно безокисли тельного или малоокислительного нагрева (продолжительность нагре ва, см. с. 272, т. 1). Энергию дефор мирования заготовок определяют по формуле E =heVk, где h — КПД удара ВСМ, h = 1,35… 1,05; е — удельная энергия деформи Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 502 37. Основные параметры режима скоростной штамповки Температур Деформация при Скорость ис ный интервал горячей штампов течения, м/с, штамповки, °C ке e, %, не более не более Штампуемый материал 25…90 300…350* 25…40 100…150** 900…1000 20…95 300…350 углеродистые, легированные, коррозион ностойкие 950…1200 20…95 350…400 жаропрочные 1000…1200 15…90 300…350 быстрорежущие 950…1150 20…60 120…180 1050…1150 40…50 – 1200 70…90 300…350 350…450 Алюминиевые сплавы Титановые сплавы Стали: Жаропрочные сплавы на никеле вой основе Тугоплавкие сплавы * Типа АК6; В95. ** Типа АМг6. 38. Смазочные материалы для штампов, применяемые при высокоскоростной штамповке Штампуемый материал Тип поковок Смазочный материал Алюминиевые Поковки сложных 1. Олеиновая кислота сплавы конфигураций с 2. Масло «ВапорТ» с добавлением 10…15 % (массовые доли) глубокими полос графита (ГОСТ 4404–78 (в ред. 2001 г.)) тями, высокими полостями, высо 3. Воднографитовая и маслографитовая смеси с дополни тельной подсыпкой сухого графита на поверхность заготовки кими ребрами 4. Стеарат натрия Титановые сплавы Стали корро зионностой кие Стали углеро дистые и ле гированные 1. Нитрид бора* – 2. Масло индустриальное с добавлением 30…40 % (массовые доли) графита Поковки с тон 90 % (массовые доли) олеата натрия и 10 % (массовые доли) кими элементами дисульфида молибдена с добавлением 50 %ного водного раствора олеата натрия – 1. Водный коллоиднографитовый препарат ОГВ50 или ОГВ75 по ТУ 2125147–75 2. Масло «ВапорТ» с добавлением графита 15…20 % (массо вые доли) (ГОСТ 4404–78 (в ред. 2001 г.)) * Наносится на заготовку. рования (рис. 86); V — полный объем заготовки при деформировании осад кой или объем деформированной час ти заготовки, получаемой выдавлива нием; k — коэффициент, учитываю щий сложность конфигурации поков ки, k = l,l…l,8. Энергию, необходимую для оформ ления поковки сложной конфигура ции, подсчитывают, суммируя резуль ШТАМПОВКА НА ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МОЛОТАХ Рис. 86. Зависимости удельных энергий от температуры и степени деформации: а — при осадке; б — при выдавливании 503 504 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ таты по элементам, — отдельно для осадки и выдавливания. Штамповая оснастка ВСМ. Для ВСШ применяют закрытые и открытые штам пы. Конструкция закрытого штампа по казана на рис. 87. При проектировании пуансона не обходимо выполнение следующих тре бований: – отношение высоты рабочей части к диаметру пуансона не более трех; Рис. 87. Типовой закрытый штамп: 1 — плита подпуансонная; 2 — пуансонодер жатель; 3 — пуансон; 4 — обойма матрицы; 5 — матрица секционная; 6 — плита подмат ричная; 7 — центрирующая втулка; 8 — плита подштамповая; 9 — выталкиватель – односторонний зазор между пу ансоном и контейнером матрицы не менее 0,1 мм; – радиусы переходов от рабочей части к опорной не менее 10 мм; внутренние радиусы ручья не менее 3 мм; – отклонение от перпендикулярно сти опорной поверхности относитель но оси пуансона не более 0,1 мм на 100 мм высоты пуансона; – на наружной кромке рабочего торца необходимо выполнить фаску для предотвращения заштамповки в торец заготовки заусенца, образующе гося в зазоре между контейнером мат рицы и пуансоном; – для оформления наметок и по лостей следует применять состав ные пуансоны со сменными встав ками. Матрицы закрытых штампов могут иметь составную конструкцию, их вы полняют в виде обойм со вставками. Вставки в зависимости от конфигура ции поковки выполняют цельными или секционными. При давлениях более 800 МПа встав ки запрессовывают в обойму с натяга ми: -(0,25…0,30) мм для диаметров 60…80 мм; -(0,30…0,40) мм для диа метров 81…100 мм; -(0,40…0,45) мм для диаметров 101… 120 мм. Контейнер матрицы выполняют с заходным конусом глубиной до 10 мм и углом 15°. В матрицах с глу бокими глухими полостями (напри мер, для оребренных поковок) в местах, заполняемых в последнюю очередь, предусматривают газоотво дящие каналы (рис. 88). Шерохова тость рабочих поверхностей матриц и пуансонов должна быть Ra = 1,6… 0,8 мкм. Конструкция выталкивателя оп ределяется конфигурацией поковки. Типы некоторых применяемых вытал кивателей показаны на рис. 89. При ШТАМПОВКА НА ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МОЛОТАХ Рис. 88. Виды и основные размеры газоотводя щих отверстий (каналов): а — для секционной матрицы; б — для цельной матрицы 505 – перед началом рабочего хода выталкиватель должен направляться в ма трице на высоту не менее (1,5… 2,0) d; – односторонний зазор между вы талкивателем и матрицей для d = 20… 30 мм — 0,1…0,15 мм, для d = 30…40 мм не более 0,2 мм; – отклонение от перпендикуляр ности опорного торца относительно оси выталкивателя не более 0,02 мм на 100 мм длины (высоты) выталки вателя; – шероховатость поверхности вы талкивателя Ra ³ 0,8 мкм. Конструкция открытого штампа показана на рис. 90. При необходи мости ручей штампа имеет канавку для клещевины (облойную канав ку). В табл. 39 приведены геомет рические параметры облойной ка навки. Центрирование верхней и ниж ней половин штампа осуществляет ся с помощью сухарей, вставляемых Рис. 89. Типы и размеры выталкивателей проектировании выталкивателей не обходимо выполнение следующих тре бований: – длина выталкивателя L £ (6…8) d; Рис. 90. Типовой открытый штамп: 1 — нижняя половина штампа; 2 — верхняя половина штампа Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 506 39. Размеры, мм, облойной канавки и радиусы закруглений кромок ручья штампа Энергия удара, кДж Скорость соударения, м/с h h 1; R l L 40…70 10…14 2…3 5 12…14 30 Св. 70 до 100 Св. 14 до 16 3…4 7 15…16 45 » 100 » 130 » 16 » 17 4…5 8 18…20 50 » 130 » 160 » 17 » 20 6 10 22…25 55 При глубине ручья H Энергия удара, кДж 40…70 Св. 70 до 160 До 50 Св. 50 до 100 Св. 100 до 150 Св. 150 до 200 1,5…2,0 2,0…3,5 3,0…5,0 4,0…6,0 2,0…3,0 3,0…4,0 4,0…5,0 5,0…7,0 в посадочные отверстия бабы и под штамповой плиты. Отклонение от соосности посадочных отверстий в бабе и плите не должно превышать 0,2…0,3 мм для ВСМ с энергией удара 160…250 кДж. 11. ЭЛЕКТРОВЫСАДКА Характеристика технологического про цесса. Электровысадка достигается при совмещении операций электро нагрева методом сопротивления и деформирования нагреваемой части заготовки. Схема процесса показана на рис. 91. Заготовка 3 зажимается радиаль ным электродом 2 с определенной силой P1. При этом часть заготовки, подлежащая электровысадке, нахо дится между радиальным электродом 2 и упорным электродом 1, подклю ченными ко вторичной обмотке по нижающего трансформатора 4 пере менного тока промышленной часто ты. Часть заг отовки между электро дами 1 и 2 разогревается до темпера туры штамповки. Одновременно с нагревом в осевом направлении на заготовку действует сила Р, которая деформирует нагретую часть заго товки. В процессе электровысадки упорный электрод 1 перемещается с определенной скоростью, при этом холодная часть заготовки под дейст вием силы прижима проскальзывает между радиальным электродом 2, а длина высаживаемой части заготов ки увеличивается. Процесс электровысадки дает воз можность непрерывно деформировать нагретую часть заготовки при соблю ЭЛЕКТРОВЫСАДКА Рис. 91. Схема процесса электровысадки: а — в начальный момент процесса; б — в кон це процесса дении соотношения l £ 3d, где l — пер воначальная длина высаживаемой части, d — начальный диаметр заго товки. При этом осаживаемая часть заготовки имеет хорошую продольную устойчивость, а суммарное утолщение (набор металла) в высаживаемой части может достигать значительных вели чин. Процесс электровысадки можно проводить как со свободным дефор мированием (свободным набором ме талла) (см. рис. 91), так и с набором в матрицу, причем в последнем случае можно получать довольно точные де тали, не требующие дальнейшей меха нической обработки. Электровысадкой можно получать изделия из труднодеформируемых спла вов (высокопрочных легированных и жаропрочных сплавов, сплавов на ос нове никеля, титана и т. п.). Процесс электровысадки характеризуется про стотой и низкой стоимостью техно логической оснастки, хорошими са нитарными условиями (отсутствие дыма, пыли, шума) и возможностью полной механизации и автоматиза ции процесса. Методом электровы садки можно получать поковки сплошного или трубчатого сечения диаметром до 100 мм, а также асим метричные поковки. В настоящее время электровысадкой получают за 507 готовки клапанов, полуосей автомо билей, турбинных лопаток и других деталей. Себестоимость таких дета лей по сравнению с изготовлением их на ГКМ ниже на 15 %, экономия металла по сравнению с обработкой резанием достигает 40 %. Классификация поковок, изготовляе мых методом электровысадки. Особен ностью электровысадки является то, что этим процессом можно получать только утолщения (наборы металла) на удлиненных заготовках. Поэтому номенклатура деталей, получаемых электровысадкой, невелика. Класси фикация типовых деталей, получае мых электровысадкой, и схемы дефор мирования приведены в табл. 40. К поковкам первой группы (см. табл. 40) относят поковки стержнево го типа с утолщениями на концах, по лучаемые методами свободной высад ки (без ограничения набора металла) и закрытой высадки (с ограничением набора металла). Исходной заготовкой является пруток сплошного попереч ного сечения (круг, многогранник, эл липс). Для свободной высадки характер ным является меньшая точность гео метрических размеров высаживаемой части. Такие поковки, как правило, служат исходными заготовками для дальнейшей обработки давлением, на пример, для выдавливания, безоблой ной штамповки и др. Для закрытой высадки характерна большая точность геометрических размеров высаживае мой части, поэтому дальнейшая обра ботка, как правило, механическая. Технологическая оснастка для получе ния поковок свободной высадкой су щественно проще (сменные вставки радиальных электродов, упорные электроды в виде плит, цилиндров). При закрытой высадке необходимо применять более сложную оснастку (блоки матриц). Наименование групп деталей и материалов Детали стержневого типа с утолщениями на концах из углероди стых, конструкцион ных и жаропрочных сплавов Детали стержневого типа с утолщениями на концах и в середи не из углеродистых, конструкционных и жаропрочных сталей и сплавов Детали трубчатой фор мы с утолщением на концах из углероди стых, легированных и коррозионностойких сталей Детали стержневого типа с фасонными утолщениями на кон цах из конструкцион ных и легированных сталей № группы I II III IV Эскизы поковок То же L = 100…2000 длина трубы H £ 1,8d, размер высаживаемой части d = 20…75, Диаметр заготовки L = 50…2000 длина трубы D £ 1,5d, диаметр высаживаемой части d = 10…150, Диаметр трубы L = 20…3000 длина прутка D £ 2d, диаметр высаживаемой части d = 4…75, Диаметр прутка Размеры получаемых поковок, мм Деформирование в разъемных матрицах с подвижными состав ными частями Деформирование пло ским и фасонным тор цовым конта ктом Деформирование пло ским и фасонным тор цовым контактом и свободная высадка средней части Деформирование на плоском торцовом контакте, в фасонном торцовом контакте и в матрице Методы деформирования 40. Классификация деталей, получаемых электровысадкой Схемы деформирования 508 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ ЭЛЕКТРОВЫСАДКА Поковки второй группы (см. табл. 40) характеризуются наличием утолщений как на концах, так и в сере дине исходных прутков. Для их изго товления требуется разъемный упор ный электрод с упорным винтом, ко торый устанавливают на упорном пол зуне электровысадочной машины. Де формирование, как правило, свобод ное (без ограничения набора металла матрицей). К поковкам третьей группы (см. табл. 40) относят поковки с утолще ниями на концах, изготавливаемые из заготовок трубчатого сечения. Причем утолщения могут быть как симметрич ными, так и несимметричными отно сительно среднего диаметра трубы (d ср = d - h, где h — толщина стенки трубы), т.е. имеет место высадка внутрь или наружу трубы. Поковки этой группы требуют более точной на стройки оборудования и обязательно го применения блока матриц. Высадка наружу трубы производится на специ альных оправках. К поковкам четвертой группы (см. табл. 40) относят поковки стержне вого типа с фасонными утолщения ми на концах. Сюда же могут быть отнесены и детали сложного сечения (профили) с утолщениями на кон цах. Для изготовления электровы садкой таких поковок применяют сложную технологическую оснастку: разъемные матрицы с подвижными составными частями, секционные радиальные электроды, фигурные упорные электроды. Оборудование и инструмент для элек тровысадки. Мощность электровыса дочных машин (табл. 41) достигает 1000 кВ×А, наибольший диаметр сплош ной заготовки 75 мм, полой заготовки 150 мм, наибольшая производитель ность до 800 кг/ч. Среди электровысадочных ма шин (ЭМ) наибольшее распростра 509 нение в нашей стране получили следующие: – горизонтального типа универ сальные, гидравлические с подвиж ным торцовым контактом с тиристор ным контактором и программирован ным регулированием тока, применяе мые для высадки концов и средней части заготовок; – вертикальные, пневматические с подвижным торцовым контактом и электромеханическим контакто ром, применяемые для торцовой высадки концов с фасонным флан цем; – горизонтальные пневматические с подвижным торцовым контактом с тиристорным контактором, применяе мые для высадки средней части заго товки; – вертикальные гидравлические с подвижным торцовым контактом и ти ристорным контактором, применяе мые для высадки встык. В настоящее время все большее применение получают комплексные автоматические линии, содержащие, как правило, несколько ЭМ и обслу живающиеся одним оператором, а также линии, содержащие несколько ЭМ и кривошипный горячештампо вочный пресс. На рис. 92 представлена принци пиальная схема наиболее распро страненной горизонтальной гидрав лической электровысадочной маши ны. Высаживаемая часть заготовки 1 нагревается при прохождении тока между упорным 2 и радиальным 3 электродами. Верхняя подвижная часть радиального электрода 3 при водится в движение от плунжера гидравлического цилиндра 7, кото рый создает силу прижима P1 заго товки в радиальном электроде, не превышающую, как правило, 25 % от силы деформирования Р, созда ваемой плунжером гидравлического Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 510 41. Технические характеристики отечественных электровысадочных машин Модель Параметр В5116 В5120 В5124 В5128 40 100 250 630 250 710 1600 4500 сплошной 18 30 45 75 полой (трубной) 30 50 80 150 без удлинителя, не более 780 930 1280 2250 с удлинителем, не более – – 3000 5000 Номинальная сила, кН 2 Площадь сечения исходной заготовки, мм , не более Диаметр заготовки, мм, не более: Длина исходной заготовки, мм 150 160 300 300 Рабочий ход высадки, мм, не более минимальная 400 450 700 710 Мощность нагревательного трансформатора, кВ×А 50 120 320 800 Сила тока во вторичной цепи трансформатора, кА, не более 8 18 35 80 ширина 3380 3380 5750 6000 глубина 1250 1250 3650 3380 высота 1800 1800 1950 2300 Масса, т 4,1 5,5 17 22 Габаритные размеры, мм: Рис. 92. Принципиальная схема горизонтальной гидравлической электровысадочной машины ЭЛЕКТРОВЫСАДКА цилиндра 8 (для среднеуглеродистых сталей Р £ 100 МПа, а для жаро прочных и высоколегированных ста лей Р £ 300 МПа). Упорный электрод закрепляется на подвижных салазках, которые приводятся в движение с помощью гидравлического цилиндра 4, при чем скорость перемещения салазок регулируется специальными клапа нами 5 и 6. Конструкции рабочего инструмен та для электровысадки (узлы упорного и радиального электрода и матрицы) могут быть различными в зависимости от применяемых оборудования и тех нологии. Конструкция рабочего инструмен та для свободной электровысадки представлена на рис. 93, а. Инстру мент состоит из узлов упорного элек трода 1–4 и радиального электрода Рис. 93. Конструкция рабочего инструмента: а — для свободной электровысадки; б — для закрытой электровысадки 511 5–7. Упорный электрод состоит из корпуса 1, на котором захватом 2 крепится упорная плита 3 с рабочей частью 4. Радиальный электрод со стоит из корпуса 5, башмаков 6 и вставок 7. Корпуса 1 и 5 соединены с выводами нагревательного трансфор матора. Упорная плита 3 и вставки 7 охлаждаются водой. Конструкция рабочего инструмен та для закрытой электровысадки представлена на рис. 93, б. Инстру мент состоит из узлов упорного элек трода 1–9, матрицы 10–13 и радиаль ного электрода 14–16. Узел упорного электрода состоит из рабочей части 1, установленной на оправке 2 в экс центриках 3–4 и закрепленной гай кой 5. Эксцентрики 3, 4 служат для обеспечения соосности рабочей части с матрицей и радиальным электро дом. Эксцентрики помещены в кор пусе 6, который зажимается башма ком 7. Оправка зажимается гайкой 8. Рабочая часть 1 снабжена жаропроч ной вставкой 9. Матрица 10, запрессованная в бан даже 11, крепится на плите 12 и может перемещаться в горизонтальном на правлении по направляющим 13 для обеспечения соосности с радиальным электродом. Направляющие закрепле ны на станине ЭМ. Узел радиального электрода состо ит из корпуса 14, башмаков 15 и вста вок 16. По конструкции аналогичен узлу, показанному на рис. 93, а. Рабо чие узлы имеют внутреннее водяное охлаждение. При крупносерийном производстве можно использовать для электровысадки стандартное кузнеч ное прессовое оборудование в ком плекте со специальными штампами с электронагревом. На рис. 94 показаны конструкции штампов для электровысадки корот ких (рис. 94, а) и длинных (рис. 94, б) заготовок. 512 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 94. Схемы штампов для электровысадки: а — коротких заготовок; б — длинных заготовок ЭЛЕКТРОВЫСАДКА Штамп (см. рис. 94, а) устанавлива ют на пресс вместе с трансформатором. Заготовка 1 устанавливается в матрицу 2 на выталкиватель 10, имеющий регу лировочную упорную планку 11, по зволяющую регулировать зону нагрева заготовки в контактах 4. Контакты 4 за креплены на колодках 6, поворачиваю щихся на колонках 7. Заготовка зажи мается в контактах с помощью пневма тических цилиндров 3, в которые пода ется сжатый воздух. Через гибкие ши ны 5 и колодки 6 напряжение от транс форматора подается на высаживаемый участок заготовки и нагревает его до температуры высадки, которая контро лируется фотопирометром с электро реле 8. При достижении температуры высадки нагрев прекращается и кон такты 4 занимают исходное положе ние, з амыкая конечные выключатели 9, включающие пресс. Затем происхо дит рабочий ход пресса и осуществля ется высадка заготовки. При возврат ном ходе ползуна пресса поковка вы талкивается из матрицы 2 выталкива телем 10. Для высадки деталей, требующих большой величины рабочего хода пресса, применяют штампы с загруз кой и выгрузкой заготовки из матрицы вне пресса (см. рис. 94, б). Штамп с выдвижной матрицей снабжен матри цедержателем 5 с матрицей 6 и направ ляющими втулками 4. Матрицедержа тель 5 выдвигается с помощью тяг 11 по пазу в плите 9 из рабочей зоны пресса. Заложив заготовку 10 в матри цу 6, оператор вталкивает матрицедер жатель 5 до упора, которым служит площадка на выталкивателе 3. Положение заготовки 10 относи тельно контактов 8 регулируется тяга ми 2 и планкой 1 выталкивателя. При достижении заданной температуры высаживаемого участка заготовки 10 контакты 8 расходятся и происходит рабочий ход ползуна пресса, при этом 513 пуансон 7 совершает высадку нагрето го участка заготовки. Наиболее ответственными деталями рабочего инструмента, к которым предъ являются специальные требования, яв ляются: матрица, контакт упорного электрода и вставки радиального элек трода. Матрицу изготовляют из порош кового материала или из стали в виде втулки, запрессованной в бандаж (рис. 95), который в свою очередь поме щается в корпус и охлаждается водой. Матрицу и связанные с ней детали сле дует изготовлять из немагнитных мате риалов. Так, при симметричной элек тровысадке матрицу изготовляют из ста ли 12Х18Н9Т с последующей хими котермической обработкой (азотирова ние на глубину 0,1…0,2 мм, твердость поверхности 44…48 HRC). При несим метричной электровысадке матрицу из готовляют из порошкового материала типа 22ХС или сплавов с большим со держанием вольфрама. В процессе элек тровысадки матрицу необходимо смазы вать смазочным материалом типа «Ук ринол7». Смазочный материал наносят Рис. 95. Конструкция матрицы для элек тровысадки: D2, Dм, lм — соответственно внутренний, на ружный диаметры матрицы и ее длина; Dб — диаметр бандажа 514 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 96. Конструкция контакта упорного элек трода для закрытой электровысадки: а — углеродистых и конструкционных сталей; б — жаропрочных и труднодеформируемых сталей и сплавов кистью, не допуская его излишков, кото рые могут привести к образованию тре щин на поверхности матрицы. Контакт упорного электрода для сво бодной электровысадки выполняют в ви де плоского диска, запрессованного в упорную плиту (см. рис. 93, а). Зависимость диаметра D упорного электрода от силы тока нагрева сле дующая: I 0,785D 2 < 10 А / мм 2 , причем диаметр D должен быть не меньше диаметра высаженной части поковки. Контакт упорного электрода для за крытой высадки выполняют обычно по одному из вариантов, представленных на рис. 96. Он состоит (рис. 96, а) из корпуса 1 с накладкой 2. Размеры кор пуса должны удовлетворять следую щему уравнению: I 0,785(d 22 - d12 ) Остальные размеры определяют из прочностных расчетов по максималь ной силе деформирования. В случае электровысадки жаропроч ных и труднодеформируемых сталей применяют накладку с проточкой, по казанную на рис. 96, б. Размеры про точки выбирают из следующих соотно шений: h » 0,2 d з ; d п » (1,2¼1,5)d з , где dз — наружный диаметр исходной заготовки. Корпус контакта упорного элек трода и накладку изготовляют из раз ных материалов. Корпус изготовляют из бронз типа НБТ (ГОСТ 18175–78) с 180…220 НВ или из сплавов типа Мц2, Мц3, Мц5 (ГОСТ 18175–78) с 170… 180 НВ. Накладку обычно припаивают к корпусу и изготовляют из сплавов на основе вольфрама (например содержа щие более 90 % вольфрама, а также ни кель, медь и оксид алюминия). Можно вместо накладки использовать корпу са с наплавной электродной проволо кой с повышенным содержанием ни келя (св. 60 %). Конструкция узла радиального элек трода представлена на рис. 93, а, кон струкция вставок — на рис. 97. Заго товка контактирует с электродом по поверхностям диаметром d1 , который < 5K7 А / мм 2 . В полость отверстия d подводится во да. Размер D (мм) выбирают из условия D = D 2 - (0,3K1) мм, где D 2 — диаметр матрицы. Рис. 97. Конструкция вставок радиального электрода ЭЛЕКТРОВЫСАДКА 515 для заготовок диаметром d = 10…50 мм определяется по следующей зависи мости: d1 = d + (0,05¼0,1) мм. Зазор между вставками Dl выбира ют в диапазоне Dl = 0,3…0,8 мм и для диаметров d > 50 мм Dl £ 1 мм. Длину поверхности контакта нахо дят из следующих соотношений: I £ 5¼7 А / мм 2 ; 2 pkd1l p= p1 , 2pkd1l где k — коэффициент (для точных ка либрованных заготовок k = 0,9, для за готовок нормальной точности из хо лоднотянутых, холоднокатаных труб и прутков по ГОСТ 8734–75 и ГОСТ 7417–75 k = 0,7); р1 — давление сж атия (для сплошных заготовок р1 » 120… 140 МПа, для тонкостенных труб р1 » » 50…70 МПа). Материал вставок тот же, что и для корпуса контакта упор ного электрода. Для высадки деталей с малой про дольной устойчивостью следует приме нять конструкцию радиального элек трода, представленную на рис. 98, ко торая состоит из вставок 1, верхнего 2 и нижнего 3 башмаков, направленных по колонкам 4, дающим возможность компенсировать нагрузки от внецен тренного приложения силы высадки (колонки изготовляют из немагнитных сталей и сплавов). Разработка технологического про цесса электровысадки. Прежде всего необходимо выбрать схему электровы садки, причем предпочтение следует отдавать свободной электровысадке, как более простой. Эту схему следует применять для получения заготовок под последующую штамповку без до полнительного подогрева на КГШП, Рис. 98. Конструкция радиального электрода для высадки заготовок с малой продольной устойчивостью винтовых и других прессах. Этим ме тодом получают, например, клапаны и тяги для автомоби лей. При необходи мости выдерживания постоянных раз меров высаженной части применяют закрытую электровысадку. Последовательность разработки тех нологического процесса после выбора схемы электровысадки следующая: 1) разработка чертежа поковки и исходной заготовки; 2) расчет технологических парамет ров электровысадки; 3) выбор технологической оснастки; 4) выбор оборудования. При разработке чертежа поковки не обходимо учитывать особенность инст румента для электровысадки, который, как правило, разрушается, практически не изнашиваясь. Поэтому допуски на износ инструмента не предусматрива ют. На рис. 99 приведены схемы назна чения припуска на детали сплошного (рис. 99, а) и трубчатого (рис. 99, б) се чений. Размеры поковки после электро высадки определяют из следующих формул: 516 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ на толщину стенки трубы; F — пло щадь сечения высаженной части по ковки; f — площадь сечения исходной заготовки; d5, d6 — припуски соответ ственно на торцовую и затылочную части утолщения (d5 назначается в за висимости от размеров поковки и утолщения, d5 » 0,5…5 мм и является следствием электрической эрозии и температурной усадки; d6 выбирают в зависимости от формы переходной части детали, чтобы при механической обработке получить годную деталь с минимальным отходом металла). В случае передачи поковки после электровысадки на дальнейшую обра ботку давлением по чертежу оконча тельной поковки рассчитывают объем металла в высаживаемой части: – для плоской деформации (тонко стенные трубы полосы и т. п.) Рис. 99. Схема назначения припусков на поковки: а — поковки сплошного сечения; б — поков ки трубчатого сечения V п = K 1h 2 L п ; – для осесимметричной деформации – для заготовок сплошного кругло го сечения D = D1 + 2 d 1 + 2 d 2 + d 3 ; (23) – для трубчатых заготовок внеш ний диаметр соответствует предыду щему выражению, а внутренний диа метр определяют из формулы D в = D1в - 2 d 1 - 2 d 2 - d 3 - 2 d 4 F / f . Длина высаживаемой части lв = lr + d 5 + d 6. В этих формулах d1 — припуск на механическую обработку на сторону (выбирают по ГОСТ 7505–89); d2 — припуск на несоосность высаженной части (d2 » 0,1…0,5 мм); d3 — припуск на температурное расширение при температуре электровысадки; d4 — максимальный отрицательный допуск V о = K 2d 3, где h — толщина стенки трубной заго товки; L п — длина окружности по среднему диаметру трубы (или шири на полосы); K 1 , K 2 — коэффициенты, выбираемые по графикам, приведен ным на рис. 100. Рассчитанный при пуск металла необходимо распреде лить так, чтобы уменьшить несиммет ричность высаживаемой части. После чего определяют объем высаживаемой части, и по нему — длину заготовки. Допуск на длину заготовки нужно вы бирать по 7…8му классу точности. Для расчета технологических пара метров процесса электровысадки необ ходимы следующие исходные данные: материал и размеры изделия; требуе мое утолщение F/f; шероховатость и точность исходной заготовки; техни ческая характеристика оборудования. ЭЛЕКТРОВЫСАДКА 517 в табл. 42, необходимо уменьшать тем больше, чем сильнее отличаются их ме ханические характеристики от характе ристик указанных выше марок сталей. Силу высадки приближенно можно определить по следующей формуле: P = 1,25 ×10 3 s вt FKn, (24) где F — площадь сечения изготовляе мой поковки, м2; s вt — временное со противление материала при температу ре высадки, МПа; K — коэффициент, зависящий от формы высаживаемой части (для свободной высадки при H/d ³ 1 K = 1,2; при H/d £ 1 K = 1,5…2,7; для закрытой высадки при H/d ³ 0,3 K = 5…6; при 1 £ H/d £ 1,5 K = 2…3 и при 0,3 £ H/d £ 1 K = 3, где H — высота выса женной части; d — начальный диаметр прутка); n — коэффициент, учитываю щий скорость деформирования; n = 1… 2 (большее значение соответствует бо лее быстроходным машинам). Скорости движения высадочного v1 и упорного v2 ползунов определяют по следующим формулам: Рис. 100. Кривые для определения коэффициен тов K1 для плоского и K2 для осесимметричного деформирования при расчете объема металла вы саживаемой части поковки Скорость деформирования равна v = v1 - v 2 , где v1 и v 2 — скорость соот ветственно высадочного и упорного ползунов при рабочем ходе. Скорости деформирования для заго товок из низколегированных и конст рукционных сталей марок Ст3, сталь 45, 30ХГСА и им подобных можно опреде лить по табл. 42. Для высоколегированных, трудноде формируемых, жаропрочных и жаро стойких сталей и сплавов значения ско ростей деформирования, приведенные v1 = F v; F-f (25) v2 = f v. F-f (26) 42. Максимальные скорости деформирования при электровысадке Исходная заготовка v, мм/с, при f £ 500; d £ 50 500 £ f £2000; 50 < d £90 f > 2000; d > 90 Сплошные заготовки повышенной точ ности с поверхностью хорошего качества (шлифованные, калиброванные и т.