Ковка металла

§ 1. Сущность процесса ковки

Ковка – процесс деформирования нагретой заготовки между верхним и нижним бойками молота или пресса с применением универсального инструмента.

Ковка бывает также ручная, с применением кувалды, которая применяется в ремонтном деле для мелких работ.

Кованные заготовки для последующей обработки называют поковками. Масса их от 0,1 кг до 300 т. Большие поковки (массой больше 1,5 т) можно изготавливать из слитков только ковкой.

Меньшие поковки можно изготавливать также штамповкой.

Ковкой достигается не только требуемая форма поковок, но значительно улучшаются ее первоначальные свойства и структура. Наиболее тяжело нагруженные детали современных машин изготавливаются ковкой или штамповкой. Например, в автомобиле количество деталей, изготовленных ковкой или штамповкой, достигает 80%.

Исходной заготовкой при ковке крупных поковок, вес которых достигает 200 т (судовые прямые и коленчатые валы, роторы генераторов) являются слитки. Поковки массой 2 – 3 т иногда изготавливают из проката в виде блюмов. Для изготовления поковок весом до 1 т исходной заготовкой служит обычный сортовой прокат.

По способу изготовления поковок различают свободную ковку и горячую объемную штамповку.

§ 2. Операции свободной ковки

Свободная ковка делится на ручную и машинную.

Ручная ковка осуществляется на наковальне с помощью кувалды и различного кузнечного инструмента. Ручную ковку применяют главным образом при ремонтных и сборочных работах, а также при изготовлении мелких поковок в небольшом количестве. Ее производительность крайне низкая.

Машинная ковка осуществляется на кузнечно-прессовом оборудовании, является основным методом, применяемом в машиностроении, а для получения тяжелых поковок (от 2 до 200 т) является пока единственным.

Технологические процессы получения поковок очень разнообразны, но все они представляют различные сочетания основных кузнечных операций: осадки, (высадки), вытяжки, прошивки, гибки, закручивания, рубки и кузнечной сварки.

Осадкой называется операция, посредством которой увеличивают поперечное сечение исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты.

Осадкой получают заготовки зубчатых колес, фланцев, трубных дисков с большим поперечным сечением при относительно малой высоте из заготовок меньшего поперечного сечения.

Осадку, как предварительную операцию перед прошивкой применяют при изготовлении пустотелых поковок (кольца, барабаны), а иногда как предварительную «»»»»»»»»»» для уничтожения дендритной структуры слитка, повышения его качества.

Местная осадка, применяемая к части заготовки, наз. высадкой. Примером высадки служит операция получения головки болта, когда заготовкой служит пруток диаметром, равным диаметру болта.

Вытяжкой называют операцию, с помощью которой увеличивают длину заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения (валы прямые и с уступами). Для вытяжки применяют бойки (плоские, вырезные), обжимки. При вытяжке круглых поковок применяют патроны для удерживания и кантовки заготовки и др. инструмент.

Вытяжку осуществляют последовательными ударами или нажатиями с подачей заготовки вдоль оси и поворотом ее вокруг этой оси. Два последовательных обжима с промежуточной кантовкой на 90º наз. переходом, за которым следует подача. Отношение площади поперечного сечения заготовки к полученной площади сечения поковки наз. степеньюуковки.

Разновидностью вытяжки могут быть: разгонка, вытяжка с оправкой, вытяжка на оправке.

Разгонка применяется тогда, когда необходимо металл раздать в стороны.

Вытяжка с оправкой увеличивает длину пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины стенок. Внутренний диаметр определяется диаметром оправки.

Вытяжка на оправке (раздача отверстия) увеличивает одновременно наружный и внутренний диаметр пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок.

