Технологическая характеристика и выбор материалов и заготовок

При выборе материала следует иметь в виду, что сопротивление деформированию сталей (а следовательно, мощность оборудования, стойкость инструмента) и их пластичность, обеспечивающая получение готовой детали из заданной заготовки при минимальных затратах, определяется главным образом процентным содержанием углерода. С увеличением последнего пластичность снижается, а сопротивление деформированию растет.

Отрицательное влияние на пластичность материала особенно оказывают примеси серы и фосфора, они приводят к появлению зон красно- и синеломкости, что требует строгого соблюдения температурного режима ковки. Хорошо освоена в производстве инструментальная сталь марок 7ХФ, 8ХФ, 9ХФ, 9Х1, 9ХВГ, ХВ4, 7ХГ2ВМ, 7Х3, 8Х3, 5ХНМ, 5ХВ2С, ШХ15, ХВГ, 9ХС, 4Х5МОС, 5ХЗВЗМФС, Х12, Х12М, Р9, Р18, У7 - У12, высоколегированная сталь и сплавы марок 10Х11Н20Т38. ХН70ВМТЮ, ХН55ВМТКЮ. 10Х11Н20, 20Х13, 13Х14НЗВ2Ф1. 15Х18Н12С4ТЮ, 12Х18Н9Т. 20Х15НЗМА.

Высоколегированная и жаропрочная сталь и сплавы обладают худшей деформируемостью по сравнению с инструментальной сталью, большим упрочнением при высоких температурах, резко выраженной гетерогенностью структуры, высоким сопротивлением деформированию, низкой прочностью межкристаллитных связей при высоких температурах, необходимостью особых условий нагрева. Хорошей технологичностью обладают детали, изготовленные из углеродистых и конструкционных легированных сталей.

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на три группы:

1. мягкие повышенной пластичности (АМц, АМг, АВ, АД31, АДЗЗ, АД35, АТВ1 и др. с временным сопротивлением s_b до 300 МПа и относительным удлинением d_b = 0,10 - 0,20);

2. средней прочности и пластичности (Д1, Д16, АК6, АК4-1, В65, Д19П и др., имеющие s_b до 500 МПа и d_b 0,12);

3. высокопрочные и низкопластичные (АК8, В93, В95, В96 и др., имеющие s_b до 800 МПа и d_b = 0,05 - 0,10).

С повышением степени легирования пластичность алюминиевых сплавов и, следовательно, технологичность деталей снижается. К малоосвоенным и труднодеформируемым сплавам относятся порошковые высокопрочные и жаропрочные материалы.

К наиболее освоенным промышленным магниевым сплавам относятся детали из МА1, МА2, МА2-1, МА3, МА5, MA8. Более рациональными являются детали изсплавов марок МА1 и MA8. Остальные из указанных сплавов являются менее пластичными и более прочными. В большинстве случаев магниевые сплавы значительно хуже обрабатываются давлением, чем алюминиевые сплавы.

Медь и сплавы на ее основе, как правило, обладают высокой пластичностью и сравнительно низким сопротивлением деформированию при горячей ковке (температура 750 - 850 °С).

Сплавы титана по уровню прочности и пластичности делятся на три группы:

1. низкой прочности и высокой пластичности (ВТ 1-0, ВТ 1-00, ОТ4-0, ОТ4-1 и др., имеющие s_b до 700 МПа);

2. средней прочности и пластичности (ВТ5-1, ВТ6, ВТЗ-1 и др., имеющие s_b до 1000 МПа);

3. высокой прочности (ВТ15, ВТ 16, ВТ22, имеющие s_b > 1000 МПа).

Наиболее предпочтительным является применение высокопластичных сплавов.

С целью увеличения коэффициента использования материала желательно, чтобы конструкция детали позволяла применять в качестве заготовок различные полуфабрикаты (трубы, специальные профили и т. п.).

Основными способами изготовления кузнечных заготовок являются штамповка и свободная ковка. Заготовки, полученные ковкой, обычно подвергаются механической обработке по всем поверхностям в отличие от штампованных заготовок, которые могут иметь поверхности и элементы, точность и качество поверхности которых обеспечиваются в процессе штамповки. Поэтому изготовление деталей из поковок вызывает повышенный расход металла и большой объем механической обработки. Однако затраты на специальную оснастку для ковки невелики.

Выбор способов изготовления заготовки (ковка или штамповка) зависит в основном от требуемого объема выпуска, конфигурации деталей и их материала.

В некоторых случаях для деталей сложной конфигурации из дорогостоящего материала даже при малых масштабах производства целесообразно применение штамповки.

В табл. 2 приведены объемы выпуска деталей, стоимость которых при изготовлении ковкой и штамповкой для данной группы сложности одинакова.

Для обеспечения технологичности конструкции деталь должна отвечать совокупности требований, основными из которых являются следующие:

1. изготовление её из одного куска металла;

2. возможность разъема штампов;

3. заполнение выступающих частей фигуры (углов, радиусов, ребер, фланцев и т. п.);

4. изготовление детали с минимальной трудоемкостью за малое число переходов и с малыми припусками для уменьшения объема последующей механической обработки;

5. изготовление детали с наименьшей массой и наибольшим коэффициентом использования материала;

6. использование простых и дешевых штампов;

7. унификация деталей для уменьшения числа и номенклатуры штампов.

Важнейшей характеристикой детали, определяющей стойкость штампов, трудоемкость и производительность технологического процесса, число единиц оборудования, возможность получения поковки из одного куска металла, является сложность ее формы, количественной оценкой которой может служить коэффициент сложности формы, равный

z =

где m_П - масса детали; / m_Ф - масса условной детали в форме цилиндра или параллелепипеда, в который можно вписать данную деталь по ее максимальным размерам.

В зависимости от значения коэффициента сложности формы деталь вносят к одной из четырех групп сложности: первой (0,63 < z < 1), второй (0.32 < z < 0,63), третьей (0,16 < z < 0,32) или четвертой (z <0,16). Чем выше группа сложности, тем ниже технологичность детали.

Детали, изготовляемые высадкой на горизонтально-ковочных машинах, должны иметь форму, позволяющую разделить ее на части по двум плоскостям разъема, из которых одна проходит через ось симметрии, а вторая перпендикулярна первой. Стенки детали должны иметь штамповочные уклоны (внутренние уклоны больше наружных) для обеспечения легкого извлечения детали. Максимальные штамповочные уклоны на наружных стенках стальных деталей не должны превышать 7°, на внутренних - 10°. При изготовлении деталей из алюминиевых и магниевых сплавов в штампах без выталкивателей уклоны на 2 - 3° меньше упомянутых, а для деталей из титановых сплавов - на 2 - 3° больше.

Следует избегать назначения чрезмерно жестких допусков на размеры поверхностей, не обрабатываемых в дальнейшем резанием. Допускаемые отклонения свободных размеров приведены в табл. 5.3.