п.) 20…12 6…8 0,5…1 Сплошные заготовки обычной точности (холоднотянутые, холоднокатаные и т.п.) 8…10 4…6 0,5…1 Заготовки трубные тонкостенные с ма лой продольной устойчивостью и боль шой площадью соприкосновения с ра диальным электродом 5…6 3…4 1…2 П р и м е ч а н и е. f — площадь поперечного сечения сплошных заготовок, мм2; d — наружный диа метр трубных заготовок, мм. 518 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Силу тока нагрева рассчитывают по формуле I = f v1 [ln(1 + bt ) - ln(1 + bt0 )] ; (27) An где A = 0,9b r0 ; c0 g 0 (28) n — коэффициент, характеризующий длину недеформированной части за готовки между радиальным и упорным электродами (для сплошных заготовок n » 2,5d, для тонкостенных труб n » 5h); c0 — теплоемкость материала при 20 °C; r 0 — удельное электрическое сопротивление деформируе мого ме талла при 20 °С; g 0 — плотность метал ла при 20 °С; b — температурный ко эффициент, учитывающий изменение теплофизических характеристик ме таллов при нагреве; t — температу ра деформирования; t0 — температура заготовки на выходе из радиального электрода. Пример расчета технологического про цесса электровысадки. На рис. 101, а представлен чертеж детали типа «Шток». Разработаем технологический процесс получения поковки штока электровы садкой с последующей механической обработкой. Материал — сталь 40, пру ток калиброванный 25 -0,14 (ГОСТ 7417– 75). Изделие относится к первой груп пе поковок (электровысадка закрытая). Припуск на механическую обработку по диаметру высадки по ГОСТ 7505–89 определен на сторону: d = 1,8 мм. В связи с тем, что окалина при элек тровысадке практически отсутствует, нет обезуглероживания и шерохова тость поверхностей заготовки неболь шая, примем этот припуск не на сто рону, а на диаметр, т. е. 2d 1 = 1,8 мм. Рис. 101. Деталь «Шток» и поковка после электровысадки: а — чертеж детали «Шток»; б — чертеж поковки Припуск на несоосность примем равным двойному полю допуска на диаметр заготовки: d 2 = 2×0,14 » 0,3 мм. Припуск на температурное расши рение определим по формуле d 3 = aD1¢t, где a — температурный коэффици ент линейного расширения (a = 15 ´ ° ´10 -6 C -1 ); D1¢ = D1 + 2 d 1 + 2 d 2 ; темпе ратуру деформации примем t = 1200 °С. Получаем d 3 = 15 ×10 -6 ( 55 + 1,8 + 0,6)1200 = 1,03 мм. Припуск на торцовую часть, учиты вая небольшую величину утолщения, примем d 5 = 1,5 мм. Диаметр утолщения по формуле (23): D = 55 + 1,8 + 0,6 + 1,03 » 58,5 мм. Для уменьшения расхода металла на механическую обработку применим ЭЛЕКТРОВЫСАДКА ступенчатое регулирование скорости отвода упорного электрода, уменьшив ее до нуля в момент, когда высадочный электрод не дойдет до своего крайнего положения рабочего хода на величину z = 0,5V в / f ; где V в — объем переход ной части поковки. Тогда припуск d 6 можно определить по формуле: – для максимального диаметра утол щения d ¢6 » d 5 ; – для минимального диаметра утол щения d 6¢¢ » d 5 с плавным радиусом перехода, как по казано на рис. 96, б. Из геометрических соотношений определим: Vв 7630 = 7630 мм3; z = 0,5× 490 519 b = 3,8×10 -3 °C-1; r0 Ом × м 4 . = 3,6 ×10 -14 c0 g 0 Дж По формулам (27) и (28) находим силу тока I = 4,91 ×10 -4 ´ ´ 0,0122[ln a - ln b] 0,9 × 0,0038 × 3,6 ×10 -14 × 2,5 × 0,025 » » 23000 А , где a = 1 + 0,0038 ×1200; b = 1 + 0,0038 ×100. Определяем размеры матрицы (ма териал матрицы принимаем 22ХС, а бандажа — сталь 12Х18Н9Т) из урав нения I= » 8 мм. 2pltF , r t ln(Dб / D в ) Суммарный объем высаженной части V » 120 000 мм3, длина заготовки для получения этого объема l в = 243 мм, общая длина заготовки l з = 243 + 560 = = 803 -2, 3 мм. Из табл. 41 выберем скорость де формирования: v = 10 мм/с. Силу деформирования определим по формуле (24): где Dб — наружный диаметр бандажа; D в — внутренний диаметр матрицы; l — теплопроводность матрицы [для материала 22ХС l = 17 Вт/(м ×°С)]; r t — удельное электрическое сопро тивление при температуре деформи рования (r t = 123 ×10 -8 Ом×м). Получаем Р = 1,25×10і×2×20×0,00237×1 » 15 кН. é 2 × 3,14 ×1200 × 2,68 ×10 -3 ù = 0,0585 exp ê ú» -8 2 ë 123 ×10 (23000) û » 0,099 м = 99 мм. Скорости перемещения рабочих ор ганов оборудования вычислим по фор мулам (25) и (26): v1 = v2 = 10 × 58,5 2 58,5 2 - 25 = 12,2мм/с; 2 10 × 25 2 58,5 2 - 25 2 = 2,2мм/с. Из справочных данных определяем электрические и теплофизические ха рактеристики стали 40: Dб = D в exp(2 pltF / I 2 r t ) = Принимаем Dб = 100 мм. Диаметр матрицы найдем из фор мулы Dм = Dб + D в 100 + 58,5 = » 70 мм. 2 2 Из табл. 41 выбираем подходящую модель машины — электровысадоч ную машину В5124. 520 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 12. ШТАМПОВКА ОБКАТЫВАНИЕМ И ТОРЦОВОЙ РАСКАТКОЙ поверхностей деталей при максималь ной стойкости инструмента. Штамповка обкатыванием. Схема процесса показана на рис. 102. Кон такт пуансона 2 с заготовкой 1 носит локальный характер. При обычной схеме деформирова ния (штамповка на КГШП, ГКМ, гид ропрессах и др.) инструмент взаимо действует с заготовкой по всей ее тор цовой поверхности. При штамповке обкатыванием очаг деформации на любой стадии процесса локализован (заштрихованная область на рис. 102). Формоизменение детали обеспечи вается за счет относительного переме щения инструмента (как правило, ко нического пуансона) с наклонной продольной осью (ось Z 2 ) вокруг и вдоль вертикальной оси симметрии заготовки (ось Z 1 ). В процессе штамповки обкатывани ем (качающимся инструментом) заго товка остается неподвижной, а инстру мент выполняет два вида движений: воз вратнопоступательное от механизма пресса и колебательное (обкатывающее) от специального привода (табл. 43). Процесс обкатывания осуществляют при вертикальном расположении осей подвижного деформирующего и непод вижного опорного инструментов. Штамповку обкатыванием и торцо вой раскаткой выполняют путем пласти ческой деформации локальной зоны. Эти процессы имеют преимущества по сравнению с традиционными мето дами штамповки: значительное сниже ние силы деформирования (до 20–25 раз); получение поковок с большим от ношением диаметра к высоте (более 20); расширение области рационального ис пользования холодных деформацион ных процессов для получения точных заготовок и готовых изделий, при этом существенно снижается материалоем кость производства и уменьшается объ ем механической обработки; возмож ность получения деталей, штамповка которых обычными методами невоз можна либо затруднена изза опасности разрушения инструмента. При локальной схеме деформирова ния на большей части обрабатываемой поверхности заготовки происходит вос становление смазывающей пленки, что в значительной мере уменьшает влия ние сил трения в паре инструмент–за готовка. Это благоприятно сказывается на условиях деформирования и на стой кости инструмента. Стойкость инструмента повышается в 1,5–2 раза. Стоимость обору дования для штамповки обка тыванием и торцовой раскат кой значительно уменьшается, а бесшумность процесса спо собствует улучшению условий труда и повышению культуры производства. При выборе способа де формирования обкатыванием или торцовой раскаткой ис ходят из возможности полу чения требуемой формы, точ Рис. 102. Схема процесса штамповки обкатыванием: ности, размеров и качества 1 — заготовка; 2 — пуансон ШТАМПОВКА ОБКАТЫВАНИЕМ И ТОРЦОВОЙ РАСКАТКОЙ 521 43. Классификация способов штамповки с локализацией очага деформации по признаку движения инструментов Основной Дополнительный признак признак Схема процесса С опорой на сфериче ский подшипник скольжения Поступательное движение инст румента 1 при неподвижном опорном инстру менте 2 С опорой на подшип ник качения Круговое качатель ное дви жение деформи рующего инстру мента 1 С качающимся пуансоном Поступательное движение опорного инструмента 2 С качающейся матрицей 522 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Окончание табл. 43 Основной Дополнительный признак признак Схема процесса С вертикальным расположением осей Враща тельное + поступа тельное движения деформи рующего инстру мента 1 С горизонталь ным расположе нием осей Операции штамповки обкатывани ем могут выполняться способами от крытой (рельефная формовка, осадка, высадка, выдавливание полостей), по лузакрытой (объемная формовка, вы садка, прямое выдавливание, выдавли вание полостей) и закрытой (объемная формовка, выдавливание полостей, ка либровка) штамповки (табл. 44.). Ши роко применяют сборочноштампо вочные и разделительные операции (табл. 44). Наиболее эффективным способом считается объемное деформирование заготовки сложного, но не глубо кого контура, с малой относительной высо той (Н/D = 0,1…0,2). Находят примене ние способы и устройства для дефор мирования качающимся инструментом тонкостенных осесимметричных изде лий типа стаканов и труб. Отличием этих способов является возможность получения изделий произвольной (в том числе неограниченной) длины в сквозном качающемся инструменте с обеспечением при необходимости за данной переменной толщины стенки изделия по его длине. Этими способами можно осущест вить операции вытяжки, волочения, прессования, обжима трубчатых заго товок в диапазоне диаметров 8…250 мм с относительной толщиной стенки до 0,02. В качестве формоизменяющих опе раций широко используют осадку, вы садку и выдавливание (см. табл. 44). Их можно осуществлять в любом соче тании друг с другом и использовать для производства осесимметричных ШТАМПОВКА ОБКАТЫВАНИЕМ И ТОРЦОВОЙ РАСКАТКОЙ 44. Классификация операций обработки давлением с локализацией очага деформации № Вид опе пп рации 1 Особенности операций Формоиз меняю щие опе рации штампов кой обка тыванием и торцо вой рас каткой Осадка и высадка Осадка и высадка с выдавливанием Выдавливание прямое и обратное 2 3 Сбороч нoштам повоч ные опе рации штам повкой обкаты ванием и торцовой раскат кой Сборка обработкой заклепок Цельных Полых Обработка труб Раздача Обжим Чистовая вырубка Раздели тельные операции штам повкой обкаты ванием Свободная С прижимом С подпором 523 524 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ круглых (реже квадратных) в плане из делий из сталей из цветных металлов и сплавов. В качестве исходного материала при меняют штучные заготовки из кругло го или квадратного сортового проката; поковки, предварительно осаженные или с прошитым отверстием, а также вырубленные из листа карты. Обрабатываемые штамповкой об катыванием поковки можно разделить на 4 группы, в зависимости от приме няемых для их изготовления операций (табл. 45): 1 — круглые в плане типа инстру ментальных дисков и звездочек, изго товляемые с использованием процес сов осадки и высадки при поступа тельном и круговом качательном дви жении деформирующего инструмента (пуансона); 2 — круглые и квадратные в плане типа колес, шестерен, катков и пане лей, изготовляемые с использованием комбинации процессов осадки, вы садки и выдавливания при поступа тельном и круговом качательном дви жении деформирующего инструмента (пуансона); 3 — круглые в плане типа колец, низких стаканов и гильз, изготовляе мые с использованием процессов вы давливания при поступательном и кру говом качательном движении дефор мирующего инструмента (пуансона); 4 — круглые в плане типа высоких стаканов и гильз, изготовляемые с ис пользованием процессов вытяжки с утонением стенки (протяжки) при по ступательном движении опорного ин струмента (матрицы) и круговом кача тельном движении деформирующего инструмента (пуансона). В условиях инструментального про изводства технологические схемы при холодной обработке обкатыванием име ют свои особенности. Они обусловле ны такими факторами как форма, раз меры и материал изделия, его назначе нием. Согласно номенклатуре дета лей, по своему технологическому на значению их можно разделить на 3 группы: формообразующие, конструк ционные и технологические. К формообразующим деталям от носятся детали прессовых, литейных форм (матрицы, пуансоны и т.д.), обеспечивающие получение формы и размеров прессуемого или отливаемо го изделия. В основном их изготовляют из вы соколегированных инструментальных сталей марок 5ХНМ, 4Х4В5ФС, 3Х2В8, Х12М, ШХ15, ХВГ и к ним предъявля ют высокие требования по точности исполнительных размеров (9–12 ква литеты), а также к качеству оформ ляющих поверх ностей (Rz = 0,08… 0,16 мкм). Конструкционные детали пред назначены для обеспечения взаим ного расположения и порядка работы оформляющих деталей. Это различ ные плиты, направляющие колон ки, втулки, крепежные изделия из инструментальных и конструкцион ных сталей марок У8А, У10А, 40Х, 45, 65Г. В третью группу входят детали раз личной технологической оснастки и инструмента, например, хвостовики сверл, фрез и корпуса цанг. С учетом вышеперечисленных фак торов, целесообразно использование различных схем деформирования. Штамповка торцовой раскаткой. При выполнении процесса торцовой рас катки деформирующий инструмент получает поступательное и вращатель ное движения с вертикальной или го ризонтальной осью вращения, а опор ный инструмент с установленной в нем заготовкой вращается вхолостую или с принудительной синхронизаци ей скоростей вращения с деформи рующим инструментом (см. табл. 43). 2 1 Круглые в пла Диски с одно и двух не, D/H > 10 сторонними полостями 1…2 1…2 Некруглые в плане, В /H = 10…30 2.1 2.2 2…3 Круглые в пла Трубы и кольца с флан не, D/H > 10 цами 1.3 Полотна, панели с од носторонним рельефом 2…3 Круглые в пла Диски с одно и двух не, D/H > 10 сторонней ступицей Число перехо дов 1.2 Эскиз 1…2 Тип детали Круглые в пла Диски постоянной тол не, D/H > 10 щины и близкие к ним Признаки 1.1 Груп Под па группа 45. Классификация поковок для штамповки обкатыванием Осадка и высадка с выдавливанием ка чающимся пуансо ном Осадка и высадка качающимся пуан соном Методы штамповки ШТАМПОВКА ОБКАТЫВАНИЕМ И ТОРЦОВОЙ РАСКАТКОЙ 525 2.3 3.1 4.1 2 3 4 Груп Под па группа 2…3 2…4 Круглые в пла Высокие стаканы, не, D/B = 5…100 гильзы Число перехо дов Круглые в пла Низкие стаканы, гильзы не, D/H > 10 Эскиз 2…3 Тип детали Диски с венцами и сту Круглые в пла пицами с одно и двух не, D/H > 10 сторонними полостями Признаки Вытяжка с утоне нием стенки (про тяжка) качающейся матрицей Выдавливание ка чающимся пуансо ном Осадка и высадка с выдавливанием ка чающимся пуансо ном Методы штамповки Окончание табл. 45 526 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ ШТАМПОВКА ОБКАТЫВАНИЕМ И ТОРЦОВОЙ РАСКАТКОЙ Процесс используется преимущест венно для формоизменяющих опера ций деформирования заготовок в хо лодном и горячем состояниях (см. табл. 44). Параметры технологического процес са. Основными параметрами, опреде ляющими режим обработки при штам повке обкатыванием, являются (см. рис. 102): угол наклона оси инструмента g; характер колебательного движения инструмента (круговое, спиральное, ле пестковое, прямолинейное, орбиталь ное и другое); величина подачи инстру мента на один оборот водила S, мм/об; скорость вертикальной подачи v, мм/с; окружная скорость w, рад/с; степень де формации e; сила деформирования P д ; температура деформирования t °C; чис ло циклов нагруженния и геометриче ские параметры заготовки. Пресс также должен обеспечить за данные значения силы деформирова ния и момента обкатывания заготов ки, работы деформирования заготовки от поступательного и вращательного движений инструмента и частоту хо дов пресса. Величина угла наклона g оси инст румента относительно вертикальной оси оказывает существенное влияние на энергосиловые параметры процес са, равномерность распределения де формации по объему и скорость ее распространения. Угол наклона g вы бирается в зависимости от того, холод ное, полугорячее или горячее дефор мирование производится. Угол наклона g оси инструмента при холодном деформировании при нимается обычно в интервале от 0 до 3°. Установлено, что при заданной си ле деформирования с увеличением уг ла наклона величина осадки увеличи вается. Теоретический анализ и экспери ментальные исследования свидетель ствуют о том, что максимальный КПД 527 соответствует углу наклона оси инст румента g = 1° 30¢. При значениях g < 1° 30¢ и g > 3° КПД уменьшается. С увеличением g выигрыш в силе воз растает при общем увеличении энер гозатрат. При увеличении значения угла g выше 5…6° эффективность процесса снижается, а энергосиловые затраты на качение инструмента резко возрас тают. Как показывает практика, при выборе угла наклона наиболее целесо образно исходить из конкретных усло вий обработки (т.е. схем и режимов де формирования конкретной детали). Для горячей и полугорячей штам повки предпочтительней бульший угол, чем для холодной штамповки, для уменьшения времени обработки и со хранения температуры обрабатываемой заготовки. Кроме того, угол наклона оказывает определенное влияние на точность и состояние поверхности об рабатываемой заготовки, что особенно важно при холодной штамповке. В случае равенства угла наклона пу ансона относительно оси изделия углу конусности пуансона, поверхность об жатия теоретически получается пло ской. Угол конусности пуансона ока зывает влияние на равномерность де формации. С увеличением конусности деформация приобретает более нерав номерный характер. При штамповке наклонным качаю щимся инструментом максимальное давление в центре составляет пример но четвертую часть предела текучести, достигая наибольшего значения, рав ного трехкратному пределу текучести, на расстоянии 0,6 наружного радиуса от центра, и вновь снижаясь примерно до значения предела текучести на пе риферии. Это объясняет появление, в некоторых случаях при Н/D < 0,1 в цен тре заготовки разрывов металла за счет возникновения растягивающих напря жений. При уменьшении угла наклона 528 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 103. Виды движения деформирующего инструмента: а — круговое; б — спиральное; в — лепестко вое; г — прямолинейное инструмента вероятность растрескива ния металла в центре понижается. Выбор кинематики колебательного движения инструмента прежде всего зависит от конфигурации обрабаты ваемого изделия и возможности прес сового оборудования. В практике широко применяются че тыре вида движения инструмента: круго вое, спиральное, лепестковое, прямоли нейное (рис. 103). Выбор характера движения зависит от формы поковки. К первой, самой распространенной группе кругового движения (рис. 103, а), относятся изде лия типа колец, фланцев, дисков и т.д. Спиральное движение (рис. 103, б) целе сообразно использовать при сложном рельефе центральной области поковки. Лепестковое движение (рис. 103, в) со провождается преимущественным тече нием металла в радиальном направле нии и обеспечивает наилучшие условия для получения штамповкой обкатыва нием поковок зубчатых колес с симмет ричным профилем зуба. Прямолиней ное движение рекомендуется при штам повке некруглых в плане поковок. При закрытом деформировании стальных изделий, имеющих ступен чатую полость, рациональнее с точки зрения стойкости оснастки использо вать спиральную или планетарную траекторию, а не орбитальную. Это объясняется значительным возраста нием в последнем случае скручиваю щего момента (угла скручивания), ко торый приводит к разрушению качаю щегося инструмента. При проектировании и внедрении технологических процессов штамповки обкатыванием режимы обработки сле дует назначать исходя из следующих факторов: технологических и конструк тивных возможностей прессового обо рудования, точности требуемых геомет рических размеров изделия, конфигура ции прессуемого изделия, качества по верхности и структуры изделия. Для выбора энергосиловых пара метров механизма силового нагруже ния сила деформирования P д опреде ляется равенством P д = p ср f , (29) где p ср — средняя удельная сила на контакте инструмента с заготовкой; f — площадь контакта инструмента с заго товкой в процессе деформирования: f = lpR 2 , (30) f — коэффициент уменьше F ния контактной площади по сравне нию с обычной осадкой; R — радиус заготовки; F — площадь заготовки в процессе деформирования. где l = æ S ö ÷÷ l = çç è 2 Rtg2 g ø 0,665 , (31) где S — подача инструмента за один обо рот; g — угол наклона оси инструмента. ШТАМПОВКА ОБКАТЫВАНИЕМ И ТОРЦОВОЙ РАСКАТКОЙ Средняя удельная сила æ e ц öö æ 2R ö 1 æ ÷÷ ÷, p ср = s s çç 1 + lm ç + 1 ÷ + çç 1 + è 3h ø 4 è 1 - e ц ø ÷ø è (32) где s s — предел текучести; m — коэф фициент трения на контакте заготов ки с инструментом; h и R — высота и радиус заготовки; e ц = S / h — цикло вая степень деформации; S — подача инструмента за один оборот. При небольших значениях e ц мож но приближенно определить é æ 2 R öù p ср = s s ê1,25 + lm ç + 1 ÷ú è 3h øû ë При минимальной подаче S m инст румента за один оборот, S m = 2 Rtg2 g, Подачу инструмента на оборот при l = 1 целесообразно осуществлять при горячей штамповке, когда площадь за готовки в начальный момент хода де формирования минимальная и про цесс деформирования по силовым па раметрам пресса возможен без локаль ной деформации. Для анализа процесса деформиро вания обкатыванием удобно приме нять параметр обкатывания q, равный отношению подачи инструмента S на оборот к радиусу R заготовки в про цессе деформирования, q= (33) (34) площадь контакта инструмента с заго товкой равна площади всей заготовки (l = 1). 529 S R (35) Зависимость (31) с учетом (35) будет иметь вид æ q ö ÷÷ l = çç è 2 tg2 g ø 0,665 (36) На рис. 104 показано изменение па раметра уменьшения контактной пло щади l от параметра q. Рис. 104. Изменение параметра уменьшения контактной площади в зависимости от q: 1 — g = 1°; 2 — g = 10° 530 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Мощность пресса, необходимая для силового нагружения N P = P д v, (37) где v — скорость вертикальной подачи. Для установления параметров ме ханизма обкатывания находят мощ ность деформирования 1 N M = (1 - l ) p ср wSR 2 2 (38) Расчетные формулы (29–38) при менимы и для расчетов параметров процесса то рцовой раскатки. Оборудование. Производство штам пованных изделий штамповкой обкаты ванием и торцовой раскаткой осуществ ляется как с использованием специаль ных приставок к универсальным (обыч но гидравлическим) прессам, так и на специализированном оборудовании. Оборудование для штамповки обка тыванием. Созданием конструкций спе циализированного оборудования для штамповки обкатыванием занимаются в России (НИИМТ, ВНИИТмаш и др.), Великобритании (B.&S. Massey), Поль ше, Швейцарии, США и т.