Прошивка – операция, посредством которой в заготовке получают отверстие (сквозная прошивка) или углубление (глухая прошивка). Прошивки бывают цилиндрической формы и фасонные. Отверстия диаметром до 400 мм выполняют сплошными прошивками, а свыше 400 мм – пустотелыми. При прошивке отверстий больших диаметров у заготовок в виде слитков прибыльную часть располагают внизу.

Гибкой называют операцию, посредством которой меняют направление оси заготовки с целью получения продукции заданной формы.

Гибка сопровождается искажением поперечного сечения исходной заготовки и уменьшением ее площади. При гибке возможно образование складок по внутреннему диаметру и трещин по наружному. Для получения в заготовке изгиба сечения заданных размеров заготовке заранее придают на этом участке увеличенные поперечные размеры.

Закручивание – операция, посредством которой одну часть заготовки поворачивают по отношению к другой вокруг общей оси. Закручивание применяется при изготовлении коленчатых валов с расположением колен в различных плоскостях, спиральных сверл. Инструментом для закручивания служат вилки, воротки и др.

Рубкой – называют операцию, посредством которой заготовки разделяют или только подразделяют (подрубка) на части.

Рубку иногда применяют как заготовительную операцию при подготовке заготовок мерной длины или при удалении донной или прибыльной части слитка.

К рубке прибегают при ковке поковок для удаления излишнего металла, а также при ковке фигурных поковок. Инструментом являются топоры и подставки.

Кузнечная сварка – операция, посредством которой с помощью местного нагрева и механического воздействия соединяют в одно целое части или концы свариваемой поковки. Ее применяют только для получения мелких поковок. Кузнечной сваркой хорошо сваривается сталь, содержащая до 0,3 % С. Примеси понижают свариваемость. Сварка осуществляется в зоне высоких температур (1275 – 1400º).

§ 3. Оборудование для свободной ковки

Эти машины подразделяются на молоты и прессы. В свою очередь молоты подразделяются: приводные (рычажные, пневматические, фрикционные) и паровоздушные; а прессы – гидравлические и парогидравлические.

Основной характеристикой молотов является масса падающих частей, а прессов – наибольшее усилие, развиваемое плунжером.

Молоты обеспечивают в течении рабочего хода ударное динамическое до 6,5 – 7 м/сек, а прессы – относительно медленное статическое до 0,1 м/сек воздействие рабочего инструмента на обрабатываемый материал.

При свободной ковке мелких поковок применяют пневматические ковочные молоты, средних и крупных – паровоздушные ковочные молоты и гидравлические прессы, а для очень крупных поковок – только гидравлические прессы.

Гидравлические ковочные машины различают простого и двойного действия. В молотах I типа воздух работает только в полости под поршнем рабочего цилиндра, а в молотах II типа – над и под поршнем. В настоящее время применяют только молоты II типа.

Пневматический молот двойного действия имеет, станину, в верхней части которой расположены компрессорный и рабочий цилиндры. Поршень компрессорного цилиндра служит для нагнетания воздуха, приводящего в движение рабочий поршень, к которому прикреплен шток с падающей бабой молота. Рабочий и компрессорный цилиндры соединены воздухораспределительным устройством, через которое сжимаемый воздух направляется в рабочий цилиндр попеременно снизу и сверху. Сжатый воздух перемещает бабу молота соответственно вверх и вниз. Управляя распределением воздуха, можно регулировать перемещение падающих частей молота и производить автоматические и единичные удары бойка по заготовке, прижимать поковку к нижнему бойку или держать бабу молота на весу.

Масса падающих частей молота (поршня, штока и бабы) изменяется в пределах от 50 до 1000 кг. Число ударов верхнего бойка молота составляет 210 – 95 в минуту.

Паровоздушные ковочные молоты могут проводиться в действие паром или сжатым воздухом. Паровоздушные молоты различают простого и двойного действия. В последнем случае пар или воздух поднимает подвижные части молота и дополнительно увеличивает энергию удара.