д. Серийно выпускаемые фирмой Schmid (Швейцария) прессы моделей Т200 и Т630 имеют принципиальную схему конструкции, показанную на рис. 105. Технические характеристики этих прессов приведены в табл. 46. Прессы предназначены для произ водства холодной штамповкой обка тыванием поковок групп 1–3 (см. табл. 45) из цветных металлов, мало углеродистых и высоколегированных (при несложной форме) сталей, в том числе коррозионностойких и шари коподшипниковых. Осевое перемещение сообщается опорному (нижнему) инструменту ниж ним гидроцилиндровым приводом, а обкатывание заготовки деформирую щим (верхним) инструментом обеспе Рис. 105. Схема конструкции прессов фирмы Schmid: 1 — траверса; 2 — гидроцилиндры быстрого хода; 3 — нижний инструмент; 4 — направ ляющие колонны; 5 — верхний инструмент; 6 — полусфера; 7 — эксцентриковая втулка привода качания; 8 — водило полусферы; 9 — ползун; 10 — выталкиватель; 11 — станина чивается верхним электромеханиче ским приводом. В прессах предусмотрено 4 вида движения деформирующего инстру мента: круговое, прямолинейное, спи ральное и лепестковое (см. рис. 103). Пресс конструкции ВНИИТмаша (г. Волгоград) по исполнению и прин ципу действия аналогичен прессам «Ro taform 150». Он предназначен для полу горячей штамповки обкатыванием осе симметричных круглых в плане поко вок с тонким полотном повышенной точности из черных и цветных металлов диаметром до 220 мм. Схема конструк ции пресса приведена на рис. 106. Тех ническая характеристика пресса пред ставлена в табл. 47. Пресс обеспечивает производительность при ручной загруз ке 460 шт/час. ШТАМПОВКА ОБКАТЫВАНИЕМ И ТОРЦОВОЙ РАСКАТКОЙ 531 46. Технические данные прессов моделей Т200 и Т630 фирмы Schmid Параметр Т200 Т630 2000 6300 верхнего 400 1000 нижнего – 200 Номинальная сила, кН Сила выталкивателя, кН: Производительность, шт/мин 4…15 4…12 Частота качания инструмента, мин-1 0…340 0…280 Ход ползуна, мм 195 295 Угол наклона обкатывающего инструмента, ° 0…2 0…2 Открытая высота, мм 202 340 Скорость, мм/с: закрытия 125 150 раскрытия 150 200 деформирования 26 22 Диаметр поковки, мм 180 250 Высота поковки, мм 120 180 Высота заготовки, мм 180 220 Мощность электродвигателей суммарная, кВт 67 280 Масса, т 10,2 36,0 47. Технические данные конструкции прессов ВНИИТмаш Параметры ВНИИТмаш Номинальная сила, кН 2000 Частота качания обкатывающего инструмента, мин-1 900 Рабочий ход стола наибольший, мм 250 Угол наклона обкатывающего инструмента, ° 0…3 Закрытая высота, мм – Расстояние от плиты ползуна до основания, мм – Скорость осевой подачи инструмента, мм/с: на ходе приближения 100 на рабочем ходе 49 на возвратном ходе 180 Мощность электродвигателя привода качания, кВт 55 Мощность электродвигателя насосной установки, кВт 120 Выталкиватель нижний: номинальная сила, кН 380 ход толкателя, мм 80 Габаритные размеры, мм: слева направо 6680 спереди назад 4770 Высота над уровнем пола, мм 2865 Масса, кг – 532 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 13. ШТАМПОВКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ Рис. 106. Схема конструкции пресса ВНИИТмаша: 1 — шкиф клиноременной передачи с махо виком; 2 — вал приводной; 3 — сфера меха низма обкатывания; 4 — опоры с гидравличе скими подшипниками; 5 — выталкиватель нижний; 6 — гидравлический цилиндр осевой подачи нижнего инструмента Для всех рассмотренных выше спе циализированных прессов характерно сочетание электромеханического и гид равлического приводов кругового ка чания и осевой подачи инструментов. Конструкции прессов без использова ния гидравлического привода созданы на базе кривошипных машин. Состояние сверхпластичности. При знаки и условия проявления. Известны две основные разновидности сверхпла стичности — структурная сверхпла стичность, проявляющаяся в металлах и сплавах с очень мелким и равноосном зерном, и сверхпластичность превраще ния, проявляющаяся при деформирова нии материала в процессе фазового пре вращения. В настоящее время техноло гическое применение нашла в основ ном структурная сверхпластичность. Феноменологически сверхпластич ность определяется как способность ма териала к вязкопластической деформа ции и характеризуется совокупностью следующих основных признаков [1]: 1. Повышенной чувствительностью напряжения течения к изменению ско рости деформации. 2. Высокой устойчивостью течения сверхпластичных материалов, обеспечи вающей большой ресурс деформацион ной способности, благодаря чему отно сительное удлинение при растяжении таких материалов может достигать не скольких сотен и даже тысяч процентов. 3. Напряжение течения в состоя нии сверхпластичности значительно меньше предела текучести материалов в обычном пластическом состоянии. Наиболее существенным из пере численных является первый признак, а два других можно рассматривать как его следствия. Сильная зависимость напря жения течения от скорости деформации объединяет сверхпластичные материа лы (СПМ) по реологическим призна кам с вязкими жидкостями. Именно вязким поведением СПМ объясняется их способность течь под действием на пряжений, которые значительно мень ше предела текучести, и сопротивляться развитию локализации деформации, в ШТАМПОВКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ результате чего достигаются рекордные показатели пластичности. Основными характеристиками про явления эффекта сверхпластичности считают показатель скоростной чувст вительности напряжения течения (s), к изменению скорости деформации (&e) m = d1gs / d1ge& и характерную Sобраз ную (сигмоидальную) форму кривой, описывающей зависимость напряже ния течения от скорости деформации в двойных логарифмических коорди натах (рис. 107). Одной из важнейших особенностей структурной сверхпластичности являет ся сильная зависимость эффекта от раз мера и формы структурных составляю щих материала, а также от изменения структуры в процессе деформации [2]. Именно по этой причине данная разно видность сверхпластичности получила название структурной. Принято счи тать, что средний размер зерна в поли кристалле, обеспечивающий заметное проявление признаков сверхпластично сти, не должен превышать 10 мкм в те чение всего времени деформирования, а форма зерен должна сохраняться рав ноосной. При этом, чем мельче зерна, тем сильнее проявляются указанные выше признаки сверхпластичности. Условно считается, что сверхпласти ческое поведение материалов наблюда ется при m > 0,3. В отдельных случаях проявления эффекта сверхпластично сти величина m достигает 1. При таких значениях m обеспечивается достаточ 533 Рис. 107. Схема условного разделения кривой сверхпластичности на три участка: I — m < 0,3; II — 0,3 < m < mmax; III — m < 0,3 ное скоростное упрочение материалов, замедляющее развитие локализации де формации, и, как следствие, достигается большая пластичность (для сравнения, у обычных металлов m = 0,01…0,2; у смол или расплавленного стекла m = 1). Повышенные значения показателя скоростной чувствительности напряже ния течения m у большинства сплавов со средним размером зерен в пределах не скольких микрометров наблюдается в интервале скоростей деформации 10-6… 10-3 с-1. Однако в последнее время у не которых сплавов с субмикронным раз мером зерен (< 1 мкм) обнаружен сдвиг скоростного интервала сверхпластично сти на 3–4 порядка в сторону больших скоростей деформации [3]. Наивысшие показатели сверхпластичности при чрез вычайно высоких скоростях деформа ции демонстрируют объемные аморф ные сплавы [4]. От размера зерен зависят также интервалы температур дефо рма ции, при которых наблюдается сверх пластичность (табл. 48). 48. Структурная характеристика и температурноскоростные режимы деформации сверхпластичных материалов Структурная разновид ность СПматериала Средний размер зерен, мкм Температурный интер вал сверхпластичности Скоростной интервал сверхпластичности, с-1 Ультрамелкозернистый 1,0…10,0 (0,5…0,8)Tпл 10-6…10-3 Субмикронный 0,1…1,0 (0,5…0,9) Tпл 10-3 …10-1 Нанокристаллический 0,01…0,1 (0,9…0,99) Tпл 10-1…102 Объемноаморфный – (0,6…0,8) Tпл 102 …105 534 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Кривую сверхпластичности (см. рис. 107) формально разделяют на три интервала скоростей деформации. Та кое поведение является типичным для сверхпластичных материалов и обу словлено особым сочетанием механиз мов деформации металлов и сплавов с ультрамелкозернистой структурой [2]. Экспериментально установлено, что основными механизмами сверхпласти ческой деформации (СПД) являются зернограничное скольжение, диффу зионная ползучесть и внутризеренное дислокационное скольжение. Для интервала I характерным меха низмом является диффузионная пол зучесть. Интервал II характеризуется развитым зернограничным скольже нием, сопровождающимся интенсив ными смещениями и разворотами структурных составляющих сплава от носительно друг друга без значитель ного изменения начальной равноос ной формы зерен. В интервале III пре обладает внутризеренный дислокаци онный сдвиг — основной механизм обычной пластической деформации металлов и сплавов. Таким образом, зернограничное скольжение является основным меха низмом деформации при структурной сверхпластичности. Отсюда ясна опре деляющая роль структурного состояния материала в проявлении эффекта сверх пластичности — чем меньше размер и ближе к равноосной форма зерен спла ва, тем легче реализуется зерногранич ное скольжение, тем меньше напряже ние течения и выше скорость СПД. Реология и механика сверхпластиче ской деформации. По мере обобщения экспериментальных данных о законо мерностях деформации металлов и сплавов в состоянии сверхпластично сти появилась возможность перейти от качественного обсуждения физиче ских аспектов сверхпластичности к количественному описанию процес сов СПД. Это способствует не только более рациональному использованию эффекта в технологических процес сах, но и расширяет общие представ ления о поведении вязкопластических сред. Ранние модели СПД основывались на представлениях об одном опреде ляющем механизме деформации и описывали сверхпластическое течение исходя из традиционных представле ний о высокотемпературной ползуче сти как течении нелинейно вязкой жидкости s = Ke& m , или e& = Cs n , (39) где n = 1/m, K и С — коэффициенты, зависящие от структурного состояния материала, температуры и механизма деформации. Уравнение (39) может с известной точностью и в определенном диапазо не скоростей деформации описывать Sобразную кривую сверхпластично сти s = s (&e) или обратную ей кривую e& = e& (s). Выбор функции в данном слу чае зависит от вида испытаний мате риала. Однако при этом показатель скоростного упрочнения m сущест венно изменяется в зависимости от скорости деформации e& . Это представ ляет серьезное неудобство при мате матическом моделировании процес сов СПД, в частности, процессов объ емной и листовой формовки, отли чающихся нестационарностью и боль шой неравномерностью скоростей де формации по объему заго товки. Для устранения этого недостатка разработана сложная реологическая мо дель упруговязкопластической (ЕVР) среды, которая описывает реологию сверхпластичных материалов в широ ком диапазоне скоростей деформации [1]. Модель ЕVР среды эффективно ис пользуется при решении научных и тех нологических задач обработки металлов ШТАМПОВКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ 535 давлением в состоянии сверхпластич ности. Уравнение связи напряжения те чения и скорости дефо рмации, соот ветствующие этой модели, имеет вид: s =ss s 0 + k v e& mv s s + k v e& mv или (40) 1/ mv æ s s -s0 ö ÷÷ e& = çç s è kv s s -s ø Рис. 108. Зависимость напряжения течения ЕVР среды от скорости деформации , где s 0 — пороговое напряжение, соот ветствующее скоростям деформации, близким к нулю; s s — предел текуче сти при больших скоростях деформа ции; k v и m v — параметры упруговяз кого элемента модели (рис. 108). Достоинством реологической мо дели ЕVР среды является инвариант ность ее коэффициентов s 0 , s s , k v и m v относительно изменения скорости деформации в широком скоростном интервале. Дальнейшее развитие модели ЕVР среды ориентировалось на количест венный учет таких важнейших пара метров, как степень деформации и структура материала. На основе представлений об экви когезивном состоянии материала бы ла постулирована реологическая мо дель SР среды, учитывающая струк турный фактор в виде: ¶s ij / e&x j + rbi = 0, 1/ mv æ s -s0 ö ÷ e& = e& eq exp[W(s - s eq )]ç è s s -s ø для каждого конкретного сплава, не зависимо от его структурного состоя ния, с весьма высокой точностью и рекомендуется для использования при расчете технологии таких процессов сверхпластического деформирования, для которых параметры структуры являются определяющими (например, сверхпластическая формовка, формов ка, совмещенная с диффузионной свар кой и др.). Рассмотренные уравнения (39)–(41), выбираемые в зависимости от продол жительности процесса СПД, требуе мой точности, а следовательно, и слож ности модели процесса деформирова ния, замыкают общую систему урав нений, описывающих механическое поведение СПМ как сплошной среды. Эта система для случая изотермиче ского деформирования включает урав нения равновесия для напряжений s ij , (41) где s eq и e& eq — напряжение и скорость деформации, соответствующие экви когизивному состоянию и характери зующие верхнюю границу интервала II (см. рис. 107); W — структурный тер моактивируемый параметр, зависящий от среднего размера зерен сплава. Уравнение (31) описывает весь массив экспериментальных данных (42) где r — плотность материала, bi — компоненты вектора массовой силы и уравнения связи компонентов тензора скоростей деформации e& ij с вектором скорости перемещения e& ij = 1 / 2 (¶v i / ¶x j + ¶v j / ¶x i ). (43) Уравнения связи между тензора ми напряжений и скоростей дефор мации для сверхпластичного мате риала с учетом предположения о ко 536 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ аксиальности осей тензоров пред ставляют в виде e& ij = 3 e& и S ij , 2 sи где S ij = s ij - s 0d ij — компоненты де виатора напряжений; d ij — символ 0, 5 æ2 ö Кронекера; e& и = ç e& ij e& ij ÷ — интен è3 ø сивность скоростей деформации; s и = 0, 5 æ3 ö = ç S ij S ij ÷ — интенсивность напря è2 ø жений; соотношение между интенсив ностями e& и и sи устанавливается урав нениями (39), (40) или (41). В настоящее время применяется описанная механикоматематическая модель для расчетов технологических задач сверхпластического деформиро вания аналитическими и численными методами. Аналитические методы ба зируются на ряде упрощающих допу щений относительно геометрии и свойств деформируемого тела и позво ляют получить корректные решения в основном только для простейших тех нологических процессов. Достоинство этих методов — быстрая приближен ная оценка процесса формоизменения и оптимальных технологических пара метров. Для учета особенностей граничных условий, сложной геометрии и других факторов, часто оказывающих суще ственное влияние на процесс формо изменения, требуется использование более мощных численных методов. Среди них основное внимание уделя ется развитию и совершенствованию математических моделей процессов СПД, базирующихся на методах ко нечных элементов, локальных вариа ций и им подобных [5]. Сверхпластичные материалы. В на стоящее время известно множество ме таллов и сплавов, а также интерметал лидов, керамических и композицион ных материалов, проявляющих эффект сверхпластичности. Принято считать [2–4], что любой сплав с ультрамелким равноосным зерном при повышенных температурах и определенных, доста точно низких скоростях деформации, может в большей или меньшей мере проявлять признаки сверхпластично сти. Однако для практического исполь зования эффекта сверхпластичности недостаточно иметь в исходной заго товке ультрамелкое равноосное зерно. Необходимо еще сохранить малый раз мер зерен в течении всего времени СПД, причем следует отметить, что для мелкозернистой структуры характерна большая склонность к росту зерна, обу словленная стремлением уменьшить суммарную энергию межзеренных гра ниц. В табл. 49 дан краткий обзор ти пичных сверхпластичных материалов. По типу микроструктуры все про мышленные сверхпластичние сплавы можно разделить на две группы [6]. К первой группе относятся сплавы с мат ричной структурой, в которых рост зерен основной фазы (матрицы) сдерживается частицами второй фазы, распределенны ми в матричной фазе. Например, к этой группе сплавов относятся алюминиевые сплавы 1201, 1420, В95 и др. Вторую группу составляют сплавы с микродуплексной структурой, у кото рых зерна двух фаз перемешаны, а объ емные доли фаз примерно одинаковы. У этих сплавов максимально развита поверхность раздела фаз с разным ти пом кристаллической решетки и раз ным химическим составом, что обеспе чивает максимальное взаимное тормо жение роста зерен этих фаз. Примера ми сверхпластичных сплавов с микро дуплексной структурой являются (a+b) титановые сплавы ВТ6, ВТ14 и другие, ферритноаустенитная коррозионно стойкая сталь ВНС48 и др. ШТАМПОВКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ 537 49. Типичные представители сверхпластичных материалов Виды сверхпла Основа стичных мате мате риалов риала Сталь коррози онностойкая Сталь сверхвысо коуглеродистая Цветные сплавы с поликристал лической струк турой Fe–26 %C–6 %Ni–1 %Ti Fe–(1,6…2,6)%C Al Mg Ni Ti La Pd Zr Интер металлиды Керамические материалы Композиты на металлической основе Композиты на керамической основе Коммерческое наименование сплава Стандарт России Стандарт США ВНС48 (ЭК65) IN 744 Fe Cu Цветные объем ноаморфные сплавы Химический состав (система сплава) Ni Ti ZrO2 Ca Si Fe Al сплав 7475 Si3N4/ SiC ZrO2/A l2O3 Экспериментальные сплавы Al–Cu–Li 1450 2090 Al–Cu–Mg Д20; Д1201 Al–Cu–Zn 2004 (Supral) Al–Li–Cu–Mg 8090 Al–Mg–Mn АМг6 5083 Al–Mg–Zr 1420 Al–Zn–Mg В95; В96ц 7075; 7475 Cu–Al–Fe CDA619 Cu–Zn Экспериментальные сплавы Cu–Zn–Pb ЛС59–1 Mg–Al–Zn–Mn МА2–1 Mg–Li Ni–Co–Cr–Al–Ti–Mo–V–B IN–100 Ni–Co–Cr–Mo–Al–Ti–Zr–B Udimet 700 Ni–Co–Cr–Mo–Al–Ti–B Astroloy Ni–Cr–Co–Mo–Al–W–Ti–Fe ЖС6КП Ni–Cr–Co–Mo–Ti–Al–Zr–B Waspaloy Ni–Ta–Cr–Al–W–Mo–Nb–Zr TAZ–8А Ti–4 %Al–3 %Mo–1 %V ВТ14 Ti–6 %Al–2,5 %Mo–2 %Cr–1 %Fe ВТ3–1 Ti–6 %Al4 %V ВТ6 IMI 318 Ti–6,5 %Al–3,5 %Mo–2 %Zr ВТ9 La–25 %Al–20 %–Ni Экспериментальный сплав Pd–40 %Ni–20 %P Экспериментальный сплав Zr–22,5 %Be–14 %Ti–12,5 %Cu–10 %Ni Vitraloy 1 Zr–15 %Al–15 %Cu–10 %Ni Экспериментальный сплав NiAl3 Сплавы с памятью формы Ti3Al ZrO2–6,2 %Y2O3 3YTZP Ca10(PO4)6(OH)2 Гидроксиапатит (биокерамика) Si6xAlxOyN8y Альфасиалон Fe–(24…40)Fe3C Аналог «дамасских» сталей (Al–Zn–Mg)–SiC SiC/7475 (Al–Zn–Mg)–Si3N4 Si3N4/7475 Si3N4/SiC Конструкционные материалы (ZrO2/Al2O3)–4 %Y2O3 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 538 50. Характеристики сверхпластического состояния некоторых сплавов Основа сплава Марка сплава Средний размер зерен, мкм Тсп, °С e& сп , с-1 sсп, МПа mv dmax, % Al В96ц 5,0 465 10-3 5,0 0,60 850 1420 5,5 450 4×10-4 5,0 0,55 700 Fe Амг6 9,5 420 6×10-5 5,0 0,45 410 ВНС48 2,5 950 10-3 25,0 0,47 600 2,0 780 4×10-3 80,0 0,50 280 (03Х26Н6Т) 12Х18Н10Т Мg Ni Тi МА8 15,0 400 2×10-3 9,0 0,42 300 МА15 15,0 450 2×10-3 11,0 0,45 320 МА21 15,0 450 8,3×10-3 2,0 0,55 475 5,0 0,50 650 5,0 0,40 420 ЖС6КП 5,5 1100 1,7×10-3 ЖС6К 7,5 1125 5×10-3 ВТ31 1,2 870 3×10-3 5,0 0,52 2000 ВТ6С 1,5 900 10-3 10,0 0,52 1800 29,0 0,60 1800 5,0 0,70 2000 ВТ9 2,0 950 2,7×10-3 ВТ14 1,2 870 5×10-3 ZrO2 YТZР (керамика) 0,3 1550 8,3×10-3 9,0 0,50 800 La La55Al25Ni20 Аморфный 200 5×105 15,0 1,0 20 000 В табл. 50 приведены примеры ха рактеристик сверхпластического со стояния некоторых сплавов, получен ных при испытаниях на растяжение. При переходе от растяжения к сжатию, более характерному для про цессов объемной штамповки, напря жение течения заметно увеличивает ся, область СПД смещается в сторону более высоких скоростей деформа ции, приближающихся к скоростно му диапазону серийных гидравличе ских прессов. До недавнего времени одним из серьезных препятствий использова ния сверхпластичности в обработке металлов давлением считались очень малые скорости деформации, при ко торых это состояние проявляется. Од нако сравнительно недавно появились сообщения о высокоскоростной сверх пластичности некоторых металличе ских сплавов и композитов при скоро стях деформации до 102 с-1, сущест венно превышающих скорости дефор мации, характерные для традицион ных процессов ОМД. Например, ре кордное удлинение 1250 % при скоро сти деформации 50 с-1 и температуре 525 °С получено у механически легиро ванного алюминиевого сплава IN9021 (А1 — 4 % Сu — 1,5 % Мg — 1,1 % С — 0,80 %) [3]. Наконец, скорости сверх пластической деформации объемных аморфных сплавов оказались на три порядка выше скоростей деформации, характерных для высокоскоростной сверхпластичности (см. табл. 44). Эти результаты позволяют поно вому оценить перспективы использо вания сверхпластичности в техноло гии обработки металлов давлением в связи с устранением негативного фак тора малых скоростей деформации, с ущественно ограничивающего произ водительность процессов, основанных ШТАМПОВКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ на применении сверхпластичности. Кроме того, расширение скоростного диапазона с обнаружением сверхпла стичности у многих типов поликри сталлических материалов, включая ке рамику, позволяет сделать вывод о широком распространении и сравни тельно легком достижении этого со стояния в интересах создания эффек тивных процессов. Основные направления использова ния сверхпластичности в технологии об работки металлов давлением. Матери ал, деформируемый в сверхпластиче ском состоянии, характеризуется по вышенной чувствительностью напря жения течения к скорости деформа ции. Таким образом, с позиции реоло гии сверхпластичность тождественна вязкопластичности, причем вязкое по ведение материала существенно влияет на процесс деформации. Анализируя особенности вязкого поведения сверхпластичных материа лов, легко показать, что именно оно создает предпосылки для рациональ ного использования сверхпластично сти в процессах ОМД. Так, например, из формулы (40) следует, что, умень шая скорость деформации сверхпла стичного материала, можно сущест венно снизить рабочее давление, силу деформирования и, соответственно, работу деформации. При этом влия ние скорости деформации на энерго силовые параметры процесса тем больше, чем больше коэффициент m, т.е. чем сильнее проявляется эффект сверхпластичности. Из формулы (40) следует, что тече ние сверхпластичного материала на чинается при sи £ s0, причем порого вое напряжение sи обычно в 100…1000 раз меньше значения ss этого материа ла. Следствием этого является значи тельное сокращение протяженности зон затрудненной деформации, возни кающих у поверхности контакта де 539 формируемой сверхпластичной заго товки с инструментом, по сравнению с заготовкой из пластичного материала, течение которого начинается при ус ловии s = s s . На схемах (рис. 109) показан харак тер изменения протяженности зон за трудненной деформации. Схемы на глядно показывают, что деформирова ние заготовки в режиме сверхпластич ности способствуют уменьшению не равномерности деформации, сущест Рис. 109. Схемы неравномерности деформации при различных процессах обработки металлов давлением (слева — деформирование пластич ного, справа — сверхпластичного материала): а — осадка (искажение координатной сетки); б — выдавливание (искажение координатной сетки); в — заполнение углов закрытого штам па (не заштрихованы зоны затрудненной деформации) 540 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ венно облегчает затекание металла штампуемой заготовки в углы и другие труднозаполняемые полости ручья штампа. Наконец, еще одно следствие вязко го характера течения сверхпластичных материалов заключается, как известно, в повышенной устойчивости деформа ции против локализации в условиях линейного и плоского растяжения, что объясняется влиянием скоростного уп рочнения, которое проявляется тем сильнее, чем больше значение m. Указанные выше особенности те чения сверхпластичных материалов составляют основу технологических преимуществ использования эффекта сверхпластичности в различных про цессах обработки металлов давлением. К настоящему времени в отечествен ной и зарубежной практике [1, 7] по лучили развитие две группы процес сов, в которых сверхпластичность используется наиболее эффективно: принципиально новые процессы фор мообразо вания, реализация которых возможна лишь благодаря особенно стям СПД, и традиционные процессы (в основном, объемная изотермиче ская штамповка), где сверхпластич ность используется для повышения их эффективности. Разрабатываются так же процессы, основанные на комби нации различных схем деформирова ния как традиционных, так и специ ально применяемых для СПД. В подходе к созданию принципи ально новых процессов обработки дав лением сверхпластичных материалов проявляется стремление использовать схемы переработки вязких материалов (нагретого стекла, термопластов и т.д.). Так, один из первых процессов, разработанных специально для фор мообразования в состоянии сверхпла стичности длинноосных изделий, — процесс бесфильерного волочения (формообразование растяжением) [1], который в некоторой степени анало гичен процессу получения стеклянных волокон (рис. 110). Степень вытяжки заготовки при бес фильерном волочении, определяющая ся соотношением скоростей подачи vп и волочения vb, m = vп / vb = R2 / r 2, (44) очевидно зависит от степени устойчи вости материала заготовки против ло кализации деформации, т.е. от показа теля m. Поэтому подобный процесс экономически целесообразен лишь для обработки сверхпластичных материа лов с высоким уровнем проявления эф фекта (m > 0,5); при этом за один про ход достигается вытяжки m = 5…10. Развитием сверхпластической фор мовки (см. т. IV) являются комбини рованные процессы, в которых сочета ется сверхпластическая формовка с диффузионной сваркой. Такие про цессы создают условия для качествен ного скачка в технологии производст ва крупногабаритных тонкостенных конструкций сложной формы, в част ности, несущих узлов летательных ап паратов, которые могут заменить бо лее тяжелые и менее прочные конст рукции, собираемые из многочислен ных деталей болтовыми соединения ми, клепкой и т.д. Процесс штамповки оребренных де талей оболочек на термоупругих прессах [1] основан на использовании повышен ной текучести сверхпластичных мате риалов — способности их под действием сравнительно небольшого давления за полнять глубокие, узкие полости штам па. Термоупругий пресс (рис. 111) — это нетрадиционное штамповочное уст ройство, в котором тепловая энергия преобразуется непосредственно в рабо ту деформации: рабочий ход осуществ ляется в результате теплового расшире ния сердечника, а сила создается тер ШТАМПОВКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ 541 Рис. 110. Формообразование растя жением (бесфильерное волочение): а — схема процесса: 1 — подаю щие ролики; 2 — нагреватель (ин дуктор); 3 — заготовка; 4 — тяну щие ролики; б — примеры профи лей: I и II — сплошные и пусто телые постоянного и переменного сечения соответственно; III — спе циальные; IV — с заострениями Рис. 111. Термоупругий пресс: а — в рабочем положении; б — процесс сбор ки; 1 — штампуемая деталь; 2 — оправка; 3 — кольцевой контейнер; 4 — печь; 5 — прибор для регистрации температуры моупругой деформацией системы сер дечник–заготовка–контейнер. Рельеф оребрения (продольный, поперечный или вафельный) образуется сжатием заготовки, находящейся между сбли жающимися наружной поверхностью сердечника и внутренней поверхно стью контейнера, и заполнением ча стью металла заготовки негативного рельефа на одной из рабочих поверхно стей, соответствующего форме и раз мерам оребрения. При использовании режимов сверхпластичности, как пока зывают исследования, возможно доби ваться полного оформления ребер, ис ключить дефекты типа утяжин, зажи мов и прострелов. Традиционная технология получе ния подобных изделий механическим, химическим или электрохимическим 542 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ фрезерованием связана с потерей в от ход от 80 до 95 % металла заготовки. Штамповка на термоупругих прессах позволяет в несколько раз увеличить КИМ, снизить трудоемкость произ водства, повысить качество готовых изделий в результате устранения под резания волокон исходной заготовки. Оригинальным решением задачи снятия отштампованного изделия с инструмента (сердечника) являлось использование для этих целей прин ципа сверхпластической формовки листовых заготовок сжатым газом пу тем раздутия готового оребренного из делия в радиальном направлении на величину, равную высоте ребер, с одновременной калибровкой размера по наружной поверхности. Наконец, повышенная текучесть сверхпластических сплавов использо вана при разработке процесса, осно ванного на комбинации схем многока нального выдавливания сверхпластич ного материала заготовки в закрытые полости ручьев штампов с оформле нием, по мере их заполнения, изделий заданной формы (рис. 112) [1]. Этот процесс по аналогии со схемой литья под давлением иногда называют твер дофазным литьем. В частности, он ис пользуется при штамповке деталей ти па диска турбины вместе с лопатками (монодиск), при этом лопатки оформ ляются многоканальным радиальным выдавливанием. Отмеченные выше особенности вязкого течения сверхпластичных ма териалов позволяют также расширить возможности и повысить эффектив ность точной изотермической объемной штамповки деталей сложной формы, добиваясь при этом снижения до ми нимума отходов металла, уменьшения силы штамповки, затрат энергии на процесс деформации, снижения тру доемкости производства, повышения качества продукции. Рис. 112. Комбинированный процесс «выдавливание–штамповка»: а — штамп; б — готовая деталь; 1 — заготов ка; 2 — каналы; 3 — штампы В настоящее время под точной объ емной штамповкой принято понимать процесс получения деформированием в штампе детали без припуска на меха ническую обработку по всей поверх ности за исключением той ее части, по которой данная деталь стыкуется с другими деталями при сборке. Таким образом, сверхпластичность в этом случае наиболее целесообразно ис пользовать при штамповке тонкостен ных деталей сложной формы с разви той поверхностью. При этом, если штампуются поков ки малых и средних размеров, изго товление которых не лимитировано мощностью имеющихся прессов, то в этом случае эффект от использования сверхпластичности связан, главным образом, со снижением отходов метал ла, уменьшением объема и трудоемко сти обработки резанием, повышением качества деталей. Этот эффект тем ШТАМПОВКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ Рис. 113. Панель с лучевым оребрением из маг ниевого сплава МА21 значительнее, чем дороже обрабаты ваемый сплав и чем труднее он дефор мируется в обычных условиях. Однако наибольший эффект ис пользования сверхпластичности дости гается при штамповке крупногабарит ных изделий сложной формы с разви той поверхностью, особенно если их штампуют из труднодеформируемых материалов, обладающих повышен ным сопротивлением деформации. В этом случае применение обычной го рячей штамповки бывает лимитирова но мощностью прессового оборудова ния или стойкостью штампового инст румента. Применение же режимов сверхпластичности решает эти задачи, при этом возможно увеличить в преде лах номинальной силы пресса макси мально допустимые размеры штампуе мой деталей или перевести штамповку деталей с мощных (часто, уникальных) прессов на серийные прессы с мень шей номинальной силой. Например, крупногабаритную тонкостенную па нель с лучевым оребрением (рис. 113), штампуемую в обычных условиях на прессах с номинальной силой 500… 750 МН, в режиме сверхпластичности удалось отштамповать на прессе 150 МН, причем сила в конце штамповки не превышала 120 МН. Техникоэкономический анализ про цессов СПД. Преимущества, связан ные с использованием сверхпластич ности в процессах обработки металлов 543 давлением, достигаются вследствие существенного усложнения техноло гии, обусловленной подготовкой структуры исходных заготовок, регла ментацией температурного и скорост ного режимов деформации. Поэтому для определения целесообразности использования эффекта сверхпла стичности в процессах металлообра ботки необходимо провести предвари тельный техникоэкономический ана лиз, для оценки соотношение затрат на усложнение техноло гического про цесса и достигаемого при этом улуч шения материальных и стоимостных показателей эффективности процесса. Рассмотрим некоторые соображения, которые позволяют рационально ре шать эти проблемы. При решении вопроса о целесооб разности подготовки ультрамелкозер нистой структуры исходного полуфаб риката (сложность и стоимость этого процесса возрастает пропорциональ но степени измельчения зерна [2]) следует прежде всего попытаться ре шить конкретную технологическую задачу (снижение силы штамповки, повышения КИМ и т.д.), используя деформирование полуфабриката с не подготовленной структурой, т.е. в режиме сверхпластичности, а точнее, используя вязкое поведение деформи руемого сплава в той степени, которую он способен показать в состоянии по ставки. Иными словами, сплав дефор мируется при таком сочетании темпе ратуры и скорости деформации, при которых показатель m максимален. Часто, если m = 0,25…0,30, то этого достаточно, например, для снижения необходимого давления или силы де формации в 2–3 раза в результате ра ционализации температурноскорост ного режима деформирования, не вво дя трудоемкую операцию подготовки структуры. Подготовка ультрамелко зернистой структуры заготовок с по 544 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ следующим деформированием, как принято называть, в состоянии сверх пластичности, т.е. при оптимальных температурноскоростных условиях (mmax), необходима лишь для процес сов, полностью основанных на эффек те сверхпластичности, таких, как бес фильерное волочение, сверхпластиче ская формовка полых изделий из лис товой и трубной заготовки и т.п. Средством для регламентации тем пературного режима деформирования являются изотермические блоки [9], предназначенные для нагрева дефор мирующего инструмента до заданной температуры и поддержания ее по сто янной в период работы штамповочно го агрегата. Изотермический блок — сложное и дорогое устройство, в со став которого входит аппаратура для контроля и регулирования температу ры штампа. Однако в некоторых слу чаях, особенно при штамповке круп ногабаритных деталей из легких спла вов, условия деформации, близкие к изотермическим, можно создать и без изотермического блока, предвари тельно нагревая штампы до необходи мой температуры и используя аккуму лированную в массивных штампах те плоту. Решение вопроса регламентации скоростного режима деформации свя зано с выбором оборудования для про цессов СПД. Пониженная скорость де формации, необходимая для обеспече ния СПД, считается серьезным пре пятствием для практического приме нения сверхпластичности в процессах обработки металлов давлением, в част ности при горячей объемной штампов ке, так как следствиями этого являются снижение производительности штам повки и необходимость реконструкции привода гидравлических прессов. Однако опыт освоения этих процес сов в производственных условиях, на копленный к настоящему времени, по казывает, что режим СПД при объем ной штамповке целесообразно исполь зовать лишь на заключительной стадии процесса — при заполнении наиболее труднозаполняемых элементов ручья штампа (углов, узких глубоких полос тей и т.п.). Для осуществления этого процесса требуется максимальная сила штамповки при стандартной скорости рабочего хода пресса. Обеспечить на этой стадии требуемое снижение ско рости деформирования, не реконст руируя привод пресса, можно, исполь зуя режим крипштамповки (выдержка заготовки на заключительной стадии штамповки под постоянным давлени ем), либо режим периодических нажа тий. Поскольку заключительная стадия составляет лишь очень малую часть всего рабочего хода, снижение в ее пре делах скорости деформации до уровня режима СПД слабо влияет на произво дительность процесса штамповки. Од нако режим крипштамповки отрица тельно сказывается на стойкости уп лотнений рабочих цилиндров гидрав лических прессов. Поэтому более ради кальное решение данной проблемы — оснащение гидравлических прессов, предназначенных для штамповки в ре жиме СПД программными регулятора ми скорости рабочего хода, которые обеспечивают рациональный, двухста дийный скоростной режим штампов ки. Первая стадия осуществляется при стандартной скорости рабочего хода пресса, вторая (доштамповка) — при оптимальной скорости СПД. В настоящее время для процессов СПД в большинстве случаев использу ют серийные гидравлические прессы универсального назначения. Однако, принимая во внимание описанные вы ше особенности СПД и средства обес печения режимов СПД, следует при знать целесообразным создание для этих целей специализированных прес сов, которые наряду с обеспечением их ШТАМПОВКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ программными регуляторами скорости должны отличаться от универсальных прессов увеличенными размерами ра бочего пространства для размещения изотермического блока. Использование в этих случаях универсальных прессов приводит к существенной их недогруз ке, так как размещение в рабочем про странстве такого пресса изотермическо го блока в 1,5–2 раза сокращает разме ры штампа и, соответственно, штампуе мых деталей. Применение режимов СПД позволяет также в несколько раз уменьшить необходимое для штампов ки давление. В результате этого рабочее пространство серийного гидравличе ского пресса не позволяет штамповать детали таких размеров, которые в режи ме СПД соответствуют возможностям пресса по номинальной силе. При оценке техникоэкономиче ской эффективности процессов СПД [8] наиболее существенными фактора ми являются стоимость материала за готовки и время деформирования. Увеличение этих показателей снижает эффективность процесса (рис. 114). Анализ показывает, что, например, для СПД деталей из алюминиевых сплавов существует определенная об Рис. 114. Диаграмма влияния стоимости мате риала заготовки и времени деформирования на эффективность процесса СПФ: 1 — потери; 2 — прибыль; 3 — линия посто янной себестоимости; 4 — исходная ситуа ция; 5 — малая прибыль; 6 — идеальная цель 545 ласть на шкале серийности (от не скольких десятков до нескольких ты сяч штук в год), в пределах которой эта технология эффективна. Таким образом, проведенный ана лиз позволяет в общих чертах опре делить перспективные области при менения нетрадиционных процессов СПД и изотермической штамповки с использованием эффекта сверхпла стичности. К ним, прежде всего, от носятся деформирование малопла стичных и труднодеформируемых сплавов, формовка и штамповка крупногабаритных тонкостенных из делий сложной формы с развитой поверхностью и глубокими полостя ми. При этом для особо сложных из делий целесообразно использовать комбинированные процессы, напри мер, формовку с диффузионной свар кой. Из этого следует, что использо вание новой технологии, по крайней мере при современном уровне ее развития, для замены существующих высокопроизводительных процессов обработки давлением достаточно пластичных сплавов, особенно в ус ловиях крупносерийного и массово го производства, нецелесообразно. В данном случае незначительный тех нологический эффект не окупит су щественные дополнительные затраты на реализацию процессов СПД. Вместе с тем, широкие возможно сти процессов СПД при решении тех нологических задач, неосуществимых традиционными методами обработки металлов давлением, целесообразно учитывать на стадии конструирования и проработки нового изделия на тех нологичность. Как показывает отече ственный и зарубежный опыт [7, 8], такой подход создает условия для ка чественного скачка в повышении экс плуатационных характеристик многих перспективных изделий и эффектив ности их производства. 546 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Чумаченко Е.Н., Смирнов О.М, Цепин М.А. Сверхпластичность: мате риалы, теория, технологии. М.: Ком Книга. 2005. 320 с. 2. Новиков И.И., Портной В.К. Сверхпластичность сплавов с ультра мелким зерном. М.: Металлургия. 1981. 166 с. 3. Nieh T.G., Wadsworth J., Sher by O.D. Superplasticity in Metals and Ceramics. Cambridge University Press. 273 p. 4. Смирнов О.М., Ершов А.Н., Це пин М.А. Реологическое поведение сверхпластичных нанокристалличе ских и аморфных материалов // Изв. Вузов. Цветная металлургия. 2001. № 4. С. 18–27. 5. Chumachenko E.N., Smirnov O.M. Computer aided design in SPF process based on the SPLEN program set. Mate rials Science Forum, Vols. 170–172 (1994) Р. 601–606. 6. Кайбышев О.А. Сверхпластич ность промышленных сплавов. М.: Ме таллургия, 1984. 263 с. 7. Смирнов О.М. Достижения и пер спективы использования сверхпластич ности в обработке материалов давлени ем // КШП. 1994. № 4. С. 2–5. 8. Барнс Э.Дж., Смирнов О.М. Тех нология сверхпластической формовки полых изделий из листовых заготовок алюминиевых сплавов // КШП. 1995. № 5. С. 9–12. 9. Грабский М.В. Структурная сверх пластичность материалов: пер. с польск. М.: Металлургия, 1975. 272 с. 14. ШТАМПОВКА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА (ШЖМ) ШЖМ — малоотходный процесс с выходом годного по жидкому металлу до 95 %. Он относится к гибридным процессам, позволяющим получить прочность и надежность заготовок, обеспечиваемые горячей объемной штамповкой (ГОШ), в сочетании с экономической эффективностью и сложностью форм отливок при литье под давлением [1–6]. Сущность процесса и область приме нения. На поверхность залитого и кри сталлизующегося в полости пресс формы (штампа) дозы расплава воз действуют силой, создающей в рас плаве высокое давление. При быстром охлаждении в металлической пресс форме высокое давление облегчает возникновение многих центров кри сталлизации, снижает средний размер зерна, повышает растворимость газов в жидком металле и улучшает питание нижних слоев заготовки через микро поры. Постоянное перемещение фор мообразующего инструмента компен сирует усадку жидкого металла. Способом ШЖМ производят заго товки (отливки) массой 0,05…500 кг [2, 3] высокой прочности и газоплот ности из традиционных литейных и деформируемых сплавов, а также из новых сплавов, имеющих низкие ли тейные, но высокие механические свойства, и из композиционных мате риалов с металлической матрицей. Наиболее целесообразно приме нять ШЖМ для получения заготовок из сплавов на основе Al, Cu, Mg и Zn с температурой плавления до 1000 °C. Экономически выгодная партия заго товок из сплавов цветных металлов 1000 шт/год и более [5]. По сравнению с литьем в кокиль ШЖМ позволяет снизить расход ме талла на 30…40 %, существенно улуч шить механические свойства загото вок, повысить их размерную точность и избавиться от дефектов литья. По сравнению с горячей объемной штам повкой ШЖМ позволяет уменьшить количество технологических опера ций в 2–2,5 раза, уменьшить припуски ШТАМПОВКА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА (ШЖМ) 547 51. Номенклатура заготовок, изготовленных ШЖМ Характеристика деталей Эскизы деталей Схема прессования по (см. табл. 54) Детали без внутренних по лостей 1 Детали с внут ренними по лостями 2 Детали с по лостями и вы ступами в верх них плоскостях 3 Детали слож ной конфигу рации 4 Мелкие детали различной кон фигурации 4,3 на обработку резанием, снизить силу прессов и расширить номенклатуру сплавов, обрабатываемых давлением. В табл. 51 приведена номенклатура заготовок по группам сложности, из готовляемых ШЖМ [5]. Толщина стенок заготовок, произ водимых ШЖМ, 2…120 мм, диаметры заготовок 30…600 мм с отношением высоты к диаметру H/D = 5…6. ШЖМ производят заготовки (отлив ки) для нужд общего машино, прибо ро, автомобиле, самолетостроения и нефтяной промышленности преимуще ственно массой до 10 кг. Кроме того, способом ШЖМ изготовляют детали прессформ и штампов. Подготовка расплава. В промышлен ных условиях для получения расплава используют электропечи: индукционные и сопротивления. При обработке цвет ных металлов и сплавов выплавляют объем металла, рассчитанный на получе ние нескольких, возможно разных, заго товок. Последующую точную дозировку металла при заливке в прессформу вы полняют с помощью мерных разливоч ных ковшей с теплоизоляционным по крытием. Это обеспечивает маневрен ность и экономию электроэнергии, но не обеспечивает постоянство химиче ского состава расплава при длительном нагреве. При обработке железоуглероди стых сплавов используют печи большой мощности с быстрой выплавкой порций металла на одну заготовку. Это исключает возможность изме нения химического состава расплава и неточности его дозировки изза обра зования корки на поверхности разли 548 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 52. Способы дозирования расплава Способ дозирования Точность дозирования, % Мерной ложкой или ковшом ±2 По показаниям электрокон тактного датчика уровня за ливки, закрепленного на ста нине или ползуне пресса ±2 Пневматическим, механиче ским и другими дозаторами ±5 С помощью устройств в пресс формах ±(0,5…1,0) вочного ковша, но требует повышен ного расхода электроэнергии. Спосо бы дозирования расплава приведены в табл. 52. Температура заливки расплава долж на превышать его температуру ликвиду са на 50…150 °C. Повышенная или по ниженная температура заливки требует увеличения формообразующей силы. Первая — изза толстой корки, вто рая — изза глубокого расположения усадочной раковины и образования «моста», затрудняющего питание жид ким металлом отдельных объемов за твердевающей заготовки. Рекомендуемые температуры за ливки расплавов некоторых сплавов, по данным В.М. Пляцкого, приведе ны в табл. 53. 53. Рекомендуемая температура заливки расплавов некоторых сплавов Марка сплава Температура, °C АК12, АК9ч 640…670 АК7ч 650…700 АМг11, АМг10ч 630…680 АК4 770…800 Л62 980…1030 ЛМцС5822; ЛМцА5731 920…980 ЛС591 950…1000 ЛК803Л 950…1050 БрА9Ж3; БрА10Ж3Мц2 1120…1170 БрА10Ж4Н4 1150…1180 БрО10Ф1; БрО6Ц6С3 1050…1100 Сталь 30Х; 30ХГШ 1600…1650 Сталь 40Х; 40ХН 1560…1600 Чугун (СЧ 20) 1240…1260 Перед заливкой расплав может быть подвергнут рафинированию, дегазации, модифицированию и выдержке. Основные схемы процесса. Заготовку формообразуют либо полностью при заливке, либо частично при заливке и окончательно после вытеснения пуан соном части незатвердевшего распла ва, либо полностью после выте снения пуансоном расплава в специальные полости. Различия в схемах ШЖМ 54. Схемы прессования и области применения № п/п Схема прессования kj Характеристика схемы прессования и область применения 1 Поршневое 0 Пуансон 1 вначале воздействует на корку 4. Основная масса расплава 3 не перемещается за исключением движения в верхней части матрицы 2 при понижении уровня расплава изза усадки под давлением. Зона вероятной усадочной раковины составляет (0,4…0,5)H от нижнего торца заготовки 5. Зона наибольшей плотности — до 0,3H под поршнем. Схему применяют для получения заготовок из лю бых сплавов с H/D = 1…3 до Н/D = 5…6 ШТАМПОВКА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА (ШЖМ) 549 Окончание табл. 54 № п/п Схема прессования 2 Пуансонное 3 Пуансоннопоршневое 4 С выдавливанием расплава в за крытые полости прессформы kj Характеристика схемы прессования и область применения 0,1…0,7 Формообразование начинается при заливке расплава в матрицу 2 и выдержке в ней до подхода пуансона 1, а заканчивается после вы теснения части расплава и заполнения матри цы полностью. Пуансон не соприкасается с коркой 4 у стенки матрицы. Область вероят ной усадочной раковины — средняя зона пе риферийной части заготовки. В отличие от поршневого прессования при пуансонном структура заготовок более измельченная, а у полостей, оформляемых пуансоном, меньшая шероховатость поверхности. Схему применя ют для обработки сплавов, не склонных к пленкообразованию, приводящему к спаям — несварившимся границам потоков расплава. 0,1…0,5 Формообразование начинается при заливке расплава в матрицу 2 и выдержке в ней до подхода пуансона 1, а заканчивается после вытеснения части расплава в полость пуан сона. Этот расплав обычно не соприкасается со стенками матрицы. Область вероятной усадочной раковины: часть заготовки, фор мообразующаяся в полости пуансона. 1,0 Оформление заготовки начинается при воз действии пуансона 1 на расплав в металло приемнике 7. Расплав перетекает в полость прессформы по прорезямпитателям 6 в пу ансоне или матрице через отверстия в диа фрагме (не показаны). Схема характеризует ся низким выходом годного и пониженным уровнем свойств заготовок, но не имеет ог раничений по сплавам. Применяется для тонкостенных заготовок сложной формы. (табл. 54) связаны с характером воздей ствия пуасона на образующуюся до на чала преcсования вертикальную (боко вую) корку и оцениваются по коэффи циенту k j = V нм / V з , где V нм — объем незатвердевшего металла, вытесненно го пуансоном при окончательном фор мообразовании;V з — объем заготовки. В зависимости от формы заготовки, ее формообразование могут выполнять с вибрацией до приложения силы или с вращением разнонаправленных пуан сонов в течение всего цикла прессова ния или части его. Часть заготовок, приведенных в табл. 51, можно изготовить по не скольким схемам прессования, изме нив их положение в прессформе. На пример, заготовки группы 2 в случае расположения их в прессформе поло стью вниз могут быть получены по схеме поршневого прессования. 550 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Конструирование заготовок. Мини мальная толщина стенок заготовок из сплавов Al не превышает 2 мм, из спла вов Cu — 3 мм. Толщина стенок загото вок типа «втулок» для сплавов Al не бо лее 7 мм, для сплавов Cu — 5 мм. Высо та заготовок типа колец не более 10 мм. Равномерность толщин стенок за готовок и плавность переходов между стенками обеспечивают скруглениями и галтелями, указанными в табл. 55. На необрабатываемых и обрабаты ваемых поверхностях сопряжений ми нимальные радиусы скруглений по на 55. Скругления и галтели при конструировании заготовок Вид сопряжения Соотношение толщин стенок a=b a< b a=b а< b a> b Радиусы, переходы R =a/ 3 R1 = a + R R = (a + b) / 6 R1 = R + (a + b) / 2 R =a/ 3 R = (a + b) / 6 с ³ 2 b - a; h ³ 8c R = (a + b) / 4 c ³ 15 , a - b; h ³ 12c 56. Припуски на обработку резанием заготовок в зависимости от шероховатости поверхности Наибольший габа ритный размер заго товки, мм Двусторонний припуск, мм, на механическую обработку при параметре шероховатости поверхности заготовки Ra 0,32…0,63 Ra 1,25…2,5 Ra 20…40 До 40 0,80 1,25 1,50 40…60 1,00 1,50 1,75 60…100 1,25 1,75 2,00 100…160 1,50 2,00 2,25 160…250 1,75 2,25 2,50 250…360 2,00 2,50 3,00 360…500 2,25 2,75 3,25 500…630 2,50 3,00 3,50 ШТАМПОВКА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА (ШЖМ) ружному контуру соответственно ³1,5 и 2,0 мм, по внутреннему контуру ³2,5 и 3,5 мм. Для компенсации неточно стей дозировки расплава допуск по вы соте заготовки -+02,,50 мм. Припуски на механическую обра ботку заготовок в зависимости от га баритных размеров, шероховатости поверхности и размерной точности для различных сплавов цветных ме таллов приведены соответственно в табл. 56, 57. При H/D£ 1уклоны на наружных поверхностях заготовок не назначают, а при H/D > 1 уклоны равны 30¢. Укло ны на поверхностях внутренних по лостей при H/D > 1 назначают в соот ветствии с табл. 58. Выбор основных технологических параметров. Качество заготовок, полу ченных прессованием кристаллизую 551 щегося металла в основном определя ется величиной удельной силы прес сования, температурами расплава и прессформы, продолжительностью нахождения расплава в прессформе до приложения силы и под действием силы прессования, скоростью формо образования и толщиной теплоизоля ционного покрытия. Ориентировочные значения удель ной силы прессования в зависимости от прочности формообразуемого спла ва s вр приведены в табл. 59 [2, 3]. Рекомендуемые значения удельной силы прессования в зависимости от конфигурации заготовок приведены в табл. 60 [2, 3]. Заготовки простой кон фигурации имеют максимальную пло щадь поперечного сечения, не превы шающую площадь поперечного сече ния пуансона. Заготовки сложной 57. Припуски на механическую обработку заготовок в зависимости от точности Наибольший габаритный размер заго товки, мм Двусторонний припуск, мм, на механическую обработку заготовок из сплавов Al и Zn Cu Класс точности 3 4 5 3 4 5 До 100 1,0 1,6 2,0 1,6 2,0 2,4 100…150 1,6 2,0 2,4 2,0 2,4 3,0 150…250 2,4 3,0 4,0 3,0 3,0 4,0 250…400 3,0 4,0 5,0 4,0 4,0 5,0 400…630 4,0 5,0 6,0 – – – 58. Уклоны на поверхностях внутренних полостей при H/D > 1 Уклоны, ° Глубина внутренней полости заготовки, мм При оформлении полости пуансоном без съемника со съемником При оформлении по лости стержнем До 30 2,5 0,50 3…5 31…50 3,5 0,75 5…7 51…80 4,0 1,50 81…110 5,0 1,75 Свыше 110 5,0 2,00 7…10 552 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 59. Значение удельной силы прессования в зависимости от прочности сплава Прессование Удельная сила прессования, МПа, при sвр сплава при температуре 20 °C, МПа £ 250 260…300 >600 Поршневое 150 200 250 Пуансонное 100 150 200 Пуансоннопорш невое 150 200 250 60. Рекомендуемые значения удельной силы прессования Сплав На основе Al и Zn На основе Cu Углероди стая сталь Конфигура Удельная сила ция заготовки прессования, МПа Простая 50…80 Сложная 80…120 Простая 80…150 Сложная 150…200 – 200…400 конфигурации имеют бобышки и от ростки; их максимальная площадь поперечного сечения больше площади поперечного сечения пуансона. Температуры заливаемых в пресс форму расплавов близки к температу рам заливки при литье в кокиль анало гичных сплавов и приведены в табл. 53. Они выше температур плавления этих сплавов для того, чтобы после заполне ния формы расплав оставался жидким до воздействия на него прессующим пуансоном. В случае применения разработанно го В.М. Пляцким [1] способа жидкой штамповки на прессовом оборудова нии динамического типа формообразо ванию подвергают подстуженный рас плав, выдержанный в прессформе до твердожидкого состояния (60 % твердой фазы), чтобы избежать разбрызгивания металла. 