Паровоздушные молоты по конструкции разделяют на одностоечные с падающими частями массой 500, 750 и 1000 кг, двухстоечные арочного типа с падающими частями массой 1 – 5 т и двухстоечные мостового типа с падающими частями массой 2 – 5 т.

На паровоздушном молоте можно производить единичные и автоматические удары бойка о поковку, а также прижим поковки бойками.

Давление пара или воздуха 7 – 9 атм.

В состав гидропрессовой установки входит собственно гидравлический пресс, насосная установка сеть высокого давления с аккумулятором высокого давления, сеть низкого давления с аккумулятором низкого давления, питающим насосы и пресс на определенных этапах цикла; орган управления – водораспределитель (дистрибутор); система трубопроводов с соответствующей аппаратурой, соединяющей все элементы в одну гидравлическую систему.

В современных прессовых установках в качестве рабочей жидкости применяют водные эмульсии и минеральные масла под давлением 200 – 220 атм.

Гидравлические ковочные прессы имеют номинальное усилие200 – 1500 т.

Парогидравлические прессы, в отличие от гидравлических, имеют привод от специального аппарата – мультипликатора, который может приводиться в движение паром, воздухом или электричеством.

§ 4. Технологический процесс свободной ковки

При выборе тех. Процесса свободной ковки исходят из того, чтобы получить поковки хорошего качества, достигнуть высокой производительности оборудования и иметь минимальный расход металла, а также обеспечить безопасность в работе.

Техпроцесс состоит из следующих операций:

1. подготовка исходного материала;

2. нагрев металла перед ковкой;

3. ковки на молотах или на прессах;

4. отделки поковки.

Основными документами для изготовления поковки является чертеж поковки и технологическая карта.

В карте указываются: марка стали поковки, размеры и масса заготовки; нормы расхода металла; основные и вспомогательные отделочные операции; основной и вспомогательный инструмент и приспособления; тип и силовые характеристики оборудования; режим нагрева заготовки; и др.

Составление технологической карты начинается с составления чертежа поковки и подбора заготовки по нему.

Чертеж поковки составляют по чертежу детали с учетом припуска на механическую обработку, допуска на номинальные размеры поковки (точность изготовления) и припуска (избытка металла) для упрощения очертаний поковки.

Далее, исходя из чертежа поковки, выбирают заготовку или слиток.

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

Заготовки нагревают в кузнечных горнах, камерных или методических печах.

Нагретую заготовку подают к молоту или к прессу для ковки. Порядок выполнения кузнечных операций указывают в технологической карте.

Полученную поковку подвергают отделке, которая состоит в удалении поверхностных дефектов, очистки от окалины, термической обработки (отжиг или нормализация).

В нвстоящее время выход годного металла при получении поковок из слитков на прессах не превышат 60%, а из проката на молотах достигают 90%.

Коэффициент использования металла составляет 0,4 – 0,5, а иногда 0,25 – 0,3.

Глава IV

Горячая объемная штамповка металла

§ 1. Сущность процесса горячей объемной штамповки

Объемная штамповка – процесс получения поковок в штампах, при котором перемещение металла в стороны во время деформации ограничено поверхностями внутренней полости штампа.

Штамповка по сравнению со свободной ковкой имеет ряд достоинств:

1. высокая производительность (в 50 – 100 раз);

2. однородность и точность полученных поковок (припуски в 3 – 4 раза меньше);

3. высоко качество поверхностей штампуемых поковок;

4. возможность изготовления поковок сложной формы.

Объемная штамповка имеет также и недостатки:

1. сложность и высокая стоимость штампов;

2. ограниченность штампованных поковок по весу (до 100 кг).

§ 2. Виды штампов и способы штамповки

Различают объемную штамповку в открытых и закрытых штампах.

В открытых штампах между подвижной и неподвижной частями штампа есть зазор – облойная канавка, куда вытекает лишний объем металла заготовки. Облой (или заусенец),который образуется при этом, потом обрезается.

В закрытых штампах деформация металла происходит в закрытой полости. Штамповка не сопровождается образованием облоя, и в этом случае затраты металл меньше, но предъявляются высокие требования к точности объема заготовки.

Штамповка в закрытых штампах обеспечивает большую степень деформации, улучшение микроструктуры и дает возможность штамповать малопластичные сплавы.

Штампы представляют собой бойки, в которых вырезают или изготовляют другим способом форму требуемой поковки. Штамп пригоден для получения поковки одного профиле-размера. Штампы изготовляют из легированных штамповых сталей 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, 4Х3ВМФ, 4Х2В5МФ, и др.

Горячую штамповку поковок простой формы осуществляют в одноручьевых штампах.

Штамп состоит из двух разъемных частей, которые в собранном виде образуют один ручей. Форма и размеры полости штампа соответствуют форме и размерам готовой горячей поковки.

Поковки сложной формы изготовляют в многоручьевых штампах с последовательным деформированием заготовки в нескольких ручьях с постепенным приближением к конечной форме поковки.

Ручьи штампов разделяют на заготовительные и штамповочные.

Заготовительные ручьи предназначены для подготовки изделия к последующей штамповке. В них выполняют: осадку – на ровной площадке штампа; протягивание – изменение части заготовки; подкатку – местное увеличение сечения заготовки за счет уменьшения соседних участков; пережим – расплющивание заготовки; формовку – для придания заготовке формы, приближенной к поковке; гибка и др.

Штамповочные ручьи бывают черновые (предварительные) и чистовые (окончательные).

Черновой ручей не имеет канавки для облоя и его назначение – защитить чистовой ручей от износа. Форма чистового ручья такая же, как и у чистового, но с большими радиусами закруглений и штамповочными уклонами.

Чистовой ручей это точная копия поковки, но с размерами большими на величину усадки при остывании (около 1,5%). По периметру чистового ручья размещается канавка для облоя, назначение которой – препятствовать свободному вытеснению металла и создать в полости штампа высокое давление и облегчить обрезание облоя.

§ 3. Оборудование для объемной штамповки

Горячая объемная штамповка осуществляется на штамповочных молотах, прессах, горизонтально-ковочных машинах и специальных машинах узкого назначения.

Штамповочные молоты используются для штамповки поковок различной формы в основном в многоручьевых открытых штампах. Основным типом таких молотов являются паровоздушные штамповочные молоты с массой падающих частей 0,63 – 16 т, реже применяются фрикционные молоты с массой падающих частей 0,5 – 15 т.

Паровоздушные штамповочные молоты различают простого и двойного действия. Эти молоты отличаются от ковочных молотов конструкцией станины и шабота, но они обеспечивают большую точность перемещения частей штампов. Для точного совпадения положения верхней половины штампа, прикрепленной к бабе, относительно нижней, укрепляемой на штамподержателе левую и правую стойки станины молота монтируют на шаботе и устанавливают на доном фундаменте. Кроме того, штамповочные молоты имеют более совершенные направляющие, прикрепляемые к стойкам, для обеспечения строго определенного направления движения бабы на всей длине рабочего хода. Для нормальной работы штамповочного молота необходимо, чтобы масса шабота была в 20 – 30 раз больше массы падающих частей.

Применяют также бесшаботные паровоздушные штамповочные молоты. У этих молотов вместо тяжелых шаботов имеются две бабы (верхняя и нижняя), которые при работе движутся навстречу друг другу по направляющим общей станины. На нижней бабе устанавливают нижнюю половину штампа с заготовкой, верхняя половина штампа крепится к верхней бабе. Штамповка происходит при соударении обеих баб. Привод у бесшаботных молотов паровой или воздушный. Число ударов - 6 – 20 в мин.

Применяются также молоты гидравлические и фрикционные с доской.