61. Температура предварительного нагрева пуансонов и матриц Сплавы Температура нагрева, °C Медные 200…250 Алюминиевые 150…200 На железной основе 230…310 Температуры предварительного на грева пуансонов и матриц для жидкой штамповки различных сплавов, по дан ным работ [1, 2], приведены в табл. 61. Рекомендуется [2] не допускать на грева матрицы и пуансона свыше соот ветственно 400 и 300 °C при штамповке сплавов на основе Cu, а 300 и 250 °C — при штамповке сплавов на основе Al. Повышенная или пониженная темпера тура нагрева инструмента способствует образованию на нем налипов или тол стой корки в расплаве, требующей повы шенной силы деформирования, и литей ных дефектов в виде спаев и корольков. Расплав в прессформу необходимо заливать с небольшой высоты падения плавно без разрыва струи и ее касания стенок матрицы, иначе возможно об разование спая толщиной до 1 мм, не устранимого без обработки резанием с увеличенным припуском. Время заливки и выдержки расплава в прессформе до приложения силы должно быть минимальным изза обра зования и роста корки. При пуансон ном прессовании выступающая часть пуансона прорывает горизонтальную корку (поверхностную пленку), переме щая наиболее горячий расплав в полос ти между матрицей и пуансоном вверх до горизонтального участка последнего, оформляющего торец заготовки, с по следующим его поворотом вниз. По скольку корка прорывается неравно мерно, часть расплава растекается над ее поверхностью. Одновременно менее нагретый расплав, прилегающий к вер тикальной корке, выдавливается также ШТАМПОВКА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА (ШЖМ) вверх, перемещая горизонтальную кор ку в том же направлении. Оба потока встречаются выше (3…4 мм) исходного уровня расплава и не свариваются под действием силы прессования, образуя спай, распространяющийся от наруж ной поверхности в глубь заготовки. Чем меньше масса расплава и толщина стен ки заготовки, и, следовательно, больше kj, тем меньше должно быть время вы держки. По величине сокращения про тяженности спаев в заготовках типа ста кан сплавы можно расположить в сле дующей последовательности по груп пам: стали — хромоникелевые, хроми стые, углеродистые; медные сплавы — бронзы оловянные, безоловянные, ла туни; алюминиевые сплавы — Al–Mg, Al–Cu, Al–Si [3]. Рекомендуемая [1] продолжитель ность выдержки расплава в прессфор ме до приложения силы и под действи ем ее (tп) при формообразовании заго товок из безоловянных бронз и лату ней, приведена в табл. 62. При обработке сплавов с большим интервалом температур кристаллиза ции, например, оловянных и сурьмя ных бронз, данные табл. 62 должны быть увеличены на 50 % [2]. Рис. 115. Диаграмма перемещения пуансона при жидкой штамповке стали 30Х 553 62. Продолжительность выдержки расплава в прессформе Время выдержки, с Диаметр без приложения под действием заготовки, силы прессова силы прессова мм ния ния 50 5 60 60 6 70 70…75 8 90 90 10 120 100 12 130 125 15 150 Величина tп зависит от формообра зующего сплава, схемы прессования, толщины cтенки и конфигурации заго товки. Этот параметр выбирают из ус ловия: tп = 1,0…1,3 с на 1 мм толщины стенки или диаметра заготовки. Суще ствует мнение об ограниченности об ласти применения этого условия. Для определения tп рекомендова но использовать зависимость вида ln Dh(ln t п ), где Dh — перемещение пу ансона при штамповке (рис. 115). Ав торы работы [7] полагают, что точка перегиба на логарифмической зависи мости является результатом действия 554 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ многих факторов процесса (колебаний температуры расплава и оснастки, их теплофизических свойств, толщины и качества просушки противопригарного покрытия, отклонений в цикле рабо ты оборудования и др.). При достиже нии пуансоном точки перегиба (на рис. 115 tп = 150 с) штамповку можно заканчивать, поскольку это соответст вует моменту исчезновения усадочной пористости. Результат апробирован при удельной силе прессования 50, 100, 150 и 200 МПа. Для оценки изменения во времени толщины s, мм, затвердевающего слоя заготовки используют [1, 3, 7] зависи мость вида s = ktn, где k — коэффициент затвердевания, мм/c2, зависящий от удельной силы прессования [3]; t — время после окон чания заливки расплава в матрицу, с; n — безразмерная величина, перемен ная в течение цикла затвердевания и за висящая от расположения слоя в заго товке; n = 0,5 — для горизонтальной корки; n = 2 — для вертикальной корки. Скорость формообразования заго товки (скорость потока расплава) vф за висит от скорости внедрения пуансона vп, габаритных размеров заготовки и толщины ее стенки. При vп ³ 0,6… 0,8 м/c возникает вихревое движение расплава в прессформе с захватом воз духа и появлением трещин на внутрен ней поверхности заготовок. Рекомен дуется [2] изготавливать мелкие тонко стенные заготовки при vп £ 0,15 м/c, а массивные — при vп £ 0,1 м/c. При пуансонном прессовании по лых цилиндрических заготовок с дном (см. табл. 54 схема 2): vф = h - hз vп, h п - (h - h з ) где h — высота заготовки; hз — исход ный уровень расплава в матрице; hп — глубина цилиндрической полости в заготовке. При пуансоннопоршневом прес совании (см. табл. 54, схема 3) сплош ной ступенчатой цилиндрической за готовки: vф = hф hз - h vп, где hф — высота осевой цилиндриче ской полости в пуансоне; hз — исход ный уровень расплава в матрице; h — разница между высотой заготовки и hф. При увеличении числа полостей в пуансоне, как показано на схеме 3 табл. 54, vф уменьшается и возникают условия более плавного заполнения полостей в пуансоне. Величина vф не должна превышать 0,2…0,25 м/c изза возможного повышения содержания газов в сплавах и неравномерного рас пределения обломков корки по высоте заготовки [3]. Для смазывания и тепловой защиты пуансона и матрицы применяют смаз ки, краски и покрытия, составы неко торых из них, по данным работ [1, 2], приведены в табл. 63. Смазку наносят на предварительно нагретые поверхности прессформы перед каждой заливкой расплава. При избытке смазки возможно образова ние газовых раковин и темных полос на поверхности заготовок. Смазку применяют в совокупности с тепло изоляционным покрытием. Толщина слоя краски — 0,1…0,2 мм, а на участ ках инструмента, формообразующих тонкостенные элементы заготовок, — 0,2…0,5 [1]. В качестве смазочного ма териала применяют графит, воск, ва зелин, каолин, олифу, сурик, различ ные нефтепродукты [1, 2, 7]. При штамповке сплавов на основе Al по крытия для пуансонов и матриц обыч но не имеют огнеупорной составляю щей, поскольку температура заливки ШТАМПОВКА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА (ШЖМ) 555 63. Смазки, применяемые для защиты пуансона и матрицы Сплавы Алюми ниевые Алюми ниевые Компоненты смазок и красок Графит 60 Воск 30 Масло машинное 10 Коллоидный графит 20 Жидкое стекло 3 Вода 77 Сажа 20 Спирт технический 70 Вода 10 Воск 100 Графит 10 Алюминиевая пудра 20 Уайтспирит 50 Силиконовая жидкость 20 Оксид хрома 17 Уайтспирит 50 Силиконовая жидкость 25 Раствор этилсиликата в этилацетате 8 Тальк 20 Жидкое стекло 3 Вода 77 Олифа 100 Графит 5 Масло веретенное или касторовое 95 Графит 25 Силикон 25 Уайтспирит Медные Содержание, % по массе Применение Для пуансонов Для матриц Для матриц Для матриц и пуансонов при штамповке мел ких заготовок Для разъемных матриц 50 Графит коллоидальный 45…50 Масло машинное 35…40 Канифоль 10…5 Скипидар 10…5 Асбест порошкообразный 12…16 Оксид цинка 0,5…1,5 Жидкое стекло 2…2,5 Вода 85,5…80 Для разъемных матриц Асбестовая крас ка для торцов пуансонов Облицовки: На желез ной основе маршалит 3,5 глина огнеупорная 5,0 жидкое стекло 3,5 вода 88,0 Для пуансонов и матриц 556 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Окончание табл. 63 Сплавы Компоненты смазок и красок 75 %ный ферросилиций жидкое стекло вода огнеупорная глина жидкое стекло марганцовокислый калий вода Краски: огнеупорная глина жидкое стекло графит На желез марганцовокислый калий ной основе вода огнеупорная глина жидкое стекло сажа марганцовокислый калий вода Смазка: силикон окись хрома этилацетат 5 %ный раствор этилцеллюлозы в этилацетате не превышает 750 °C. Однако покры тие и смазку наносят перед каждой за ливкой. При жидкой штамповке сплавов на основе железа используют теплоизоля ционные противопригарные покрытия из нескольких слоев (до четырех) огне упорной облицовки с высокой химиче ской инертностью на основе маршали та, циркона, асбеста и слоев графито вой или сажевой краски. Толщина ка ждого слоя облицовки 0,1…0,15 мм, а красок — 0,03…0,07 мм. Облицовку на носят 1–2 раза в смену, а — краски пе ред каждой заливкой расплава. Огне упорное покрытие при штамповке чу гуна уменьшает его отбеливание, не устраняя полностью. Для локального управления структурой отдельных уча стков заготовки путем регулирования Содержание, Применение % по массе 13 2,5 84,5 Для пуансонов и 16 матриц 5 0,05 79,95 3 5 5 0,05 86,95 4 8 4 0,05 83,95 Для пуансонов и матриц 25 17 54 4 скорости их охлаждения покрытие на носят через трафарет [2]. Существует мнение, что поскольку противопригарное покрытие содержит абразив, то удовлетворительное качество поверхности стальных заготовок, полу ченных ШЖМ, можно достичь только их последующей механической обработ кой [8]. На базе техникоэкономического анализа рекомендовано [8] применять штамповку жидкой стали только для про изводства про межуточных заготовок. Конструкции прессформ. Пресс формы классифицируют по конструк циям матриц и прессующих узлов [3]. По конструкции матриц прессфор мы разделяют на (рис. 116): пресс формы с неразъемными неподвижными (а) и подвижными (б) матрицами и прессформы с разъемными матрицами ШТАМПОВКА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА (ШЖМ) с вертикальной (в), горизонтальной (г) и несколькими плоскостями разъема (д). Конструкция матрицы зависит от схемы прессования и расположения заготовки в прессформе. Заготовку обычно располагают мас сивной частью непосредственно под пу ансоном в зоне наибольшей плотности при ШЖМ. Заготовки с Тобразным профилем при H1 » H2 или H1 > H2 (рис. 117, а) можно получить в пресс форме с неразъемной матрицей. При этом площадь воздействия пуансона на заготовку наибольшая и требует пресса большой силы. Если H1 < H2 (рис. 117, б, в) или отсутствует соответст вующий пресс, возможно получать заго товки, прикладывая силу к меньшему торцу (рис. 117, д, е) в прессформе с разъемной матрицей, имеющей верти кальную или горизонтальную плоскость разъема. На рис. 118 представлены четы ре группы прессующих узлов для ШЖМ. Прессующие узлы группы I содер жат собственно пуансон, выполняю щий формообразование, и уплотнение затвердевающей заготовки. Прессую щие узлы группы II состоят из собст венно пуансона и охватывающего его пуансонасъемника, которые при уп лотнении металла заготовки переме щаются совместно в сомкнутом со стоянии, что повышает стабильность работы прессформы. По схемам II, 1 и 3 полость матрицы перекрывают пу ансон и пуансонсъемник в сомкну том состоянии. По схемам II, 2 пуан сонсъемник раньше пуансона час тично перекрывает полость матрицы, дожидаясь затем подхода пуансона. Прессующие узлы группы III выпол нены телескопическими. В начале уп лотнения пуансон и пуансонсъемник перемещаются одновременно. Затем один из элементов останавливается, упираясь в стенку заготовки. Второй элемент продолжает опускаться, сжи мая пружины и уплотняя вертикальные 557 Рис. 116. Схемы матриц прессформ для ШЖМ Рис. 117. Заготовки (а–в) и схемы прессования (г–е): рпф — разъем прессформы; рм — разъем матрицы Рис. 118. Схема прессующих узлов 558 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ стенки затвердевающей заготовки. Прессующие узлы этой группы обеспе чивают получение заготовок, уплотнен ных во всех зонах [2]. Прессующие узлы IV группы предназначены для уплотне ния не одной, а нескольких затверде вающих заготовок в одной матрице. Прессформы с неподвижной мат рицей используют при изготовлении загот овок из различных металлов и сплавов разнообразной конфигурации и сложности с хорошей наружной по верхностью поршневым, пуансонным и пуансоннопоршневым прессовани ем. Эти прессформы не применяют для выдавливания расплава в закрытые полости. Их недостаток состоит в воз можности попадания расплава в зазор между матрицей и пуансоном при фор мовании заготовки, возрастающей с увеличением скорости внедрения пу ансона в затвердевающий расплав. Удаление заготовок из прессформ выполняют толкателями, связанными с выталкивателями пресса. При отсут ствии у пресса выталкивателей приме няют прессформы с вертикальной плоскостью разъема, в которых заг отовки удаляют вниз в бункер через провальное окно в столе пресса [1]. Прессформы с подвижной матри цей (металлоприемником) используют преимуственно для получения загото вок без выступов, буртов и впадин на наружной поверхности [2]. Работоспо собность этих прессформ существенно зависит от конструкции сопряжения прессующего узла с матрицей (рис. 119). Изза необходимости удаления ка пель расплава и краски при их попада нии на зеркало матрицы наименее на дежным считают [2] сопряжение по схеме рис. 119, а. Перекрытие матри цы по схеме рис. 119, б или ввод пуан сонасъемника в полость матрицы на глубину 4…6 мм по схеме рис. 119, в соответственно упрощает удаление ка пель или предотвращает выплеск ме Рис. 119. Схемы узлов сопряжения пуансонов с матрицей: 1 — матрица; 2 — пуансонсъемник; 3 — пуансон талла. Конусное сопряжение под уг лом 5…10° по схеме рис. 119, г обеспе чивает наиболее надежное закрытие матрицы и рекомендуется [2]. На рис. 120–123 показаны пресс формы с неподвижными и подвижны ми матрицами. При опускании пуансона 4 (рис. 120, а) рычаги отклоняют под пружиненные скобы 3 и вводят под них съемник 5, служащий также пуансоном и удерживаемый до подхода пуансона 4 подпружиненными штифтами 8. После смыкания пуансона 4 и съемника 5 и образования прессующего узла они пе ремещаются в полость матрицы 2 и, воздействуя на расплав, формообразу ют и уплотняют заготовку. При подъеме пуансона 4 съемник 5, упираясь в скобы 3, снимает заготовку с движущегося пуансона 4. Затем рычаги 6 верхними скосами отклоняют скобы, ос вобождая и поднимая съемник 5 в исход ное положение. Заготовку из матрицы 2 удаляют ходом выталкивателя пресса. Согласно рис. 120, б, при опуска нии пуансона 4 съемник 5 смыкается с матрицей 2, скобы 3 захватывают бо ковые выступы съемника 5, удерживая его в сомкнутом с матрицей состоянии при формообразовании и уплотнении заготовки. Удаление заготовки с пуан сона выполняется при ее фиксирован ном положении относительно матри ШТАМПОВКА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА (ШЖМ) 559 Рис. 120. Прессформы с подвижным (а) и неподвижным (б) съемником: 1, 7 — плиты; 2 — матрица (металлоприемник); 3 — скоба; 4 — пуансон; 5 — съемник; 6 — ры чаг; 8 — штифт цы за счет прижима съемником. Не достаток прессформы на рис. 120, б — необходимость точной дозировки рас плава, иначе возможно появление ус тупа на верхнем торце заготовки. Пуансон 8 (рис. 121), опускаясь, смыкается со съемником 7, образуя прессующий узел. После соприкосно вения съемника 7 с матрицей 4 образу ется закрытая полость. При дальней шем совместном движении прессую щего узла и матрицы 7 в этой полости пуансоном 8 формообразуется и уп лотняется заготовка. При подъеме пуансона 8 (рис. 122) заготовка выталкивается из матрицы 4, Рис. 121. Прессформа с подвижной матрицей: 1 и 6 — стойки с пружинами 3 и 5; 2 — осно вание; 4 — матрица (металлоприемник); 7 — съемник; 8 — пуансон Рис. 122. Прессформа с разъемной матрицей: 1 — плита; 2 — обойма; 3 — вкладыши; 4 — вставки; 5 — скобы; 6 — рычаги; 7 — съем ник; 8 — пуансон 560 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ а при зависании на пуансоне 8 она уда ляется с него съемником 7, взаимодей ствующим с упорами направляющих стоек 6. При ходе пуансона 8 вниз съемник 7 опускается на торцы вставок 4. Пуансон 8 формообразует и уплотняет заготовку в полости, образованной вставками 4. При подъеме пуансона 8 съемник 7 упи рается нижним торцом во вставки 4, а верхним — в скобы 5, удаляя заготовку с пуансона 8. Затем рычаги 6 разводят скобы 5, освобождают съемник 7 и под нимают его в исходное положение. За готовку удаляют из матрицы подъемом вкладышей 3 выталкивателем пресса (не показан). Для надежного извлече ния заготовки с наружными бобышка ми из вставок 4 применяют боковые вы талкиватели, взаимодействующие с ко пирами внутри обоймы [2]. Пуансоны 10 (рис. 123), опускаясь, смыкаются с пуансономсъемником 6 , образуя прессующий узел, и после вхо ждения в матрицу 3 воздействуют на расплав, который поднимается и за полняет полости пуансонов 10. Проис ходит формообразование и уплотнение нескольких заготовок. При подъеме прессующего узла пуансонсъемник 6 поднимается до положения, ограни ченного стойками 5, а пуансоны 10 — до положения, ограниченного направ ляющими 8. Связанные общим прессостатком заготовки удаляются из полости мат рицы выталкивателем пресса, дейст вующим через основание 4. В пресс форме не требуется точного дозирова ния расплава, поскольку оно не влияет на точность заготовок, изменяя лишь толщину прессостатка. Различные конструкции прессформ для ШЖМ приведены в работах [1, 2] и литературных источниках к ним. Пуансоны и матрицы прессформ. Пуансоны, работают в тяжелых усло виях, поскольку омываются расплавом со всех сторон. Работоспособность прессформ в значительной степени определяется заз ором между подвижными парами (табл. 64). Часть пуансона, оформляющую внут реннюю полость заготовки, выполня ют с уклоном 5…7° (без съемника) и 0,5…1° (со съемником). При центри ровании пуансона по матрице у ее верхнего торца выполняют фаску под углом 15…20° глубиной 5…10 мм. Рис. 123. Прессформа для пуансоннопоршневого прессования нескольких алюминиевых заготовок массой 0,01 кг каждая: а — заливка расплава; б — прессование; в — выталкивание заготовок: 1, 7 — плиты; 2, 5 — стой ки; 3 — матрица (металлоприемник); 4 — основание; 6 — пуансонсъемник, 8 — направляющие; 9 — шток; 10 — пуансоны ШТАМПОВКА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА (ШЖМ) 561 64. Зазоры между подвижными парами Сплавы Движущаяся пара Матрица–пуансон Алюминие Пуансон–съемник вые Съемник–матрица Зазоры, мм, при габаритных размерах полости матрицы, мм £80 81…120 121…180 ³180 0,03…0,05 0,05…0,08 0,08…0,12 £0,15 0,05…0,08 0,08…0,10 0,10…0,12 £0,15 0,05…0,08 0,08…0,10 £0,15 0,03…0,05 при диаметре пуансона, мм Медные 40 41…70 >70 0,12…0,15 0,15…0,20 0,20 Матрица–пуансон Рабочую полость неразъемных не подвижных матриц для получения заго товок высотой до 150 мм выполняют без уклонов в направлении выталкивания заготовок. В матрицах больших разме ров предусматривают уклоны (табл. 65) протяженностью, равной высоте заго товки после уплотнения. 65. Уклоны полости матрицы Размеры полости матрицы H £ 0,5D H £ 0,75D H £ 1,0D H £ 1,25D Толщина стенки заго товки, мм Уклон полости матрицы, ° 3…6 2 7…10 3 3…6 3 7…10 4 3…6 4 7…10 5 3…10 5 Рекомендуется применять равно стенные матрицы с толщиной стенки 25…30 мм с верхним по отношению к матрицедержателю расположением их в цилиндрическом или коническом гнезде (обойме). Матрицы, предна значенные для эксплуатации в услови ях резкого перепада температур по се чению стенки, рекомендуется [9] вы полнять бандажированными. Для оценки долговечности матрицы при перепаде температур (Dt) до 400 °C ре комендуется [9] методика расчета ко эффициента запаса материала матри цы по текучести и усталости, учиты вающая совместное действие Dt и на тяга (D) в бандажированном соедине нии. При штамповке жидкой стали Dt достигает 700 °C, поэтому рекоменду ется изготовлять матрицы либо из ста ли 30Л с невысокой стойкостью и низ кой себестоимостью, либо изготовлять бандаж из стали 5ХНМ, а матри цувтулку делать керамической с тол щиной стенки 10…12 мм. Материалы для прессформ. В табл. 66 указаны стали, которые используют для изготовления деталей прессформ [2]. Для вкладышей матриц целесооб разно применять сталь 3Х2В8Ф при жидкой штамповке медных сплавов, сталь 4ХВ2С — алюминиевых и маг ниевых сплавов, стали 4Х5В2ФС, 4Х5В4ФСМ, 4Х2В5ФМ, 4Х3В2Ф2М2, 5ХВ2С и 6ХВ2С — для различных сплавов [2]. Матрицы увеличенных размеров для штамповки медных спла вов рекомендуется изготовлять из ста лей 4Х4ВМФС или 3Х3М3Ф твердо стью 39…40 HRC, а матрицы с мини мальным временем взаимодействия с расплавом — из коррозионностойких сталей 2Х10ВМНФ и 18Х12ВМ5ФР или 14Х17Н2 твердостью 39…40 HRC. Выбор материала для деталей пресс формы определяется его склонностью к Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 562 66. Марки стали, используемые для изготовления деталей прессформ Марки стали Твердость HRC 3Х2В8, 3Х2В8Ф, 3Х2М2Ф, 3Х10В2Ф, 5ХНМ, 3Х13 40…42 Детали прессформ Матрица, пуансон, стержни Толкатели 3Х10В2Ф, 3Х13, 3Х2В8Ф, 5ХНМ, 4Х5МФС 40…42 40, 45 28…30 20, 40, 45 – Матрице и пуансонодержатель Плиты смятию, зависящей от a и s т / E. Исхо дя из этого, для высокотемпературной ШЖМ рекомендуется [2] молибденовый сплав ЦСДМ (a = 4 ×10 -6 1/°C; s т / E = = 20×10 -4 при 700 °C) и сталь 3Х2В8 твердостью 42 HRC (a = 123,3×10-6 1/°C; s т / E = 27×10-4 при 700 °C). Для создания пластичного поверх ностного слоя у матриц из легирован ных сталей, например стали 4Х5В2ФС, их подвергают насыщению хромом или алитированию; последнее повышает стойкость матриц в 2,5–3 раза [2]. Прессовое оборудование. Для ШЖМ применяют гидравлические прессы в виде отдельных машин или в составе литейноковочного комплекса. Основные параметры прессов для ШЖМ: номинальная сила, скорость холостого хода, от которой в основ ном зависит продолжительность вы держки расплава в матрице до прило жения силы более 0,08 м/с; скорость рабочего хода свыше 1,5 мм/с; про должительность прессования до 2 мин; интервал времени набора дав ления меньше 3 с. Данные о прессах приведены в табл. 67 [2]. Специализированные прессы де лят на одно и многопозиционные. Для прессформ с разъемной матри цей требуются прессы двойного дей ствия. Специализированные прессы оснащены многопозиционными транс портными устройствами поворотного или поступательного типа, связы вающие позиции заливки расплава и прессования, и работают в наладоч ном и полуавтоматическом режимах. Прессы этого типа позволяют вы полнять заливку расплава ограни ченного объема также на позиции прессования. Часть неспециализированных прес сов имеют скорости холостого хода ниже требуемых при ШЖМ. Поэто му на них целесообразно изготов лять массивные заготовки, на каче ство которых влияние увеличенной выдержки расплава в матрице до приложения давления менее ощути мо. Неспециализированные прессы серии ДБ, имеющие скоростные и 67. Основные технические характеристики прессов Номиналь Сила вы Максимальная ная сила талкива скорость холо пресса, МН теля, МН стого хода, м/с Модель пресса Специализированные прессы ДО437С1 5,0 0,950 0,20 ПО638 6,3 0,500 0,20 Неспециализированные прессы П474А 1,0 0,125 0,07 П457 2,0 0,300 0,04 П459 6,3 0,500 0,02 ДБ2238 6,3 0,800 0,05 ДБ2240А 10,0 – 0,10 ДБ2430 1,0 0,250 0,12 ДБ2432 1,6 0,315 0,20 ДБ2434 2,5 – 0,10 ДБ2436 4,0 0,630 0,10 ШТАМПОВКА ЖИДКОГО МЕТАЛЛА (ШЖМ) 563 Рис. 124. Номограмма для выбора пресса другие характеристики, отвечающие требования ШЖМ, оснащают транс портными устройствами для воз вратнопоступательного движения между позициями заливки и прессо вания аналогично специали зиро ванным прессам. Для подбора пресса при известных диаметре пуансона и удельной силе прессования служит номограмма на рис. 124. В ней штриховыми линия ми ограничена область оптимальных удельных сил. Примеры использования криво шипных, винтовых и фрикционных прессов для жидкой штамповки «под стуженного» металла приведены в ра боте [1]. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Штамповка жидкого металла. Литье с кристаллизацией под давлени ем / под. ред. А.И. Батышева. М.: Ма шиностроение, 1979. 200 с. 2. Батышев А.И. Кристаллизация металлов и сплавов под давлением. 2е изд. перераб. и доп. М.: Металлургия, 1990. 144 с. 3. Батышев А.И. Штамповка жид кого металла: традиционные и не традиционные процессы // Кузнеч ноштамповочное прво. 1998. № 4. С. 7–11. 4. Прогрессивные ресурсосбере гающие технологические процессы заготовительного производства. Ин форм. материал / ВНИИТЭМР. М., 1988. 116 с. 5. Белоусов И.Я., Сапрыкин А.А., Фельдблюм И.Э. Перспективная тех нология и оборудование для произ водства методом жидкой штамповки заготовок композитных поршней ДВС нового поколения // Тяжелое маши ностроение. 1998. № 5/6. С. 45–47. 6. Давление и время затвердевания при жидкой штамповке стальных заго товок // Л.Г. Гришин, Е.М. Покров ский, О.А. Солодухо, Л.Б. Жириков // Кузнечноштамповочное прво. 1996. № 1. С. 17–20. 7. Качество стальных передельных заготовок, полученных жидкой штам повкой, и проблемы их внедрения / Л.Г. Гришин, Г.А. Иоффе, О.А. Соло духо, И.Я. Бел оусов // Кузнеч ноштамповочное прво. 1996. № 7. С. 17–20. 8. Кирдеев Ю.П., Гришин В.В., Гри шин А.В. Оценка долговечности инст румента для штамповки кристалли зующегося металла // Кузнеч ноштамповочное прво, 2001. № 2. С. 26–28. 9. Температурные условия процесса и стойкость штампов при жидкой штамповке стальных заготовок // Л.Г. Гришин, О.А. Солодухо, Г.А. Иоффе, А.А. Сапрыкин // Кузнечноштампо вочное прво. 1996. № 2. С. 4–6. 564 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 15. ШТАМПОВКА В ТВЕРДОЖИДКОМ СОСТОЯНИИ (ТИКСОШТАМПОВКА) Аббревиатура SSP (SemiSolid Pro cessing) и SSM (SemiSolid Metal) охва тывает большую группу технологий, ориентированных на использование эффекта тиксотропии в жидкометал лических суспензиях. В отечественной литературе чаще используются терми ны тиксотехнология, тиксоформирова ние, а также переработка в жидкотвер дом и твердожидком состояниях. Штамповка (переработка) в твер дожидком состоянии построена на придании металлу новых свойств, по зволяющих осуществлять сложное формообразование, как и при литье, за одну операцию, но при значительно меньшей температуре металла. Это потребовало совмещения технологий литья и штамповки: – превращение порции твердого или жидкого сплава в суспензию до начала заполнения штампа (вне формообра зующей полости) через осуществление незавершенного фазового перехода, т.е. за счет собственной твердой aфазы, содержащейся в порционной заготовке в большом количестве и находящейся в таком физическом состоянии, которое обеспечивает более высокую, чем ранее, технологичность сплава; – использование в период формо образования и при завершении фазо вого превращения необходимого дав ления для проявления эффектов сверх пластичности; – использование течения под не большим избыточным давлением, ха рактерного для вязких жидкостей, для заполнения сложных полостей метал лом. Этапы подготовки и процессы, обеспечивающие требуемый уровень качества фасонных заготовок при ли тье традиционных сплавов, показаны на рис. 125. Они представлены в виде применяемой в литейном производстве Рис. 125. Процессы, обеспечивающие получение фасонной заготовки детали с заданным качеством (штриховой линией выделены процессы, имеющие отношение к тиксотехнологиям) ШТАМПОВКА В ТВЕРДОЖИДКОМ СОСТОЯНИИ (ТИКСОШТАМПОВКА) схемы деления процессов, обеспечи вающих получение качественной фа сонной заготовки, на три большие груп пы: металлургические процессы и про цессы внепечной обработки расплава, процессы формообразования и форми рования кристаллического строения фасонной заготовки, процессы обра ботки отливки вне формы. Новый элемент в процессах внепеч ной обработки — это получение пор ции суспензии, называемой тиксозаго товкой, с контролируемыми морфоло гическими формами и заданной долей твердой фазы. Чтобы достичь этого, во всех способах получения тиксозаготов ки стараются инициировать начало фа зового превращения с максимально большим числом активных зародышей кристаллов, равномерно распределен ных в некотором объеме жидкости (объемное затвердевание). Наиболее широко используемым практическим приемом достижения этой цели стала «мультипликация», т.