Штамповка на молотах осуществляется как правило, за 3 – 5 ударов. В конце последнего удара обе части штампа стыкуются по плоскости разъема. Средняя масса поковок при массе падающих частей 1000 кг составляет 0,5 – 5 кг, при 10 000 кг – 40 – 100 кг.

Штамповочные прессы применяют винтовые фрикционные, гидравлические и кривошипные.

Винтовые фрикционные прессы применяют для штамповки в открытых и закрытых штампах небольших поковок (до 20 кг) и используются в мелкосерийном производстве.

Гидравлические прессы для штамповки аналогичны ковочным гидравлическим прессам, но имеют более жесткую конструкцию и выталкиватели для удаления поковок из штампа. На этих прессах штампуют главным образом крупные поковки (массой 100 – 350 кг) в открытых и закрытых штампах с одной или несколькими плоскостями разъема.

Кривошипные ковочноштамповочные прессы относятся к числу наиболее прогрессивных ковочных машин. Внедрение кривошипных прессов обеспечивает повышение производительности штамповки в 1, 5 – 2 раза по сравнению со штамповкой на молотах, экономию металла – проката, применяемого в виде заготовок на 10 – 30%, а штамповка в закрытых штампах сокращает производственный цикл (т. е. уменьшает число операций). Изготовление поковок на этих прессах с наименьшими припусками на механическую обработку позволяет на 15 – 30% сэкономить время на их последующую обработку в механических цехах.

Рабочий орган пресса – ползун, несущий верхнюю часть инструмента (штампа), приводится в возвратно-поступательное движение при помощи кривошипно-шатунного механизма.

В отличие от молотов кривошипные прессы имеют жесткий график движения ползуна. Полный ход (путь) ползуна равен удвоенному радиусу кривошипа. Каждому углу поворота кривошипного вала соответствует определенное положение ползуна и определенная его скорость, которая в крайних точках (вверху и внизу) равна 0.

Кривошипные прессы для горячей штамповки обладают высокой жесткостью конструкции, которая необходима для снижения упругих деформаций и получения наиболее точных размеров поковок. Пресс имеет выталкиватели в столе и ползуне для автоматического удаления поковок из штампа.

К недостаткам таких прессов относится:

1. необходимость точного определения массы заготовок;

2. требования отсутствия окалины на заготовках;

3. стоимость в 3 – 4 раза больше, чем молотов.

Горизонтально-ковочные машины применяются для горячей высадки различных деталей (типа стержня с утолщением, со сквозным отверстием, с глухой полостью, а также сложной конфигурации) из пруткового материала или из труб в многоручьевых штампах. Конструкция штампов позволяет осуществлять также пробивку отверстий, обрезку по контуру, отрезку от прутка. ГКМ различают с разъемом матриц в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Две плоскости разъема состоят из 3 частей: неподвижной и подвижной матриц и пуансона.

Двойная плоскость разъема штампов дает возможность штамповать большинство поковок без штамповочных уклонов и облоя. Заготовку (пруток) устанавливают в неподвижную матрицу до упора. Главный ползун с пуансоном приводится в движение от кривошипно-шатунного механизма. Прежде чем пуансон соприкоснется с торцем заготовки, подвижная матрица прижимает ее к неподвижной матрице, а упор отводится в сторону. Ползун с неподвижной матрицей перемещается от бокового ползуна, который в свою очередь, приводится в движение от кулачков, закрепленных на главном валу.

Исходным материалом для штамповки на ГКМ служит круглый, реже квадратный или прямоугольный прокат повышенной точности, диаметром до 270 мм и массой до 100 кг.

ГКМ изготавливают с усилием 100 – 3150 т и числом ходов 95 – 21 в минуту. Производительность высокая – 400 – 900 поковок в час.

§ 4. Технологический процесс горячей объемной штамповки

Состоит из следующих операций:

1. резки исходного материала на заготовки мерной длины;

2. нагрева заготовок;

3. штамповки заготовок;

4. отделки поковок.

Основными документами регламентирующими тех. Процесс штамповки, являются чертеж поковки и технологическая карта.

Штампы изготавливаются по чертежу поковки с учетом коэффициента температурного расширения. Размеры поковки определяют по чертежу готовой детали с учетом припусков на последующую мех. обработку, напусков для упрощения нетехнологичных элементов поковки и получения штамповочных уклонов, а также допусков на штамповку согласно ГОСТов.

После составления чертежа поковки определяют переходы и разбивают чертежи штампов на штамповку и обрезку облоя поковки.

Для свободного извлечения поковки из штампа при штамповке на молотах предусматривают уклоны вертикальных поверхностей: внешних – 5 – 7º; при штамповке на прессах с выталкивателями в ползуне и столе уклоны составляют – 1 – 3º.

По чертежу поковки определяют форму и размеры исходной заготовки. В качестве заготовки применяют круглый, квадратный, прямоугольный и фасоный периодический прокат и др. заготовки.

Затем составляют технологическую карту. В карте указывают исходный материал (марка стали, профиль, сечение), отходы (массу, размеры), размеры заготовки, расход металла на одну поковку, операции и переходы штамповки,оборудование, штампы, инструмент, приспособления, температурные режимы, нормы времени и др. данные.

Технологический процесс изготовления поковок начинается с резки заготовок на мерные длины.

После этого заготовки нагревают в камерных или методических печах до заданной температуры. Перед подачей к прессу или молоту с заготовок удаляют окалину.

Затем заготовки подвергают штамповке в одно- или многоручьевых штампах в зависимости от конфигурации и размеров поковки, а также имеющегося оборудования.

При отделке поковок после горячей объемной штамповки производят обрезку облоя, просечку отверстий (удаление пленок), правку, термическую обработку и очистку от окалины.

При облойной штамповке на молотах и прессах облой удаляют на кривошипных или эксцентриковых прессах с применением обрезных штампов. Если штампуют поковки со сквозными отверстиями, то в отверстиях образуются внутренний облой – пленка металла, которую также удаляют.

После обрезки облоя поковки правят в специальных или чистовых штампах на молотах или прессах.

Далее поковки подвергают термической обработке и очистке от окалины. Окалину с поковки удаляют в пескоструйных или дробеметных аппаратах, травлением в растворах кислот, во вращающихся барабанах.

Для получения поковок с точными размерами и чистой поверхностью применяют калибровку и чеканку.

Выход годного при горячей объемной штамповке составляет 72 – 80%, а расходный коэффициент 1,4 – 1,25. Коэффициент использования металла 0,5 – 0,55.

Глава VII

Холодная объемная штамповка

§ 1. Сущность процесса

Холодной наз. штамповку без нагрева заготовок. Холодная объемная штамповка дает возможность почти полностью исключить обработку резанием и обеспечивает уменьшение трудоемкости изготовления деталей на 30 – 80% и увеличение коэффициента использования металла на 50%. При холодной высадке этот коэффициент достигает 95%, а производительность 800 шт за минуту.

Холодную штамповку применяют при производстве заклепок, болтов, винтов, гаек. Максимальный диаметр высаживаемого изделия 25 мм. Заготовками для деталей являются проволока, калиброванные прутки из углеродистой стали, цветных металлов и их сплавов.

§ 2. Основные виды холодной объемной штамповки

К ним относятся:

1. выдавливание;

2. высадка;

3. объемная формовка;

4. калибровка.

Холодное выдавливание – процесс получения штамповок при пластической деформации металла в полости штампа. При холодном выдавливании в отличие от прессования, заготовкой является не слиток, а заготовка из прутка, а изделием – готовая деталь, которая как правило, не требует дальнейшей обработки.

Пластическая деформация выдавливанием происходит в условиях непрерывного давления и обеспечивает высокую степень деформации.