е. разделение на части предварительно сформирован ных кристаллов с денд ритной морфо логией, частичное плавление обломков дендритов и управление скоростью роста выживших кристаллов. Эта среда формируемая в специальных условиях, в отличие от жидкого металла, не явля 565 ется жидкостью Ньютона, так как в ней напряжения сдвига не пропорциональ ны скорости сдвига. Вязкость таких сред заменяется кажущейся вязкостью, зависящей от целого ряда факторов. Идеальную суспензию для техноло гий переработки в твердожидком со стоянии сегодня представляют как жидкость, содержащую заданную, час то высокую долю твердых частиц дос таточно малого размера, имеющих сферическую морфологию и равно мерно распределенных в объеме жид кой фазы (рис. 126). Именно такая суспензия может течь однородно. Вяз кость такой среды зависит от доли твердой фазы (температуры), скоро сти сдвига, давления и времени. Таким образом, любой из показан ных на схеме дополнительных процес сов внепечной обработки металла дол жен становиться обязательным эле ментом штамповки фасонной заготов ки в твердожидком состоянии. Первая задача — это получение суспензии, свободной от кристаллов с дендрит ными морфологическими формами, т.е. с геометрией собственной твердой фазы, максимально приближенной к сферической форме и с минимальным количеством жидкости эвтектическо го состава, захваченной кристаллами. Рис. 126. Схематическое изображение (а) и реальная структура суспензированного металла (б), за фиксированная закалкой, пригодного для штамповки в твердожидком состоянии: fs — доля твердой фазы 566 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 127. Современные технологии формообразования в твердожидком состоянии На рис. 127, 128 представлена клас сификация и показаны тепловые усло вия формообразования фасонной за готовки в твердожидком состоянии. В настоящее время широко использу ют реолитье, тиксоштамповку и тик сомолдинг (исключительно для пере работки магниевых сплавов). Тиксоштамповку и тиксолитье осу ществляют в два этапа. Поставку заго товок (слитков) осуществляют со спе циализированного металлургического производства (предприятие, цех). Все отходы могут быть переработаны в но вую заготовку с требуемой структурой только на специализированном про изводстве (Pechiney, Ormet, SAG). Реонаправление основано на приго товлении твердожидкой заготовки из сплава, находящегося в жидком состоя нии (NRC, MIT, CRP, SEED, Cooling slope и другие процессы), и последую щей передаче суспензии на операцию формообразования. При этом брак и от ходы возвращаются в собственное пла вильное отделение. Последнее обстоя тельство при освоении новых техноло гий приближает структуру кузнеч нопрессового цеха к литейному цеху. В качестве примера на рис. 129 по казан кронштейн передней подвески автомобиля «Alfa Romeo 156», изго товленный в соответствии с традици онной технологией штамповки из де формируемого алюминиевого сплава АА6082 (аналог сплава АД35). Для его производства в качестве исходной за готовки используют прессованный слиток, который последовательно за три перехода (а–в) трансформируется в фасонную заготовку (г). В тиксотехнологиях требуется толь ко один переход от состояния а (слиток) до состояния г (фасонная заготовка). На том же предприятии Stampal S.P.A., где широко используют технологический процесс, представленный на рис. 129, технология производства заготовки ме Рис. 128. Тепловые условия формования фасонной заготовки: а — тиксоштамповка и тиксолитье; б — тиксомолдинг; в — реопроцессы; TL, TS — соответсвенно ликвидус и солидус обрабатываемого сплава ШТАМПОВКА В ТВЕРДОЖИДКОМ СОСТОЯНИИ (ТИКСОШТАМПОВКА) 567 Рис. 129. Кронштейн передней подвески автомобиля «Alfa Romeo» (производитель Stampal S.P.A., Италия). Объемная штамповка детали из прессованного слитка тодом объемной штамповки из дефор мируемого сплава АД35 была заменена на технологию нового реолитья этой же детали из литейного сплава типа АК7 по соображениям качества металла. Вид отливки после извлечения из литейной формы показан на рис. 130. Преимущество «нового реолитья» выразилось в незначительном уменьше нии массы готовой детали, но снижение стоимости механической обработки и резкое снижение стоимости исходных материалов привели к снижению затрат предприятия на производство этой де тали. Техническая эффективность тех нологий переработки сплавов в твердо жидком состоянии проявляется в уменьшении толщины стенок изделия при одновременном повышении герме тичности, снижении массы детали, од новременном росте пределов текучести и прочности, пластичности и ударной вязкости материала, уменьшении коли чества дефектов при сохранении высо кого качества поверхности и близкой к традиционным технологиям себестои мости производства. В зависимости от начального количе ства твердой фазы, изменяющихся изза отвода тепла структурных параметров сус пензии, а также от локальной скорости сдвигов течение суспензии в штампе мо Рис. 130. Отливка кронштейна передней подвески с литниковой системой 568 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 131. Механизмы деформации и растекания суспензии с подготовленной структурой: а — однородное течение с ротацией и перемещением твердых кристаллов внутри движущейся среды; б — структура металла (однородное течение), заполнившего тонкий канал: 1 — на конце потока; 2 — в середине канала; в — неоднородное течение с частичным изменением долей твер дой и жидкой фаз; г — неоднородное течение с интенсивным деформированием и вытягивани ем в волокна части кристаллов твердой фазы жет происходить как у однородной вязкой среды (рис. 131, а, б) или как у сложной двухфазной среды (рис. 131, в и г). Ре зультаты сложного течения фиксируют ся в виде изменения структуры материа ла в фасонном изделии в сравнении с ис ходной структурой твердожидкой заго товки. Наиболее типичное изменение — это увеличение доли эвтектики у стенок формы (штампа) вследствие выдавлива ШТАМПОВКА В ТВЕРДОЖИДКОМ СОСТОЯНИИ (ТИКСОШТАМПОВКА) ния на периферию части жидкой фазы при растекании сус пензии (рис. 131, в). Качественно подготовленная сус пензия слабо сопротивляется дефор мированию. В нагретом состоянии, ко гда доля твердой фазы составляет око ло 50 %, разрезать тиксозаготовку из алюминиевого сплава можно стальным ножом усилием руки. Для осуществле ния процессов с такой долей твердой фазы режим прессования выбирают так, чтобы максимально наследовать исходную структуру суспензии. Эффект тиксотропии в металличе ских сплавах с недендритной структурой заключается в том, что под воздейст вием сдвига материал разжижается (понижает вязкость), но когда воздей ствие прекращается, он снова загусте вает. Это происходит потому, что ме таллическая жидкость, содержащая распределенные твердые металличе ские включения, при выдержке легко структурируется, образуя физические контакты между сфероидами и агло мератами из этих сфероидов. При сдвиге физические контакты между ними частично разрушаются, но но вые контакты приводят к восстановле нию каркасной структуры, когда дей ствие сдвига заканчивается. Таким образом, тиксотропия прояв ляется в способности среды самопро извольно восстанавливать во времени структуру после предварительного ме ханического разрушения при любой заданной температуре в интервале за твердевания сплава. Тиксотропность — это способность суспензии к самопро извольному изотермическому обратно му переходу менее структурированной среды к более структурированной. Скачкообразное изменение скорости сдвига при постоянной температуре тиксотропной среды (рис. 132, а) при водит к одновременному скачкообраз ному росту напряжений сдвига (пико вое напряжение) с последующим выхо 569 дом на напряжение установившегося течения (рис. 132, а, б). Величина пика в сильной степени зависит от длитель ности формирования каркасной струк туры (время выдержки на рис. 132, а), от температуры суспензии (рис. 132, в) и от качества суспензии. У тиксотропной среды напряжение установившегося течения остается по стоянным. На практике процесс тик соштамповки протекает успешно при температурах, где пик мал или совсем отсутствует. При достаточно высокой доле твер дой фазы горячая и внешне твердая заготовка в большинстве случаев может легко транспортироваться. Однако изза специфической глобулярной формы кристаллов твердой фазы, легко допускающей их ротации и относи тельные перемещения, и в присутствии жидкой фазы, окружающей эти кри сталлы, способность воспринимать на грузки резко снижается. Суспензия приобретает свойства вязкой жидко сти, способной даже под небольшим давлением легко заполнять формооб разующую полость при почти неизмен ной температуре и, следовательно, при почти постоянной доле твердой фазы. Выше было отмечено, что переход от дендритной к глобулярной форме кристаллов первичной твердой фа зы — обязательное условие для осуще ствления тиксоформирования. Одна ко перевод одного типа структуры в другой при литье слитка в кристалли заторе скольжения для многих сплавов оказался технологически трудно осу ществимым. Поэтому количество при годных для этих целей промышленных сплавов пока сравнительно невелико. Причина состоит в том, что макро и микростроение слитков, получаемых литьем на большинстве металлургиче ских предприятий (рис. 133, а), тако во, что не до пускает их использования в тиксотехнологиях. 570 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 132. Напряжение сдвига (а, б) и сопротивление деформированию (в) тиксотропной среды: 1 — без выдержки; 2 — выдержка 1 ч; 3 — выдержка 2 ч; 4 — выдержка 5 ч Требования к макроструктуре слитка, пригодного к использованию в тиксотех нологиях, формулируются следующим образом: отсутствие зонального строения (рис. 133, а); отсутствие «скин»слоя (слой мелких дендритов, рис. 133, б); регламентированный средний размер зерна фазы (~500 шт/см3), т.е. Da = = 80…100 мкм; статистическая однород ность распределения кристаллов aфазы ШТАМПОВКА В ТВЕРДОЖИДКОМ СОСТОЯНИИ (ТИКСОШТАМПОВКА) Рис. 133. Макроструктура традиционного слитка (а) и слитка с тисоструктурой (б), изготовленно го с использованием магнитогидродинамического перемешивания жидкого металла в специальном кристаллизаторе; микроструктура тиксозаготовки с захваченной эвтектикой (в) и без включений эвтектики в кристаллах aфазы (г) по размерам; статистическая однород ность распределения компонентов спла ва по сечению слитка. На рис. 134 приведены сплавы, с которыми либо проводят промышлен ные исследования, либо используют в производстве. Наиболее приспособленными к но вым технологиям являются литейные доэвтектические сплавы. Управление морфологией кристаллов и изменение условий формообразования привело к одновременному росту прочности и пла стичности промышленных литейных двухфазных сплавов А356, А357 (россий ский аналог — сплав АЛ91), причем пластичность литейного двухфазного сплава (достигшая 30 % и более) стала соизмеримой с пластичностью дефор мируемых алюминиевых сплавов. Гарантируемые механические свойст ва алюминиевых сплавов в отливках с 571 недендритной формой кристаллов, по лучаемые тиксолитьем на фирме Alu minium Рechiney (Франция, торговая марка ALTIX), приведены в табл. 68. Последние европейские исследова ния (фирмы Buhler, AlusuisseLonza, SAG) связаны с разработкой оборудо вания горизонтального непрерывного литья для производства тиксоштампо вок. Однородный с мелким гранули рованным зерном материал произво дится на установке горизонтального литья с электромагнитным перемеши ванием в виде стержневых заготовок диаметром 70…160 см. Воспроизводи мая структура и требуемая чистота ме талла обеспечиваются обработкой жидкого металла непосредственно на линии и непрерывной регистрацией всех параметров литья. Механические свойства сплавов, ис пользуемых в тиксотехнологиях, приве дены в табл. 69. Название «Thixalloy» является зарегистрированной торговой маркой SAG. Главные достоинства за готовок: очень мелкая структура зерен (максимальный размер зерна 130 мкм); хорошее качество поверхности; высокая стабильность процесса и высокая чис тота металла производимых слитков; малые размеры неметаллических вклю чений (до 40 мкм); низкое содержание водорода; низкая пористость. Отлитые в горизонтальном положе нии слитки разрезают на требуемые мерные заготовки с высокой весовой точностью. Эти заготовки могут по ставляться в контейнерах, которые оп тимально адаптированы к загрузочным устройствам. Характеристики оборудо вания (литейных машин), на которых могут быть переработаны заготовки, приведены в табл. 70. В настоящее время ряд металлурги ческих фирм Франции, США, Авст рии и других стран освоили и постав ляют специальные слитки — тиксоза готовки нормализованного ряда раз 572 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 134. Типы сплавов, используемые в тиксотехнологиях меров с жестко контролируемыми па раметрами структуры и состава мате риалов, гарантирующие достижение высоких свойств в тиксолитых и тик соштампованных фасонных заготов ках (см. табл. 68, 69). Приведенные в таблицах характеристики сплавов в отливках существенно превосходят ха рактеристики действующего в России стандарта для аналогичных сплавов. Для эффективного производства фа сонных заготовок из сплавов А356, А357 построено трехмерное технологическое окно процесса тиксоформирования, связывающее влияние внешних воздей ствий на деформируемую среду с ее внутренним физическим состоянием среды. Выбор рекомендуемых парамет ров (рис. 135) в предлагаемом диапазо не воздействий гарантирует получение ШТАМПОВКА В ТВЕРДОЖИДКОМ СОСТОЯНИИ (ТИКСОШТАМПОВКА) 573 68. Гарантируемые механические свойства сплавов в отливках из алюминиевых сплавов с недендритной формой кристаллов Состав s , МПа sв, МПа d, % (близкий эквивалент) 0,2 AlSi7Mg0,3SR (A356) AlSi7Mg0,6SR (A357) AlSi6Cu3Mg (A319) 105 230 18 Режим термообработки F: литье 170 260 15 Т5: закалка в воду; 160 °C, 6 ч 230 300 14 Т6: 510°С, 10 ч; закалка в воду; 160 °C, 6 ч 110 240 17 F: литье 205 275 10 Т5: закалка в воду; 170 °C, 6 ч 290 345 10 Т6: 540 °С, 10 ч; закалка в воду; 170 °C, 6 ч 130 270 7 F: литье 320 405 5 Т6: 500 °С, 6 ч; закалка в воду; 170 °C, 6 ч AlSi6Cu1Mg (A355) 225 320 7 Т5: закалка в воду; 170 °C, 6 ч AlSi16Cu4Mg (A390) 185 220 1 F: литье 270 270 <0,2 Т5: 225 225 <0,2 Т5¢: закалка в воду; 230 °C, 8 ч A356 A357 350 350 <0,2 Т6: 200 260 12 Т5* 240 315 12 Т6* 210 290 10 Т5* 250 315 10 Т6* закалка в воду; 170 °C, 10 ч 500 °С, 6 ч; закалка в воду; 170 °C, 10 ч * Производится фирмой Formcast (США). Перепад толщин стенок детали Dl и, соответственно, скоростей течения суспензии в форме Dvп не отражается существенно на качестве фасонной детали. Стадию повторного нагрева и по следующую стабилизирующую вы высокого комплекса свойств этих спла вов в штампованных. Скорости движения прессующего поршня на прессах составляют 0,02… 0,1 м/с, а на машинах ЛПД — 0,2… 2,0 м/с, что соответствует диапазону скоростей деформаций 101…103 с-1. 69. Основные типы используемых сплавов Сплав Тип Thixalloy 615 Механические свойства в литом состоянии s0,2, МПа sв, МПа d, % AlSi7Mg0,15 100 180 15 Thixalloy 630 AlSi7Mg0,30 120 230 12 Thixalloy 640 AlSi7Mg0,40 130 240 10 Thixalloy 650 AlSi7Mg0,65 140 250 8 Thixalloy 680 AlSi7Mg0,80 150 260 5 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ 574 70. Характеристики литейного оборудования, рекомендуемого для тиксоформирования Диаметр слитка: в дюймах 2,5 3 3,5 4 5 6 в мм 63,5 76,2 88,9 101,6 128 152,4 700 1000 1400 1900 3000 3700 Максимальная сила прессова ния, кН Сила запирания, т 260…340 420…530 530…660 Масса используемой заготовки, кг 1,0…2,0 1,5…3,0 2,0…4,0 660…1050 1050…1800 1800…2700 3,5…7,0 6,0…12,0 10,0…12,0 держку осуществляют с использовани ем индукционного нагрева заготовок. На таких установках нагрев заготов ки осуществляют в 2 этапа. Начальный этап — этап быстрого нагрева (напри мер, для сплава АК7 это нагрев до тем пературы 568…570 °C), продолжается около 15 мин. Завершается процесс медленным нагревом и тепловой стаби лизацией (примерно 5…10 минут) при температуре 580…585 °C. При таком на греве перепад температур в центре заго товки и у ее боковой поверхности со ставляет около 5 °C на первом этапе и около 3 °C — на втором. Как видно на рис. 136, перепад температур в заготов ке из этого сплава, равный 5 °С, соот ветствует изменению доли твердой фа зы от 45 до 50 % и изменению вязкости суспензии более чем в 10 раз. Если составы используемых сплавов плохо оптимизированы для переработки в твердожидком состоянии, небольшое различие в температуре может вызвать большой разброс в содержании жидкой фазы. Поэтому для получения детали требуемого качества очень важно экспе риментально определить такие парамет ры этой стадии процесса, как рабочая температура, однородность температур ного поля по объему заготовки и дли тельность нагрева. Температура нагрева определяет содержание жидкой фазы в заготовке. Слишком низкая температура а) б) Рис. 135. Трехмерное рабочее окно процесса тиксоформирования для сплава А356 (FS < 0,53): а — sв > 220 МПа; d > 17 %; s0,2 > 100 МПа; DТ = 5 °C; DFS = 0,04; Dl = 23,5 мм; Dvп = 190 м/с; б — sв > 230 МПа; d > 20 %; s0,2 > 110 МПа; DТ = 5 °C; DFS = 0,04; Dl = 5 мм; Dvп = 23 м/с ШТАМПОВКА В ТВЕРДОЖИДКОМ СОСТОЯНИИ (ТИКСОШТАМПОВКА) 575 Рис. 136. Изменение вязкости в частично расплавленных сплавах в зависимости от средней скорости сдвига и доли твердой фазы: а — для сплава А356; 1 — fS = 0,3 (Т = 590 °C); 2 — fS = 0,45 (Т = 585 °C); 3 — fS =0,55 (Т = 580 °C); б — для сплавов А356 и А357; 1 — сплав А356 (6,6 % Si), fS = 0,51, выдержка 0 мин; 2 — сплав А356 (6,6 % Si), fS =0,66, выдержка 30 мин, обратное выдавливание и сжатие между параллельными пла стинами; 3 — сплав А356 (6,6 % Si), fS = 0,45, выдержка 30 мин, обратное выдавливание и сжатие между параллельными пластинами [Лу]; 4 — сплав А357 (7 % Si), fS = 0,48, выдержка 30 мин, ка пельный вискозиметр; 5 — сплав А356 (7 % Si), fS = 0,5, выдержка 60 мин, цилиндрический виско зиметр; 6 — сплав А356 (7 % Si), fS = 0,4, выдержка 60 мин, цилиндрический вискозиметр нагрева приводит к неполному расплав лению эвтектической фазы и сохране нию скелета твердой фазы, резко ухуд шающего реологические свойства сус пензии. Неоднородный нагрев приводит к потере устойчивости заготовки и труд ностям ее транспортировки. Наконец, продолжительность нагрева также долж на быть оптимизирована. При излишней длительности нагрева твердые частицы в суспензии коагулируют, структура ста новится более грубой; при слишком ко ротком времени стабилизации не про изойдет полной трансформации исход ных форм частиц в глобулярные, — все это ухудшает реологические свойства об рабатываемого материала. Нагрев обычно осуществляют при вертикальном расположении слитка на теплоизолирующей подставке. Верти кальная ориентация заготовки требует соблюдения определенных пропорций в геометрии заготовки для сохранения первоначальной формы в процессе на грева: максимальное отношение длины к диаметру заготовки не должно пре вышать 2,5:1 (чаще 2,25:1). В этом слу чае исходная форма заготовки сохраня ется даже при 50 % жидкой фазы, что способствует простому захвату для транспортировки горячей заготовки к литейной форме или штампу. Сохране ние геометрии суспензированной заго товки способствует и более легкому удалению оксидных пленок с поверх ности заготовки в металлоприемнике. При вертикальном расположении за готовки и нарушении найденных про порций под действием поля тяжести мо жет происходить вытекание части жид кой фазы и некоторое оседание слитка, придающее ему форму «ноги слона». Этот эффект и оксидная пленка могут создавать проблемы при запрессовке. Если слиток помещается внутри го ризонтальной вращающейся лодочки (рис. 137), это приводит к росту произ водительности оборудования, допуска ет работу с большой долей жидкой фа зы, если это необходимо технологу, но не устраняет проблемы, связанной с формированием оксидной пленки на 576 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 137. Расположение заготовки в индукторе и схема нагрева в защитной среде поверхности заготовки. Для защиты за готовки от окисления нагрев может осу ществляться в защитной среде. При отработке промышленного ва рианта системы управления нагревом следует помнить, что плавление эвтек тики (и рост доли жидкой фазы в 3компонентном сплаве) происходит не при постоянной температуре и не мгновенно, а в течение значительного интервала времени, вызывая «расхож дение» в сигнале датчика с фактиче ской долей жидкой фазы в интервале температур 564…574 °C (для сплавов А356, А357). В современных устройствах индук ционного нагрева заготовок требуемые условия нагрева обеспечиваются варь ированием количества подводимой к заготовке энергии. На рис. 138 представлены экспери ментальные зависимости температуры нагреваемой заготовки и количества подводимой энергии от времени. Заго товку из сплава А356 (Thixalloy, фирма SAG) диаметром 101 мм и длиной 220 мм нагревали в гори зонтальной высокочастот ной индукционной печи с максимальной мощностью 80 кВт. Оптимизированный вариант нагрева — это сту пенчатый нагрев и стабили зация, осуществляемые в течение 15 минут. Для дос тижения однородного поля температур в заготовке бы ли использованы четыре уровня подводимой энер гии и семь временных ин тервалов (шагов). На 1, 3 и Рис. 138. Подведенная мощность, измеренные температуры (а) и мик роструктура заготовки из сплава А356 перед (б) и после (в) термооб работки: 1 — температура на периферии заготовки; 2 — температура в цен тре заготовки; 3 — подведенная мощность ШТАМПОВКА В ТВЕРДОЖИДКОМ СОСТОЯНИИ (ТИКСОШТАМПОВКА) Рис. 139. Схема (а) и практическая реализация ступенчатого индукционного нагрева с восемна дцатью (б) индукторами, подключенными после довательно к одному источнику питания 5м шагах уровень подводимой энер гии был равен 50 кВт, что обеспечивало быстрое повышение температуры заго товки. Снижение подводимой мощно сти до 5 кВт на 2, 4 и 6м шагах спо собствует уменьшению вариации тем 577 пературного поля. Уровень энергии, подводимой на 7 и 8м шагах, был по добран так, чтобы в течение 5 мин под держивать требуемые температуру тик соштамповки и минимальную вариа цию температурного поля заготовки. Микроструктура заготовки в состоя нии поставки и микроструктура сус пензии, сформированная в результате повторного нагрева, частичного плав ления и стабилизирующей выдержки, показана на рис. 138. На большинстве промышленных ус тановок повторный нагрев производят путем ступенчатого индукционного на грева. Такое решение позволяет обеспе чить точный и быстрый нагрев, но его недостатком является относительно низкий КПД индукционных нагрева тельных устройств с использованием от 4 до 24 индукторов (рис. 139). Главный недостаток многих процес сов тиксо и реоформирования, которые внедрены в промышленное производст во, состоит в том, что они имеют дли тельное время подготовки суспензии. Для его уменьшения ведутся разработки новых технологий производства так на зываемой «суспензии по заказу», упро щающих стадии подготовки и дозирова ния суспензий. Например, отработан процесс (Idra SSR™, рис. 140), в котором Рис. 140. Промышленная установка, реализующая процесс Idra SSR ™, смонтированная на базе 1400тонной машины ЛПД. Слева показано устройство для изготовления суспензии 578 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ сочетаются быстрое охлаждение и пере мешивание, в результате чего удается пе рерабатывать 8…10 кг жидкого алюми ния в суспензию за 15…20 с. Это время вполне сравнимо с циклом машины ли тья под давлением или пресса. Процесс организован следующим образом. На первом этапе графитовый стержень, охлаждаемый изнутри возду хом, погружается в металл, который на ходится в керамической чашке. Металл предварительно помещается туда в нуж ной дозе, соответствующей массе изго товляемой детали. Вращение стержня и его охлаждение стимулируют быстрое образование суспензии с первичной твердой фазой с тонкой глобулярной структурой. Чем дольше происходит ох лаждение, тем большей становится доля твердой фазы и увеличивается размер зерен. По окончании процесса приго товления суспензии, т.