Для мягких, пластичных материалов (алюминий) степень деформации, которая равна отношению сечения площадей заготовки и детали, может превышать 10 000%. Но выдавливание требует высокого давления.

Различают прямое, обратное и комбинированное выдавливание в зависимости от направления движения пуансона и течения металла при образовании детали через отверстие в неподвижной матрице.

Прямое выдавливание используют для изготовления стержней с утолщением – болты, клапаны; обратное – для пустотелых деталей с дном – корпуса, стаканы. Комбинированное выдавливание сопровождается течением металла в различных направлениях.

Холодная высадка применяется для изготовления широкого ассортимента деталей в массовом производстве: болтов, гаек, шпилек, винтов, шурупов, гвоздей и др. Исходной заготовкой служит проволока или пруток диаметром 0,5 – 38 мм. Холодную высадку осуществляют за 1,2,3 и более переходов (ударов) в зависимости от формы высаживаемой части и ее размеров. Отношение длины этой части к диаметру не должно превышать 2,5 при высадке за 1 удар и 8 при высадке за 3 удара.

Высадка осуществляется на холодновысадочных автоматах. Автомат имеет механизм подачи материала, отрезки заготовки и переноса ее с линии подачи на линию высадки и выталкивания.

Проволока или пруток подается вращающимися роликами через отверстие отрезной матрицы до регулируемого упора. При движении ножевого штока вперед от прутка отрезается заготовка. Придерживаемая специальным устройством, заготовка перемещается на линию высадки. Высадка осуществляется перемещением пуансона вперед. При этом заготовка подается в отверстие высадочной матрицы, а готовое изделие выталкивается из матрицы выталкивателем.

Производительность холодновысадочных одноударных автоматов достигает 325 деталей в минуту.

Холодную формовку применяют для изготовления деталей сложной формы с площадью горизонтальной проекции до 5000 мм² и высотой до 25 мм. Ее производят в открытых и закрытых штампах. Исходной заготовкой являются отдельные заготовки из сортового проката или заготовки полученные горячей штамповкой или литьем. Иногда может использоваться и лента или пруток, но при этом затраты металла увеличиваются на 10 – 30%.

§ 3. Технологический процесс холодной

объемной штамповки

Состоит из следующих операций:

1. подготовки исходного материала (очистка от окалины и загрязнений, смазка);

2. изготовление заготовок (рубка а иногда предварительное деформирование при получении сложной формы деталей);

3. штамповки;

4. отделки (термическая обработка, травление, нанесение покрытий, сверление отверстий, фрезерование пазов, зачистка).

Выход годного при холодной штамповке значительно выше, чем при горячей, а коэффициент использования металла достигает единицы, т. к. многие поковки являются готовыми изделиями.

Глава VIII

Листовая штамповка

§ 1. Сущность процесса

Листовой штамповкой наз. процесс получения деталей из листа, ленты или полосы. Толщина деталей почти не отличается от толщины листового материала и не превышает 10 мм. Листовая штамповка это один из наиболее прогрессивных и высокопроизводительных способов получения деталей сложной формы с тонкими стенками. Обычно ее осуществляют в холодном состоянии.

При листовой штамповке изделия получаются с очень малыми допусками и высоким качеством поверхности, чаще всего не требующими дальнейшей обработки.

К преимуществам листовой штамповки относятся также экономное расходование металла и широкие возможности механизации и автоматизации процесса.

Исходным материалом при листовой штамповке являются листы, ленты и полосы из горячекатаной тонколистовой стали обыкновенного качества Ст.2, Ст.3, Ст.4, Ст.5 и холоднокатаной тонколистовой качественной конструкционной стали 10кп, 15кп, 20кп, 10, 20, 30, 40, а также листы, ленты и полосы из меди, латуни, дюралюминия, титана и др.

§ 2. Операции листовой штамповки

Листовой материал штампуют за одну операцию или за несколько последовательных операций. Различают операции разделения и операции изменения формы пластической деформацией металла.

К операциям разделения относят: резку, вырубку по контуру, пробивку отверстия и др., при которых заготовка отделяется от исходного материала.

Резку листового материала на заготовки нужных размеров осуществляют на ножницах (гильотинных, дисковых). Резка ножницами не позволяет получить любые контуры заготовки и обычно сминает ее края. Поэтому для получения фасонных листовых заготовок чаще применяют вырубку по контуру в штампах или пробивку. Вырубкой получают наружный контур заготовки, а пробивкой – внутренний.

К операциям изменения формы относят гибку, вытяжку без утонения стенки, вытяжку с утонением стенки, формовку.

При гибке одну часть или несколько частей листовой заготовки изгибают относительно других ее частей. Различают гибку одно-, двух-, четырех- и многоугловую. Большинство гнутых деталей может быть выполнено с помощью двух приемов гибки: V – образная гибка в тупой угол – одноугловая; и U – образная гибка в прямой угол – двухугловая. Чем больше радиус угла, тем легче протекает процесс гибки, меньше опасности появления трещин и меньше искажений формы изделия.

Вытяжка – наиболее сложная операция, при которой плоская заготовка превращается в полое тело (колпачок). По характеру деформации металла вытяжку различают без утонения стенки и с утонением стенки изделия.

Вытяжка без утонения стенки выполняется в вытяжном штампе, у которого зазор между пуансоном 1 и матрицей 3 на 5 – 10% больше толщины заготовки 2. Радиусы закругления рабочей части матрицы и пуансона обеспечивают плавность превращения круглой листовой заготовки в колпачок. При вытяжке изделий плоская часть заготовки (фланец) может сверываться с образованием складок. Для предотвращения их образования применяют прижимы 4.

Рис.

При листовой штамповке возможна вытяжка с утонением стенки заготовки. При этом необходимо иметь зазор между пуансоном и матрицей меньше толщины листа. Обычно утонение стенок за один проход не превышает 30 – 35% начальной толщины листа.

§ 3. Инструмент и оборудование для листовой штамповки

Инструментом для листовой штамповки служат штампы, которые классифицируются по технологическим, конструктивным и эксплуатационным признакам.

По типу и характеру выполняемых операций различают штампы простого действия (однопереходные) и комбинированные (многопереходные), которые в свою очердь разделяются на штампы последовательного и совмещенного действия.

Штампы простого децствия предназначены для выполнения какой-либо одной операции за один рабочий ход пресса: вырубки, гибки, вытяжки.

Штампы последовательного действия могут выполнять несколоко операций штамповки при перемещении заготовки в направлении подачи.

Штампы совмещенного действия применяют для выполнения за один рабочий ход пресса 2, 3 и более операций.

Оборудованием для листовой штамповки являются прессы, которые по принципу действия различают на механические, гидравлические, электромагнитные и пневматические.

Из механических часто применяют кривошипные прессы. Они бывают простого, двойного и тройного действия.

Прессы простого действия имеют один движущийся ползун и предназначены для вырезки, пробивки, гибки и др. операций.

Прессы двойного действия имеют два независимо движущихся ползуна: наружный для прижима заготовки и внутренний для глубокой вытяжки.

Прессы тройного действия имеют два верхних ползуна и один нижний (или движущийся стол). Эти прессы применяются для штамповки некоторых деталей кузова автомобиля.

§ 4. Технологический процесс листовой штамповки

Состоит из следующих операций:

1. подготовка материала;

2. получение заготовок (резкой, вырубкой по контуру, пробивкой);

3. формоизменение заготовок (гибкой, вытяжкой, формовкой);

4. термическая обработка (для снятия наклепа и получения требуемой структуры и свойств);

5. отделка (калибровка, галтовка для удаления заусенцев, травление, правка, полирование, нанесение покрытий).