е. после того как будет достигнута заданная доля твердой фракции, металл передается в машину литья под давлением для последующего его прессования. Технологию SSR можно легко при менить на одном отдельно взятом уже смонтированном и работающем ком плексе литья под давлением или прессе. Устройство имеет небольшие размеры, для его монтажа не надо радикально ме нять планировку оборудования. Его рас полагают между раздаточной печью и машиной для литья (прессом) так, чтобы передавать необходимое количество ме талла с помощью дозатора (или залив щика металла) напрямую в керамиче скую чашку, которая переносится робо том. Роботзаливщик после окончания процесса преобразования жидкого ме талла в суспензию выливает эту порцию металла в камеру прессования машины. Заключительная стадия тиксоштам повки может проводиться по традици онным схемам в открытом или закры том штампе. Взаимодействие инстру мента (пуансона, штампа) и тиксозаго Рис. 141. Принцип работы инструмента при штамповке в закрытом штампе: а — загрузка тиксозаготовки: 1 — верхний пу ансон; 2 — заготовка (суспензия); 3 — верхняя вставка; 4 — обойма; 5 — нижняя вставка; 6 — нижний пуансон; б — начало формообразова ния; в — завершение формообразования; г — раскрытие штампа и извлечение штамповки товки при прессовании в закрытом штампе показано на рис. 141. Заполне ние формы может происходить по схе мам прямого, обратного, поперечного и комбинированного выдавливания. При этом в зависимости от схемы прессова ния возникают принципиальные разли чия в величине давления, приложенно го к твердожидкому материалу, скоро сти заполнения формы и, в конечном счете, возникает различие в структуре и свойствах поковки, сформированной из одной и той же тиксозаготовки. При работе с тиксозаготовками на гидравлических прессах используют схемы прессования со специальной за ШТАМПОВКА В ТВЕРДОЖИДКОМ СОСТОЯНИИ (ТИКСОШТАМПОВКА) 579 Рис. 142. Варианты конструкций штампа с различными загрузочными камерами: а — без литникового хода; б — с литниковым ходом грузочной камерой и литниковым хо дом (рис. 142), аналогичные литьевому прессованию пластмасс на прессах. Ус тановлено, что конструктивное испол нение питателя влияет на характер тече ния при заполнении штампа и механи ческие свойства формируемой штам повки. Наличие питателя способствует повышению качества штамповки. Ламинарное заполнение формооб разующей полости суспензией и очист ка суспензии от оксидных пленок — очень важные для обеспечения качества металла элементы процесса, решаемые при разработке конструкции штампа. Заполнение формы ламинарным пото ком обеспечивается увеличением в не сколько раз площади сечения питателя, а очистка суспензии от оксидов — спе циальной конструкцией улавливающе го устройства, формирующего геомет рию прессостатка (рис. 143). Другим важным аспектом, влияю щим на качество процесса формооб разования, является оформление по лости прессформы (матрицы), а так же правильный выбор температуры матрицы. Тиксоштамповку ведут с по догревом формообразующей оснаст ки. Обычно температура оснастки ко леблется в интервале 250…350 °C. При необходимости заполнять тонкие (ме нее 2 мм) протяженные сечения штам повку ведут в закрытых прессформах, а выбираемая температура оснастки поддерживается более точно с исполь зованием специальных нагревателей. Успехи нового реолитья стимулиро вали развитие метода реоштамповки из заготовок с высокой долей твердой фа зы. Пример конструирования штам па для такого процесса показан на рис. 144. Заполнение полости формы из камеры высокого давления производит ся методом обратного выдавливания. Рис. 143. Запатентованная конструкция устрой ства улавливания оксидов, состоящая из скреб ка 1, ловушки 2, собирающей оксидную пленку (позиция 3), стакана 4 и вкладыша 5, вместе определяющих геометрию прессостатка 580 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 144. Конструкция штампа для производст ва детали «поворотный шарнир» из алюминие вого сплава методом реоштамповки: 1 — нижний вкладыш; 2 — нижний стержень; 3 — песчаный стержень; 4 — верхний стержень; 5 — верхний вкладыш; 6 — верхняя плита; 7 — прессующий пуансон; 8 — канал водяного ох лаждения пуансона; 9 — металлоприемник; 10 — охлаждающая система штампа; 11 — ка мера давления; 12 — вкладыш камеры давле ния; 13 — нижняя плита; 14 — толкатель СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Макаров Г.С. Формообразование сплавов в твердожидком состоянии // Технологии легких сплавов. 1996. № 5. С. 37–45. 2. Семенов Б.И., Мельников Н.А. Принципы и технологии получения точных заготовок из сплавов, находя щихся в твердожидком состоянии // Металлургия машиностроения. 2001. № 2. С. 36–43. 3. Семенов Б.И., Бочаров Ю.А., Куш тарев К.М. и др. Современные техноло гии формообразования в твердожидком состоянии // КШП. ОМД. 2006. № 10. С. 3–14. № 11. С. 3–16. 16. ГОРЯЧЕЕ ИЗОСТАТИЧЕСКОЕ ПРЕССОВАНИЕ ГРАНУЛ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ Горячее изостатическое прессова ние является частью технологии ме таллургии гранул, куда входит пр оцесс получения микрослитков (гра нул) заданного химического состава, кристаллизующихся со скоростями 103…105 °C/с, и последующее компак тирование при высокой температуре (1150…1250 °C) путем всестороннего равномерного сжатия (рис. 145). Компактные заготовки могут быть использованы как готовые изделия (после соответствующей специальной термической и механической обработ ки) или как заготовки для последую щей деформации штамповкой, ков кой, прессованием и прокаткой. Основные технологические процес сы металлургии гранул содержат: 1) вакуумную плавку и литье в ко киль заготовки; 2) производство гранул распылением расплава струей сверхчистого инертно го газа или плазменным оплавлением вращающейся с большой скоростью ли той заготовки; 3) подготовку гранул к компакти рованию — классификацию по круп ности, электростатическую сепара цию, термическую дегазацию при одновременной засыпке и гермети зации гранул в капсулах электрон ным лучом; 4) компактирование заготовок в га зостатах или в установках горячего гидростатического прессования в рас плаве неорганических материалов; 5) специальную термическую обра ботку заготовок; 6) обработку резанием до требуе мой геометрии изделия; 7) контроль качества. Новая технология имеет следую щие преимущества: 1) высокая однородность струк туры и свойств в объеме изделия и повышение надежности работы из делий; 2) отсутствие ограничений по раз мерам и геометрии изделий; ИЗОСТАТИЧЕСКОЕ ПРЕССОВАНИЕ ГРАНУЛ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ 581 Рис. 145. Схема процесса металлургии гранул: а — высокоскоростная кристаллизация; б — горячее изостатическое прессование; в — структура металла; г — заготовки, получаемые горячим изостатическим прессованием 3) общее сокращение расхода ме талла в 2–3 раза и повышение коэф фициента использования металла за готовки до 0,4…0,6, вместо 0,15…0,25 при традиционной штамповке, что обеспечивает значительную эконо мию стратегически важных дефици тых материалов — кобальта, никеля, хрома, молибдена и др.; 4) снижение трудоемкости изготов ления изделий на 50…70 %; 5) широкие возможности освоения и производства новых сложнолегиро ванных сплавов с более высокими слу жебными характеристиками, которые не могут быть изготовлены традици онными методами. Литые заготовки для последую щего производства из них гранул сложнолегированных жаропрочных никелевых сплавов получают в ва куумных индукционных печах либо в вакуумных дуговых печах с целью максимального рафинирования ме талла. Печи типа ИСВ0,6 или ИСВ2,5 конструкции новосибирского завода «Сибэлектротерм» имеют емкость тигля 750 и 2900 кг соответственно. Вакуумнодуговые печи типа БВДП разработаны в ВИЛСе. Диаметр отливаемых заготовок: 70…90 мм — для плазменного центро бежного распыления на гранулы; до 210 мм — для газоструйного распыле ния расплава на гранулы. Для ответственных деталей газо турбинных авиационных, морских и ракетных двигателей гранулы по лу чают плазменной плавкой и цен тробежным распылением быстров ращающейся литой шлифованной заготовки в установках типа УЦР2, УЦР4, УЦР6 (рис. 146). Круп ность получаемых гранул менее 100 мкм. Температура плазмы 2000… 2100 °C. Частота вращения литой заготовки 7000…23 000 об/мин. Крупность гранул зависит от часто ты вращения заготовки (при прочих 582 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 146. Установка типа УЦР плаз менной плавки и центробежного рас пыления быстровращающейся литой шлифованной заготовки: 1 — вакуумная система; 2 — камера с емкостью для сбора огарков; 3 — ка мера привода вращения барабанов; 4 — толкатель; 5 — барабаны; 6 — ка мера перемещения и вращения заго товки; 7 — привод прижимного роли ка; 8 — стационарная часть камеры распыления; 9 — отъемная часть ка меры распыления; 10 — привод дви жения плазмотрона; 11 — плазмо трон; 12 — пульт управления; 13 — устройство для охлаждения гранул; 14 — устройство для отбора проб гра нул на анализ; 15 — устройство для герметичного соединения переносно го бункера с установкой; 16 — пере носной бункер; 17 — бункеры для хранения гранул равных условиях) и определяется по формуле: 1/ 2 12 h æ s ö ÷ ç d= w çè rD ÷ø , где d — диаметр гранулы; h — эмпири ческий коэффициент, равный 0,8… 1,0; r — плотность расплава; w — угло вая скорость вращения заготовки; s — коэффициент поверхностного натя жения расплава; D — диаметр литой заготовки. При производстве быстрорежущей и инструментальной сталей гранулы получают газоструйным распылением (диспергированием) расплава в уста новках типа УРС. За рубежом подоб ным образом получают ряд ответствен ных деталей двигателя. Крупность гра нул — 30…800 мкм. В качестве диспер гатора используют специальные фор сунки, через которые подают сверхчис тый инертный газ под давлением 10… 16 МПА. С повышением давления ар гона в форсунках крупность гранул уменьшается. Подготовку гранул к компактиро ванию проводят в атмосфере сверх чистого инертного газа или в вакуу ме (так называемый процесс «all inert»), что исключает загрязнение поверхности частиц и обеспечивает их диффузионное сращивание в мо нолит при горячем изостатическом прессовании. Физикомеханическая (импульсно механическая) обработка гранул вклю чает в себя классификацию их по круп ности, полиградиентную магнитную сепарацию от металлических приме сей, электростатическую сепарацию от неметаллических примесей и вакуум ную термическую дегазацию в летящем потоке или в монослое. Последнюю операцию проводят в специальных ва куумных электротермических установ ках засыпки и герметизации гранул в капсулах типа УЗГК1, УЗГК1М, УЗГКД (рис. 147). ИЗОСТАТИЧЕСКОЕ ПРЕССОВАНИЕ ГРАНУЛ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ 583 Рис. 147. Вакуумная электротермическая установка засыпки и герметизации гранул в капсулах типа УЗГК: 1 — бункер с гранулами; 2 — вакуумный затвор; 3 — электроннолучевая сварочная пушка; 4 — корпус рабочей камеры установки; 5 — транспорт гранул в капсулу; 6 — манипулятор; 7 — нагре вательная печь; 8 — капсулы; 9 — загрузочная тележка; 10 — стол вибратора; 11 — механический кулачковый вибратор Горячее изостатическое (т.е. все стороннее равномерное) прессова ние гранул проводят в специальном пластически деформируемом инст рументе — капсулах из малоуглеро дистой стали (рис. 148). Конструк цию и геометрию капсулы рассчи тывают по специальной методике, которая обеспечивает в процессе прессования ее подобное формоиз менение и диффузионное сращива ние находящихся в ней гранул в мо нолитное состояние. Горячее изостатическое прессо вание (ГИП) реализует наиболее перспективную схему, исключаю щую деформацию (экструзию, штамповку в горячих штампах и изотермическую штамповку) из технологического процесса и яв 584 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 148. Капсулы различной конфигурации для горячего изостатического прессования турбинных дисков и валов из гранул ляющуюся наиболее простой и вы годной в экономическом отноше нии технологией получения ответ ственных изделий из гранул жаро прочных никелевых и титановых сплавов. ИЗОСТАТИЧЕСКОЕ ПРЕССОВАНИЕ ГРАНУЛ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ Рис. 149. Схема установки горячего изостатиче ского прессования: 1 — подвижная рама газостата; 2 — домкрат; 3 — верхняя пробка; 4 — рабочая камера; 5 — теплоизоляционный кожух (колпак); 6 — нагре вательные элементы печи газостата; 7 — садка (прессуемые капсулы с гранулами, конструкци онное литье и др.); 8 — загрузочный стол; 9 — промежуточная пробка; 10 — канал для подачи аргона; 11 — нижняя пробка ГИП реализуют в специальных уст ройствахгазостатах, в которых в каче стве рабочей среды, передающей дав ление на оболочку капсулы с гранула ми, служит аргон. Схема газостата представлена на рис. 149. Существуют две основные схемы ведения цикла ГИП: с холодной за 585 грузкой и выгрузкой прессуемых изде лий схема «сold–cold» (рис. 150) и с го рячей загрузкой и выгрузкой — схема «hot–hot» (рис. 151). При первой схеме прессуемые из делия (садку) загружают в рабочую ка меру газостата, в нее закачивают ком прессорами до расчетного начального давления аргон, включают печь газо стата. С повышением температу ры растет давление. При достижении ра бочей температуры прессования спла ва давление достигает предельного уровня. После заданной выдержки температуру и давление снижают, а отпрессованную садку выгружают. При второй схеме прессуемые изде лия (садку) нагревают до заданной тем пературы в вертикальных печах пред варительного нагрева и затем перегру жают их в нагретую печь газостата. За крывают рабочую камеру и компрессо рами закачивают аргон до уровня рабо чего давления. После заданной вы держки давление снижают и выгружа ют отпрессованную садку изделий. Процесс сращивания в монолит де сятков миллиардов гранул крупно стью 70…100 мкм состоит из несколь ких этапов (рис. 152). Экспериментально установлено, что наибольший рост плотности про исходит на первой стадии процесса ГИП вследствие интенсивной микро пластической деформации на кон тактных поверхностях гранул, когда их общая площадь на начальной стадии прессования ничтожно мала, а уро вень возникающих на них напряже ний при приложении внешнего давле ния весьма высок. После достижения плотности око ло 98 %, что соответствует началу вто рой области, дальнейший рост плот ности происходит в результате истече ния металла в пору, т.е. за счет меха низма ползучести или дислокацион ного крипа. Следствием этого являет 586 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 150. Диаграмма процесса горячего изостатического прессования изделий из гранул с холодной загрузкой — выгрузкой садки (схеме «сold–cold»): А — полный цикл (40…16 ч); В — сборка и загрузка садки; С — напуск и закачка газа; D — подъ ем температуры и давления; Е — первая выдержка; F — подъем температуры и давления; G — вто рая выдержка под давлением; Н — охлаждение и снижение давления; K — выпуск газа в баллоны; L — выгрузка садки Рис. 151. Диаграмма процесса горячего изостатического прессования изделий из гранул с горячей загрузкой — выгрузкой садки (схема «hot–hot»): А — полный цикл (12…20 ч); В — сборка и загрузка садки; С — напуск и закачка газа; D — подъем температуры и давления; G — выдержка под давлением; Н — охлаждение и снижение давления; K — выпуск газа в баллоны; L — выгрузка садки ИЗОСТАТИЧЕСКОЕ ПРЕССОВАНИЕ ГРАНУЛ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ 587 Рис. 152. Диаграмма зависимости плотности материала изделий из гранул от температуры и рабочего давления прессования ся более низкий прирост плотности (см. рис. 152). На последней стадии процесса ус тановлено (для гранул основного сплава ЭП741НП), что использование удельных сил прессования свыше 280…300 МПа может оказаться нера циональным изза незначительного прироста плотности и сложности реа лизации таких высоких давлений в современных газостатах и гидростатах. Проведенные исследования так же показали, что удельная сила прессования вносит определяющий вклад в уплотнение гранул, а тем пература — в уровень механических характеристик и длительной проч ности. Указанные выводы подтверждены также подробными фрактографиче скими исследованиями. Как правило, в нашей стране и за рубежом промышленные газостаты работают при давлении 100…200 МПа и температуре 1200…1300 оС. Размеры рабочего пространства печей газоста 588 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 153. Газостат с осевой силой 50 МН конструкции ВНИИметмаш–ВИЛС тов составляют: диаметр — до 2400 мм, высота — до 3300 мм. Первый советский газостат с осе вой силой 50 МН конструкции ВНИИметмаш–ВИЛС запущен в ВИЛСе в 1978 г. (рис. 153). Крупней ший в мире газостат с осевой силой 400 МН конструкции ВНИИметмаш– ВИЛС–КЗТС запущен в ВИЛСе в 1986 г. (рис. 154). Его рабочие пара метры: давление — до 200 МПа, темпе ратура — до 1250 оС, диаметр — 1220 мм, высота — 2200 мм. За рубежом процесс ГИП наиболее развит в США, Швеции, Франции, Англии, КНР, Бельгии. ИЗОСТАТИЧЕСКОЕ ПРЕССОВАНИЕ ГРАНУЛ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ 589 Рис. 154. Газостат с осевой силой 400 МН конструкции ВНИИметмаш–ВИЛС–КЗТС После ГИП отпрессованные изде лия подвергают специальной много ступенчатой термической обработке, которую проводят в камерных печах сопротивления или в вакуумных печах с регулируемой скоростью охлажде ния (до 100…150 °C/мин). Далее проводят обработку резанием заготовок, испытания отпрессованного гранулированного изотропного мате риала (при 20 °C, жаропрочность, ма лоцикловая усталость), контроль каче ства изделий–ЛЮМ1ОВ, макротрав ление, автоматизированный УЗК, кон троль микроструктуры материала и др. Создана стабильная промышлен ная технология производства из гра нул сплавов ЭП741НП, ЭП962П, 590 Глава 9. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ ШТАМПОВКИ Рис. 155. Изделия из гра нул современных жаропроч ных никелевых сплавов для авиакосмической техники, морских ГТД, ГТД систем транспортировки газа и нефти, энергетики ЭИ698П критических компонентов газотурбинных авиационных и жид костных ракетных двигателей, мор ских и промышленных ГТД и др. Разрабатываются новые перспектив ные сплавы. Сортамент турбинных и компрес сорных дисков, валов, лабиринтов, про ставок, крыльчаток и других деталей (рис. 155) насчитывает более 700 наиме нований. Все двигатели истребителей МИГ29 и его модификаций, СУ27 и его моди фикаций, ЯК130, МИГ31, пассажир ских и транспортных самолетов ИЛ96 300, ИЛ114, ИЛ96400Т, ИЛ76МФ, ИЛ76ТД, ИЛ76МД, ИЛ78, ТУ204100, ТУ214, ТУ204300, ТУ204С, А42, РКС «ЭнергияБуран», перспектив ные военные и пассажирские двигате ли «5» и «5+» поколений ориентирова ны на детали из гранул. Уровень их ха рактеристик, наивысший в России, приведен в табл. 71. К 2007 г. выпущено и находится на боевой службе и в гражданской экс плуатации более 50 000 изделий из гра нул. Безаварийная наработка дисков, валов и других деталей в авиационных двигателях превышает 50 млн часов, в промышленных — 40 млн часов. 71. Механические характеристики дисков и валов из гранул современных жаропрочных никелевых сплавов Марка сплава sв, МПа s0,2, МПа d, % Y, % КСU, КДж м2 Длительная прочность, МПа (при 650 °C 100 ч) Малоцикловая ус талость, МПа (при 650 °C 10 000 цик лов) ЭП741НП 1450 1020 18 18 40 1020 1050 ЭП962П 1550 1100 12 14 30 1080 1100 ЭИ698П 1350 900 15 18 50 720 800 ВВ750П 1550 1150 13 15 30 1100 1100 ВВ751П 1600 1200 13 15 30 1120 1120 Глава 10 ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ И ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ, ЖАРОПРОЧНЫХ И ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ Инструментальные стали, высоко легированные жаропрочные стали и сплавы обладают пониженной пласти чностью и высоким сопротивлением деформированию. Химический со став, механические характеристики, температурные интервалы штамповки и режимы нагрева и охлаждения этих сталей и сплавов приведены в т. 1, гл. 1, 2, 5 и 13. Представление о пластичности этих сплавов и о влиянии схемы на пряженнодеформированного состоя ния на пластичность заготовки дает табл. 1, где указаны допустимые сте пени деформации инструментальных и высоколегированных жаропрочных сталей при осадке и выдавливании. Критические степени деформации для большинства инструментальных сталей составляют 5…15 %. 1. Допускаемые степени деформации, %, сталей и сплавов при штамповке на различном оборудовании Стали и сплавы Осадка при Выдав скоростях ливание менее 9 м/с Стали: содержащие 4…5 % легирующих эле ментов 80 90 содержащие до 45 % легирующих эле ментов 60 90 высоколегирован ные жаропрочные 60 90 Жаропрочные сплавы 10…50 30…90 Проектирование технологического процесса получения заготовок из труднодеформируемых жаропрочных сталей и сплавов имеет ряд особенно стей. Жаропрочные, высоколегиро ванные стали и сплавы на никелевой основе относятся к сложнолегирован ным сплавам. От степени их легирова ния зависят жаропрочность и техноло гическая пластичность при горячей объемной штамповке. Свойства этих материалов в отли чие от свойств инструментальных и углеродистых сталей в большей степе ни зависят от размеров зерен. Поэтому получение из них поковок с требуемы ми механическими и другими свойст вами возможно лишь при наличии в поковках равномерной структуры с оптимальным размером зерна. Для жаропрочных сталей и сплавов харак терны также более высокая температу ра начала рекристаллизации и мень шая ее скорость. При штамповке по ковок из труднодеформируемых жаро прочных сплавов процесс рекристал лизации не всегда завершается по все му сечению поковки, что приводит к разнозернистости. Чтобы исключить возможность образования в поковке разнозернистой структуры, штампов ку проводят при степенях деформа ции, превышающих критические, при этом температура заготовки должна быть выше температуры начала рекри сталлизации, а степень деформации за один нагрев — не менее 15…20 %. Жаропрочные сплавы на никеле вой основе очень чувствительны как к Глава 10. ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ 592 перегреву, так и к недогреву. При не значительных отклонениях от опти мального температурного интервала они начинают «трещать» при штам повке. При конструировании горячеш тампованных поковок из трудноде формируемых жаропрочных сталей и сплавов необходимо правильно назна чить припуски, допуски, выбрать плоскость разъема и определить дру гие геометрические параметры. А так же решить вопросы, связанные с рас положением волокон в поковке, так как снижение s в поперек волокон по сравнению с s в вдоль волокон дости гает 10 %. При этом уменьшение отно сительного удлинения, поперечного сужения и ударной вязкости достигает 30 %. Поэтому плоскость разъема сле дует выбирать так, чтобы при обрезке облоя перерезание волокон было ми нимальным. Для этого следует учиты вать рекомендации по выбору плоско сти разъема, изложенные в гл. 3, 4 т.2. Припуски и допуски на размеры поковок, изготовленных из жаропроч ных ст алей и сплавов, назначают по ОСТ 1.41187–78, а на поковки из ин струментальных сталей — по ГОСТ 7505–89 (см. гл. 1) в соответст вии с массой и размерами поковок. Штамповочные уклоны при конст руировании поковки выбирают по табл. 2; радиусы закруглений наруж ных и внутренних углов поковок в за висимости от высоты ребра и материа ла поковки — по табл. 3. Толщины полотен в зависимости от площади проекции поковки на плоскость разъема штампа для различ ных открытых и закрытых сечений приведены в табл. 4. При конструировании поковок тол щину ребра s принимают в 6,5–10 раз меньше высоты. Предельные значения расстояний amax и amin между ребрами для поковок из жаропрочных сталей и сплавов некоторых цветных металлов приведены в табл. 5. Для получения оптимальной струк туры и предупреждения образования трещин в поковках из труднодеформи руемых жаропрочных сплавов целесо образно: – вести штамповку крупных поко вок на гидравлических прессах с приме нением инструмента из жаропро чного материала, нагретого до 600…800 °С; – мелкие поковки штамповать на кривошипных прессах; – правильно осуществлять выбор температуры нагрева и продолжитель ности гомогенизирующей выдержки 2. Штамповочные уклоны для поковок из различных сталей и сплавов Штампы с выталкивателями h/b Штампы без выталкива телей Сталь и титановые сплавы Все сплавы Легкие сплавы a b*1 a b a b*1 До 2,5 1 1,5 7 7 5*2 5 2,5…4 2 3 7 10 5 7 4…5 3 5 7 12 7*3 7 *1 Для стенок полостей штампа, ограниченных поверхностью вращения, и для удлиненных по лостей a = b. *2 При толщине ребра более 5 мм a = 3°. *3 При отсутствии внутренних стенок a = 5°. ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ 593 3. Радиусы закруглений, мм, наружных и внутренних углов поковок в зависимости от высоты ребра Высота ребра h, мм Алюми Титановые и Алюминие Титановые ниевые и медные сплавы, вые, медные сплавы, жаро магниевые жаропрочные и магниевые прочные стали сплавы стали и сплавы сплавы и сплавы R До 5 Св. 5 до » 10 » 16 » » Все сплавы R2 R1 3 3 1,5 1,5 5 10 4 4 1,5 1,5 5 » 16 5 5 2 1,5 8 » 25 8 6 2,5 2 10 25 » 35 10 8 3 2,5 12,5 35 » 50 12,5 10 4 3 15 » 50 » 70 15 12,5 5,5 4 20 » 70 » 100 20 15 7 6 25 4. Толщины, мм, полотен в зависимости от площади проекции поковки на плоскость разъема штампа Площадь проекции поковки на плоскость разъема штампа, см2 Титановые сплавы и жаро прочные стали и сплавы Алюминиевые и медные сплавы Магниевые сплавы s s1 s s1 s s1 1,5 2 1,5 2 1,5 2 До 25 Св. 25 до 80 2,5 3 2 2,5 2,5 3,5 » 80 » 160 3,5 4 2,5 3 3,5 4 » 160 » 250 4,5 5 3 3,5 4 5 » 250 » 500 5 6 4 4,5 5 6 » 500 » 850 6 8 5 5,5 6 8 » 850 » 1180 8 10 5,5 6,5 7,5 10 » 1180 » 2000 10 12 7 8 9 12 Глава 10. ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ 594 5. Предельные значения, мм, расстояний между ребрами amax и amin Высота ребра h, мм Титановые сплавы и жаро прочные стали и сплавы 5…10 Алюминиевые и медные сплавы Магниевые сплавы amin amax amin amax amin amax 12 30 s 10 35 s 12 30 s Св. 10 до 18 20 30 s 15 35 s 20 30 s » 18 » 25 30 25 s 25 30 s 30 25 s » 25 » 35,5 40 25 s 35 30 s 50 25 s » 35,5 » 50 60 20 s 50 25 s 70 20 s » 50 » 71 80 20 s 65 25 s 100 20 s » 71 » 100 – 20 s 80 25 s – 20 s при предельной температуре в целях максимального растворения избыточ ной фазы и достижения максимальной пластичности металла. Для достиже ния этого заготовка должна «поле жать» в печи; – применение смазок и выполне ние фигуры штампа с чистой гладкой поверхностью (Ra < 0,63…0,160 мкм). При горячей объемной штамповке заготовок из инструментальных, вы соколегированных жаропрочных ста лей и титановых сплавов применяют воднографитовые смазки, сульфит носпирговую барду, соляной раствор с добавлением селитры и масляные смазки. Также при объемной штамповке и штамповке выдавливанием поковок из коррозионностойких и жаропроч ных сталей, титановых и никелевых сплавов широкое применение нашли стеклосмазки (табл. 6) и стеклоэмали, для которых характерны высокие ан тифрикционные и теплоизолирующие свойства. Для коррозионностойких сталей рекомендуется эмаль ЭВТ100, для жа 6. Стеклосмазки, рекомендуемые для различных операций штамповки Смазка Обрабатываемый сплав Операция Температура обработки, °С 123, 124 ХН35ВТЮ Объемная безоблойная штамповка, I и II переходы 1000…1100 209+104а* ХН62МВКЮ Объемная безоблойная штамповка, I и II переходы 1050…1180 209 +124а* ХН77ТЮР Безоблойная штамповка выдавливанием 1000…1150 176а ВТ11 Объемная облойная штамповка 850…1000 209 ВТ31 Штамповка выдавливанием 900…1000 252 ВТ31 Объемная облойная штамповка 800…980 * Смесь с соотношением 1:1. ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ 595 7. Физические свойства стеклянных смазок Вт м2 × К Номер стеклянной смазки Вязкость при 1800 °C, Па×с 271 4,3 1,1304 0,7231 209 22,6 1,0467 0,8022 287 50 1,2979 0,8196 Теплопроводность, Теплоемкость, 10пб 120 1,0467 0,8361 124 650 0,9630 0,8307 19п8 1900 1,0467 0,8290 224–18 20 000 1,0886 0,8558 ропрочных никелевых сталей — ЭВТ 52, ЭВТ1.113, ЭВТ53. Для тугоплав ких сплавов при 1100…1200°С — ЭВТ 37, а при 1400…1500°С — ЭВТ69. В табл. 7 приведены свойства неко торых стеклянных смазок, применяе мых при штамповке жаропрочных ста лей и сплавов. Стеклянные смазки можно нано сить методом окунания заготовки в расплав, обкатыванием заготовки по слою порошка, напыления на поверх ность заготовки слоя суспензии по рошкообразного стекла с последую щим просушиванием заготовок. При горячей объемной штамповке легких сплавов рекомендуют термо стойкие эмали К1, К2, АЭ8 на основе кремнийорганических смол с добавле нием акриловой смолы, этилцеллюлозы и термостойких пигментов. Используют также церезин, мыльные эмульсии, тех нический воск, животный жир и его смесь с олеиновой кислотой (1:1). Пластичность жаропрочных сталей и сплавов при горячей объемной штамповке существенно повышается, если штамповку осуществляют в за крытых штампах, горячим выдавлива нием (см. табл. 1), в том числе с при менением противодавления деформи рованию в пластической оболочке. При горячей пластической дефор мации sт жаропрочных высоколегиро кДж кг × К ванных сталей и сплавов в 2–5 раз вы ше, чем sт легированных конструкци онных сталей. Поэтому оборудование (КГШП), применяемое при их штам повке, должно иметь запас по силе и мощности. По этой же причине слож ные поковки, имеющие большой об лой, целесообразно штамповать на молоте. Однако при штамповке на молоте за несколько ударов у поковок из высоко легированных жаропрочных сталей и сплавов, в зонах затрудненной дефор мации, изза неоднократных критиче ских деформаций создаются условия для роста зерен больших размеров. Это недопустимо, так как образование в поковке такой структуры сопровожда ется резким снижением прочностных и пластических свойств. Поэтому необ ходимо правильно распределять де формации по переходам (не менее 20 % за переход). Изза низкой стойкости обрезных матриц, обрезку облоя на поковках из жаропрочных сплавов (в особенности на осесимметричных поковках) часто осуществляют на станках, а не в штам пах. Штамповка цветных металлов и сплавов имеет ряд специфических осо бенностей, отличающих ее техно ло гию от технологии штамповки сталей и жаропрочных сплавов. 596 Глава 10. ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ Наибольшее распространение в промышленности получили алюми ниевые, магниевые, медные и титано вые сплавы. Свойства цветных сплавов и интер валы ковочных температур указаны в первом томе (см. т. 1, гл. 1–3, 5 и 13). Исходным материалом для произ водства поковок и штамповок из спла вов цветных металлов служат прессо ванные, катаные и кованые полуфаб рикаты. Предпочтительно применять катаные прутки, затем прессованные и в последнюю очередь кованые. Ката ные прутки по сравнению с прессован ными и коваными имеют лучшую по верхность и более однородные структу ру и механические свойства. Исходные материалы режут на за готовки на дисковых пилах, токар ноотрезных станках, механических ножовках и быстроходных горизон тальнофрезерных станках, специаль но для этого приспособленных. Резка на прессножницах не допускается в свя зи с возможностью образования у мест среза микротрещин, которые при дальнейшем деформировании могут привести к значительным дефектам. Для резки заготовок из титановых сплавов, кроме указанного выше обо рудования, применяются анодноме ханические и абразивные станки. Руб ку на молотах и прессах предваритель но деформированных заготовок из ти тана производят только в горячем со стоянии и при условии, что заготовки должны подвергаться дальнейшей об работке давлением. У заготовок из всех сплавов перед штамповкой желательно снять фаски. Припуски на поковки цветных сплавов устанавливают в зависимости от марки материала, наибольшего га баритного размера и шероховатости поверхности поковки (табл. 8). Допус ки на вертикальные размеры поковок в зависимости от площади проекции поковки на плоскость разъема штампа приведены в табл. 9. Допуски на гори зонтальные размеры и коробление по ковок в зависимости от размеров по ковок даны в табл. 10. Значения припусков и допусков, назначаемых на поковки из цветных сплавов, незначительно отличаются от аналогичных величин, рекомендуемых для стальных поковок тех же размеров и назначаемых по ГОСТ 7505–89. При этом для алюминиевых, медных и маг ниевых сплавов, у которых окалины практически нет, следует ориентиро ваться на припуски и допуски стальных поковок тех же размеров, получаемых в закрытых штампах. У титана, особенно если нагрев производится не в аргоне, а смазки обычные на графитовой осно ве, толщина альфированного слоя бу дет увеличенной. Поэтому для титана следует назначать припуски и допуски как на стальные поковки, получаемые в открытых штампах. Штамповку алюминиевых сплавов проводят на молотах, кривошипных горячештамповочных, гидравличе ских и фрикционных прессах. Реже для штамповки алюминиевых сплавов используют горизонтальноковочные ма шины. Мелкие и средние поковки штам пуют на кривошипных прессах, а крупные на гидравлических прессах. Крупные поковки могут изготовлять ся и на молотах. На молотах целесооб разно также штамповать поковки с вытянутой осью и переменными сече ниями вдоль оси. Технический алюминий имеет вы сокую пластичность. Его можно де формировать холодной и горячей штамповкой. Изменение скорости де формации не вызывает значи тельного понижения пластичности алюминия. Технический алюминий подвергают штамповке на прессах и молотах пре имущественно в открытых штампах. ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ 597 8. Припуск на обработку резанием (припуск на сторону, мм) Наибольший габарит ный размер штамповки, мм Алюминиевые, магниевые и медные сплавы Титановые сплавы Параметр шероховатость поверхности Rz 80…10 Ra 2,5…0,63 До Ra 0,63 Rz 80…10 Ra 2,5…0,63 До Ra 0,63 До 40 Св. 0,80 1,25 1,50 1,00 1,50 1,75 1,50 1,75 1,25 1,75 2,00 40 до 60 1,00 » 60 » 100 1,25 1,75 2,00 1,50 2,00 2,25 » 100 » 160 1,50 2,00 2,25 1,75 2,25 2,50 » 160 » 250 1,75 2,25 2,50 2,00 2,50 2,75 » 250 » 360 2,00 2,50 3,00 2,25 2,75 3,25 » 360 » 500 2,25 2,75 3,25 2,50 3,00 3,50 » 500 » 630 2,50 3,00 3,50 2,75 3,25 3,75 » 630 » 800 2,75 3,50 4,00 3,00 3,75 4,25 » 800 » 1000 3,00 4,00 4,50 3,50 4,50 5,00 » 1000 » 1250 3,50 4,50 5,00 4,00 5,00 5,50 » 1250 » 1600 4,00 5,00 5,50 4,50 5,50 6,00 » 1600 » 2000 4,50 5,50 6,25 5,25 6,25 7,00 » 2000 » 2500 5,25 6,25 7,00 6,00 7,00 7,75 » 2500 » 3150 6,00 7,00 8,00 7,00 8,00 9,00 » 3150 » 4000 7,00 8,00 9,00 8,00 9,00 10,00 » 4000 » 5000 8,00 9,00 10,00 9,00 10,00 11,00 » 5000 » 6300 9,00 10,00 11,00 10,00 11,00 12,00 » 6300 » 8000 10,00 11,00 12,00 11,00 12,00 13,00 Алюминиевые сплавы мягкие (АВ, АМц, АМг1, АМг2, АД31, АД33 и др.) и средней прочности (Д1, АК2, АК4, АК6, ВД17, АМг6 и др.) имеют хоро шую пластичность. Их можно обраба тывать давлением при самых жестких (осадка со свободным уширением) схе мах деформации. Алюминиевые сплавы высокой прочности (В93, В95, В96, АК3, ВАД23 и др.) имеют пониженную пластич ность по сравнению со сплавами дру гих групп. Эти сплавы штампуют при более мягких напряженнодеформиро ванных состояниях (в закрытых штам пах), преимущественно на гидравличе ских и кривошипных прессах. Обра ботка сплавов с такой скоростью де формирования при соблюдении уста новленных параметров горячей штам повки (см. т. 1, гл. 1) не переводит их в хрупкое состояние. Хрупкие алюминиевые сплавы ти па сплавов системы алюминий–бе риллий и спеченные сплавы (САП) штампуют с применением пластичных оболочек. Штамповку алюминиевых сплавов целесообразно проводить в подогре тых штампах. Температура штампов при изготовлении поковок на молотах и КГШП равна 150…350 °С, а при из готовлении на гидравлических прес сах — 350…450 °С. 6300 8000 10 000 12 500 16 000 20 000 » » » » 3000 » » 2240 » » 1700 » 4000 1250 » 5300 800 » » 480 » » 160 320 80 » » 40 » » 16 25 » 10 » » 6,0 Св. » » » » » » » » » » » » » » » » » » » » » до До 25 000 20 000 16 000 12 500 10 000 8000 6300 5300 4000 3000 2240 1700 1250 800 480 320 160 80 40 25 16 10 6,0 Площадь проекции штам пованной заготовки на плоскость разъема штампа, см2 4 Степень точности –1,6 –1,8 –1,9 –2,1 –2,4 –2,6 +3,2 +3,6 +3,9 +4,3 +4,8 +5,3 –1,2 +2,4 –1,3 –1,0 +2,1 –1,4 –0,9 +1,8 +2,7 –0,8 +1,6 +2,9 –0,7 –0,3 +0,6 +1,4 –0.3 +0,5 –0,6 –0,2 +0,4 +1,2 –0,15 +0,35 –0,4 –0,15 +0,3 –0,5 –0,12 +0,25 +0,8 –0,1 +0,2 +1,0 нижн. верхн. +7,8 +7,1 +6,4 +5,8 +5,3 +4,8 +4,3 +4,0 +3,6 +3,2 +2,8 +2,4 +2,1 +1,8 +1,5 +1,2 +1,0 +0,8 +0,6 +0,5 +0,4 +0,35 +0,3 верхн. –3,7 –3,3 –3,0 –2,7 –2,4 –2,2 –1,9 –1,8 –1,6 –1,4 –1,2 –1,0 –0,8 –0,7 –0,6 –0,5 –0,5 –0,4 –0,3 –0,3 –0,2 –0,2 –0,15 нижн. 3 +11,0 +10,0 +9,2 +8,4 +7,7 +7,1 +6,5 +6,0 +5,5 +5,0 +4,5 +4,0 +3,5 +3,0 +2,5 +2,0 +1,5 +1,2 +1,0 +0,8 +0,7 +0,6 +0,5 верхн. –5,0 –4,5 –4,2 –3,8 –3,5 –3,2 –3,0 –2,8 –2,5 –2,2 –2,0 –1,8 –1,5 –1,2 –1,0 –0,8 –0,7 –0,6 –0,5 –0,4 –0,3 –0,3 –0,2 нижн. +2,4 +2,1 +1,8 +1,5 +1,2 +1,0 +0,8 +0,6 +0,5 +0,45 +0,4 +0,35 +0,3 верхн. –1,2 –1,0 –0,9 –0,8 –0,6 –0,5 –0,4 –0,3 –0,3 –0,2 –0,2 –0,15 –0,15 нижн. Отклонения, мм, для штамповок 5 из алюминиевых, магниевых и медных сплавов 3 +5,0 +4,5 +4,0 +3,5 +3,0 +2,6 +2,2 +1,8 +1,5 +1,2 +1,0 +0,8 +0,7 +0,6 +0,5 +0,4 верхн. -2,4 -2,1 -1,8 –1,6 –1,4 –1,2 –1,0 –0,8 –0,7 –0,6 –0,5 –0,4 –0,3 –0,3 –0,2 –0,2 нижн. из титановых сплавов 4 +7,5 +6,5 +6,0 +5,0 +4,5 +4,0 +3,5 +3,0 +2,5 +2,0 +1,5 +1,2 +1,0 +0,8 +0,7 +0,6 верхн. 5 –3,0 –3,0 –2,5 –2,5 –2,0 –1,8 –1,5 –1,2 –1,0 –0,8 –0,8 –0,6 –0,5 –0,4 –0,3 –0,3 нижн. 9. Допуски на вертикальные (перпендикулярные плоскости разъема) размеры штампованных заготовок (двусторонний износ) 598 Глава 10. ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ 3150 5000 6300 » » 2500 » 4000 2000 » » 1600 » 1250 630 » » 500 » » 360 » 800 250 » 1000 160 » » 100 » » 40 60 » » » 6 25 Св. » » » » » » » » » » » » » » » » » » » до До 8000 6300 5000 4000 3150 2500 2000 1600 1250 1000 800 630 500 360 250 160 100 60 40 25 16 Размер штампованной заготовки, мм 4 Степень точности -1,8 -2,0 -2,3 -2,6 -3,0 -3,3 -3,7 -4,2 -4,8 -5,4 +2,7 +3,0 +3,3 +3,6 +4,0 +4,5 +5,0 +5,6 +6,2 +6,9 -1,4 -1,6 +2,1 +2,4 -1,0 -1,2 -0,8 +1,2 +1,5 -0,6 +1,0 +1,8 -0,3 -0,4 +0,6 +0,8 -0,2 -0,25 +0,5 -0,15 +0,3 +0,4 нижн. верхн. +9,5 +8,4 +7,5 +6,7 +5,9 +5,0 +4,5 +4,0 +3,5 +3,0 +2,7 +2,4 +2,1 +1,8 +1,5 +1,2 +1,0 +0,8 +0,6 +0,5 +0,4 верхн. -7,6 -6,7 -5,9 -5,2 -4,5 -4,0 -3,6 -3,2 -2,8 -2,4 -2,0 -1,8 -1,5 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,35 -0,25 -0,2 нижн. 3 +12,4 +10,9 +9,7 +8,6 +7,6 +6,5 +6,0 +5,5 +5,0 +4,5 +4,0 +3,5 +3,0 +2,5 +2,0 +1,5 +1,2 +0,9 +0,7 +0,6 +0,5 верхн. -10,0 -9,7 -7,6 -6,7 -5,8 -5,0 -4,5 -4,0 -3,5 -3,0 -2,5 -2,2 -2,0 -1,5 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,45 -0,4 -0,3 нижн. +3,5 +3,1 +2,7 +2,4 +2,1 +1,8 +1,5 +1,2 +1,0 +0,8 +0,6 +0,5 +0,4 верхн. -2,8 -2,4 -2,1 -1,8 -1,5 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,3 -0,3 -0,2 нижн. Отклонения, мм, для штамповок 5 из алюминиевых, магниевых и медных сплавов 3 +6,0 +5,5 +5,0 +4,5 +4,0 +3,3 +3,0 +2,5 +2,1 +1,8 +1,5 +1,2 +1,0 +0,8 +0,6 +0,5 верхн. -5,0 -4,5 -4,0 -3,5 -3,0 -2,5 -2,0 -1,8 -1,5 -1,2 -1,0 -0,8 -0,5 -0,4 -0,3 -0,3 нижн. из титановых сплавов 4 +8,0 +7,0 +6,0 +5,0 +4,5 +4,0 +3,5 +3,0 +2,5 +2,1 +1,8 +1,5 +1,2 +1,0 +0,8 +0,7 верхн. 5 -7,0 -6,0 -5,0 -4,0 -3,5 -3,0 -2,5 -2,2 -1,8 -1,5 -1,2 -1,0 -0,8 -0,5 -0,4 -0,4 нижн. 10. Допуски на горизонтальные (параллельные плоскости разъема) размеры штампованных заготовок (двусторонний износ) ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ 599 600 Глава 10. ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ На структуру и свойства поковок существенное влияние оказывает из менение технологических параметров. По данным [8] изменение температу ры начала деформирования с 400 до 450 °С не оказывает существенного влияния на механические свойства поковок из сплавов АК6 и АК8. Даль нейшее ее повышение до 470 °С при водит к понижению прочностных ха рактеристик сплава АК8 на 23,5 МПа. Понижение температуры конца де формирования с 400 до 350…300 °С приводит к снижению прочностных характеристик поковок из сплавов АК6 и АК8 на 23…29 МПа вследствие образования крупнозернистой струк туры. При изготовлении поковок с тонкими ребрами и полотном, а также лопастей с тонким пером важное значение имеет температура штампа. Характер макроструктуры лопастей из сплава Д1 определяется температу рой металла, замеренной сразу после окончания деформирования в самой тонкой части лопасти до выемки ее из штампа. Чем выше температура, тем меньше вероятность образования крупнокристаллической структуры и выше значения прочностных характе ристик. Если температура металла непо средственно после штамповки выше 400 °С, то в лопастях по всей длине на блюдается только мелкозернистая струк тура, обеспечивающая наиболее высо кие прочностные характеристики го товых лопастей и повышенное сопро тивление усталости. Зависимости влияния температур ных режимов деформирования на структуру и свойства поковок из спла вов АК6 и АК8 аналогичны получен ным для сплава Д1. Для предотвращения коробления тонкостенных поковок сложной кон фигурации при закалке применяют в качестве охлаждающей среды воду температурой 80…100 °С. Так, поков ки из сплава АК41 с толщиной стенки до 80 мм закаливают в кипящей воде, из сплава АК6 с толщиной стенки до 30 мм — в воде температурой 90 °С, а из сплава АК8 с толщиной стенки до 30 мм — в воде температурой 80 °С. У поковок из сплава АК41, охлаж денных с температуры закалки в кипя щей воде, значения временного со противления, ударной вязкости и твердости практически не изменяются по сравнению со свойствами после обычной закалки в холодную воду. Предел текучести более чувствителен к изменению скорости охлаждения при закалке. Закалка в кипящую воду снижает предел текучести на 32 МПа и повышает относительное удлинение на 1 % по сравнению с закалкой в хо лодную воду. Для получения при за калке в кипящую воду такого же уров ня значений предела текучести и отно сительного удлинения, как при обыч ной закалке в холодную воду, необхо димо повышение температуры искус ственного старения у сплава АК41 на 5…10 °С по сравнению с обычной. На структуру и свойства поковок существенное влияние оказывает тем пература прессования прутков. Прут ки, отпрессованные при низких тем пературах, не позволяют получить мелкозернистую структуру и высокие про чностные свойства в поковках. Для нагрева заготовок из алюми ниевого сплава в мелкосерийном про изводстве используют камерные печи, а в крупносерийном и массовом — ав томатизированные печи с непрерыв ной загрузкой. Наибольшее примене ние нашли электрические печи сопро тивления камерного типа с размерами рабочей камеры, мм: ПН12 — 460´ ´900, ПН13 — 600´1300 и ПН15 — 900´1800. Для нагрева под штамповку мерных заготовок из цветных металлов ис ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ пользуют также и электропечи кару сельного типа САО21113/5 испол нения М02 (максимальная темпера тура нагрева — до 500 °С, диаметр ра бочей камеры 880 мм). При температуре нагрева алюми ниевых заготовок под штамповку они еще не «светятся» и трудно различить горячие и холодные заготовки. Поэто му необходимо следить за тем, чтобы холодная заготовка не попала в штамп. При соблюдении термических режи мов штамповки сплавов можно обеспе чить однородную структуру и достаточ но высокие механические свойства в поковках. Критические деформации в соответствии с диаграммами рекри сталлизации алюминиевых сплавов составляют 12…15 %. Наиболее высо кие механические свойства и наи меньшую анизотропию свойств алю миниевые сплавы получают при об щей деформации 65…75 %. Поэтому штамповку сплавов необходимо про водить с обжимом заготовки за каж дый ход машины или более 15…20 %, или менее 4 %. При изготовлении сложной поков ки штамповку необходимо осуществ лять за несколько переходов с приме нением заготовительных ручьев в це лях получения равномерной деформа ции по всему объему. Алюминиевые сплавы после штам повки очень пластичные, поэтому го рячую поковку, чтобы не повредить ее, следует класть осторожно. При штамповке поковок в откры тых штампах обрезку облоя и прошив ку перемычек толщиной до 6 мм сле дует проводить в холодном состоянии, за исключением поковок из сплавов АМг6, АМг7, В95 и САП. У поковок из сплавов АМг6 и В95 с облоем толщи ной более 6 мм обрезку облоя выпол няют при температуре 250…300 °С, а у поковок из САП — при температуре 400…500 °С. 601 Рис. 1. Прошивка отверстий Прошивку отверстий в поковках часто производят режущем пуансоном (рис. 1, а), когда прошиваемое место опирается на матрицу в отличие от стальных поковок, где прошивка про изводится преимущественно толкаю щим пуансоном (рис. 1, б). Место заусенца на поковках после обрезки облоя часто приходится зачи щать. Способность алюминиевых спла вов при деформировании «привари ваться» к поверхности ручья штампа вызывает необходимость применять в качестве смазок технический воск, масло «ВапорТ», индустриальное масло с добавлением 30…40 % чешуй чатого графита. При штамповке сложных поковок не рекомендуется использовать в каче стве смазки смесь масла с графитом, так как графит удаляется с поверхности поковок из алюминия с большими трудностями. Кроме того, скапливание этой смеси в глубоких полостях ручьев не позволяет полностью их заполнить и правильно оформить контур поковки. При изготовлении поковок на высоко скоростных машинах рекомендуется применять смесь животного жира с олеиновой кислотой в пропорции 1:1. В табл. 11 приведен типовой техно логический процесс штамповки на кривошипных прессах поковок из алюминиевого сплава АК6. Глава 10. ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ 602 11. Типовой технологический процесс штамповки на кривошипном прессе поковки типа качалки из алюминиевого сплава АК6 а — исходная заготовка; б — заготовка после гибки и расплющивания; в — поковка качалки из алюминиевого сплава АК6 Температурный режим Операция Резка мерных заготовок Æ50´(210±1) (эскиз а) Нагрев заготовок Гибка заготовок под углом 80°, расплющивание до высоты 24… 26 мм (эскиз б) Продолжитель ность нагрева, ч Температура заготовки, °C Оборудование, инструмент в начале операции в конце операции – – – Дисковая пила Выдержка при 460 °C 50 мин – – Карусельная печь – 460 350 Экцентриковый пресс 0,25 МН (250 тс) – – – Охлаждение, зачистка дефектов, контроль Нагрев заготовок – 460 – Карусельная печь Штамповка в окончательном ручье (эскиз в) – 460 350 КГШП с силой прессования 2,5 МН (2500 тс) – – – – – Пресс с силой прессования 0,25 МН Охлаждение Обрезка облоя – ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ 603 Окончание табл. 11 Температурный режим Операция Температура заготовки, °C Продолжитель ность нагрева, ч в начале операции в конце операции Оборудование, инструмент Термическая обработка – – – Камерная печь Травление – – – Травильная ван на Зачистка дефектов, окончатель ный контроль, клеймение – – – – П р и м е ч а н и я: 1 Штамповочные уклоны равны 7°. 2. Допускаемое смещение поковки в плоскости разъема не должно быть более 0,5 мм. 3. Допускаемая глубина наружных дефектов на обрабатываемых поверхностях поковок не долж на превышать половины припуска на обработку резанием. 4. Заготовки охлаждают на воздухе. Магниевые сплавы, подвергаемые штамповке, подразделяют на четыре группы (см. т. 1, гл. 1). При разработке технологического процесса объемной штамповки поко вок из магниевых сплавов следует учи тывать резко выраженную анизотро пию свойств поковок и ограниченное число плоскостей скольжения в гекса гональной кристаллической решетке магния при температурах до 225 °С. При более высоких температурах по являются новые плоскости и направ ления скольжения, что объясняет воз растание пластичности магниевых сплавов при повышении температуры до 250 °С. При объемной штамповке поковок из магниевых сплавов реко мендуется использовать прессован ную заготовку. Конструирование по ковок из магниевых сплавов необхо димо выполнять по рекомендациям, приведенным в начале главы. Заготовки из магниевых сплавов нагревают в таких же электрических печах, как и заготовки из алюминие вых сплавов. Наибольшая масса одно временно загружаемых в печь загото вок из магниевых сплавов будет не сколь ко меньше, чем масса одновре менно загружаемых заготовок из алю миниевых сплавов, так как объемная масса магниевых сплавов меньше объ емной массы алюминиевых сплавов. Температурные интервалы штам повки магниевых сплавов указаны в гл. 1 т. 1. К особенностям нагрева магниевых сплавов следует отнести взрывоопас ность магниевой пыли и мелких стру жек, поэтому необходимо очищать по верхности заготовок перед загрузкой их в печь. Недопустимо наличие в пе чи, где будут нагреваться магниевые сплавы, стальных заготовок, обрубков или окалины. Следует учитывать, что увеличение длительности выдержки при нагреве магниевых сплавов свыше необходи мой приводит к заметному снижению механических свойств поковок. По этому при нагреве заготовок из маг ниевых сплавов МА3 и МА5 при пере рывах в работе до 4 ч, а сплава ВМ651 — до 2 ч, температуру печи на до снизить до нижнего предела, уста новленного для каждого из рассматри ваемых сплавов. Заготовки же должны оставаться в печи. При перерывах свыше 4 ч для сплавов МА2, МА3 и 604 Глава 10. ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ МА5 и свыше 2 ч для сплава ВМ651 заготовки надо выгрузить из печи. При возобновлении работы находя щиеся в печи заготовки должны быть нагреты до верхнего предела темпера туры деформирования. Штамповку магниевых сплавов проводят на гидравлических и механи ческих прессах, а также на штампо вочных молотах. Некоторые сплавы, например МА2, МА3 и МА14, реко мендуется штамповать на молотах при небольших степенях деформации. В соответствии с диаграммой рекри сталлизации магниевых сплавов крити ческие деформации этих сплавов со ставляют 8…10 %. Поэтому штамповку сплавов необходимо проводить с де формацией за каждый ход маши ны не менее 15 %. На пластичность магниевых сплавов большое влияние оказывает скорость деформирования. При обработке на мо лоте со скоростью 6…8 м/с большинст во магниевых сплавов деформируется с ограниченной степенью деформации (40…60 %). Если же магниевые сплавы деформировать со скоростью 0,3… 0,7 м/с, пластичность сплава резко по вышается, и сплавы можно деформиро вать со степенью деформации 70…80 %. Некоторые магниевые сплавы, напри мер МА1 и МА8, менее чувствительны к скорости деформирования по сравне нию со сплавами МА2, МА3, МА5 и МА14, которые необходимо штампо вать на прессах с малой скоростью. В целях улучшения механических свойств поковок рекомендуется осу ществлять полугорячую нагартовку (доштамповку) на молотах при 230… 250 °С и степенях деформации 10… 15 %. Такая нагартовка приводит к об разованию однородной структуры, а следовательно, и повышению механи ческих свойств сплава. Для повышения текучести сплава и лучшего заполнения полостей штампа штамповку проводят при температурах, соответствующих верхнему пределу ин тервала штамповки каждого сплава. Для создания условий, обесп ечивающих наибольшую пластичность, штамповку выполняют в закрытых (безоблойных) штампах. В табл. 12 приведен типовой технологический процесс штамповки поковок из сплава МА5 на гидравличе ском прессе. Медь и медные сплавы подразделяют на три группы (см. т. 1, гл. 1). При объемной штамповке медь Ml, М2 и М3 наиболее пластична при тем пературах 950…900 °С. При более высо кой начальной и более низкой конеч ной температурах штамповки медь ста новится хрупкой. В соответствии с диа граммами рекристаллизации у медных сплавов в зоне критических деформа ций, составляющих 10…15 %, наблю дается резкий рост зерна. Поэтому при объемной штамповке за каждый ход пресса степень деформации заготовки из меди и медных сплавов должна превы шать 15 %. Узкий интервал температур штам повки меди и медных сплавов обу словливает необходимость деформи рования с наименьшим числом опера ций, т.е. закрытыми методами, кото рые вызывают рост напряжений. С учетом напряженного состояния ме талла и скорости деформации реко мендуется проводить штамповку пре имущественно на кривошипных и фрикционных прессах. Конструирование горячештампо ванных поковок с назначением при пусков, допусков, напусков, штампо вочных уклонов и выбором других конструктивных элементов следует проводить по рекомендациям, приве денным в начале главы. Бронза БрАЖ94 является типичным представителем бронз. Эта бронза имеет наиболее высокую пластичность при 850 °С, а интервал температур штамповки ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ 605 12. Типовой технологический процесс штамповки на гидравлическом прессе поковок из сплава МА5 Температурный режим Операция Время нагрева, ч Температура заготовки, °С в начале операции Оборудование, инструмент в конце операции Гомогенизация слитка (эскиз а): I ступень 6 350…370 Колодезные печи II ступень 6 380…400 То же 5 300…400 Электропечь Нагрев под прессование Прессование (коэффициент вытяжки равен четырем) (эскиз б) 330 300 Горизонтальный пресс контейнер Æ540 мм, матрица Æ262 мм Отрезка мерных заготовок – – – Дисковая пила Обточка заготовки с диаметра (260±2) мм на диаметр (250±1) мм (эскиз в) – – – Токарный станок Нагрев под ковку 2,5 350…380 Осадка (степень деформации 65 %) (эскиз г ) – 380 300 Вертикальный пресс Зачистка дефектов – – – Бормашина Нагрев под штамповку 1,5 Электропечь 350…380 Электропечь Предварительная штамповка Обрезка облоя – Травление и зачистка дефектов Нагрев Окончательная штамповка (эскиз д) 380 300 Вертикальный пресс, предварительный штамп – – Ленточная пила – – Травильная ванна и бормашина 1,0 320…350 Электропечь – 350 300 Вертикальный пресс, окончательный штамп Обрезка облоя – – – Ленточная пила Термообработка (старение) 24 Травление, зачистка дефектов, окси дирование – – – Контроль и сдача – – – 185±5 Электропечь старения Ванна – 606 Глава 10. ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ сплава составляет 800…900 °С. В этом интервале температур металл находится в однофазном состоянии. При более высокой температуре происходит рез кое понижение пластичности изза рос та в бронзе кристаллитов bфазы и ос лабления прочности кристаллитов. При 650…700 °С пластичность бронзы БрАЖ94 также резко снижается изза образования зон хрупкости. В подгруппе латуней для Л68 опти мальными температурами горячей объем ной штамповки являются 700…830 °С. Наибольшая пластичность сплава при этих температурах связана с фазовым составом — две (a+b)фазы или только одна bфаза. Эти фазы обладают доста точно высоким запасом пластичности. С повышением температуры штам повки происходит понижение пла стичности изза активного роста кри сталлитов bфазы с одновременным ослаблением их прочности. С пониже нием температуры до 450 °С и ниже в латунях образуется малопластичная фаза b¢, поэтому их пластичность рез ко понижается. Кроме того, деформа ция при таких температурах приводит к значительному возрастанию сопро тивления деформированию. Критическая степень деформации, соответствующая процесс
