Тема 2.4.3 Холодная объемная штамповка

Рис. 48 Горизонтально-ковочная машина

Рис.46 Штамповка в открытых и закрытых штампах

Схема технологического процесса штамповки в открытых штампах. Особенности штамповки в закрытых штампах.

Тема 2.4.2 Горячая объемная штамповка, сущность процесса, применяемое оборудование и инструмент

Вопросы:

1. Сущность и область при­менения горячей объемной штамповки. Продукция и ее применение.

2. Инстру­мент дня штамповки.

4. Общие сведения об оборудовании для штамповки, основные части. Принцип работы кривошипно­го горячештамповочного пресса и горизонтально-ковочной машины.

1. Горячая объемная штамповка – метод обработки, при котором принудительное перераспределение металла заготовки производится в полости ин­струмента, называемого штампом.

Объемную штамповку металла производят в штам­пах, состоящих обычно из двух половин, которые в собранном виде создают одну или несколько внутренних по­лостей, называемых ручьями. При этом течение металла, при деформации ограничивается стенками внутренней полости штампа.

Это производительный и деше­вый процесс. Он позволяет получать поковки сложной формы и высокого качества, обладающие после термической обработки са­мыми высокими механическими свойствами, которые можно при­дать металлу данного химического состава.

Горячая объемная штамповка значительно превосходит по про­изводительности свободную ковку, обеспечивает получение поковок более точных размеров с минимальными припусками по обрабаты­ваемым поверхностям и более чистой поверхностью и, таким обра­зом, дает значительную экономию металла и снижение трудоемко­сти обработки.

Наиболее широко штамповка распространена в машинострои­тельной промышленности, где производство носит крупносерийный и массовый характер. С ростом техники кузнечно-штамповочного производства кузнечные цехи начинают не только поставлять заго­товки для окончательной обработки, но также выпускать готовые детали и выполнять завершающие операции после механической обработки (наката резьб, шлицев и т. д.).

Горячую объемную штамповку широко применяют в автомо­бильной, тракторной, транспортной, авиационной и других отрас­лях промышленности.

Горячей объемной штамповкой изготовляют много­численные различные по конструкции, массе и размерам поковки: коленчатые валы, колеса, шатуны, рычаги, шес­терни, крышки, болты, гайки, втулки и многие другие.

Стоимость штампованных деталей с последующей обработкой резанием примерно в 2…2,5 раза ниже стоимости тех же деталей, изготовленных из обычной заготовки только резанием. Масса поковок с каждым годом растет и сейчас она достигает 500 кг.

В связи со значительной стоимостью штампов штам­повку рентабельно применять только в условиях крупно­серийного и массового производства.

2.Штампом называется металлическая разъемная фор­ма, состоящая из двух частей (половин), внутри которой имеется полость, называемая ручьем; штампы изготов­ляют из сталей марок 5ХНВ, 5ХНМ, 5ХГМ, 3Х2В8Ф и др. Каждый штамп предназначен для получения поковок определенной конфигурации, размера и массы.

Штампы подразделяются на открытые и закрытые (рис. 132).

Открытыми штампами (рис. 44, а) называют такие, у которых вокруг всего внешнего контура штамповочного ручья имеется специальная облойная канавка, соединен­ная тонкой щелью с полостью, образующей поковку.

Рис. 44 Схемы штамповки поковок:

а – в открытом штампе (с облоем); б – в закрытом штампе (без облоя, вариант 1); в – закрытом штампе (без облоя, вариант 2); 1 – верхняя половина штампа; 2 – нижняя половина штампа; 3 – облой; 4 – ковка; 5 – выталкиватель; 6 – штамп (матрица); 7 – пуансон

В процессе штамповки через щель в канавку вытесняет­ся избыточная часть металла, образуя по контуру поков­ки облой. Это приводит к некоторому увеличению отхо­дов металла, но зато упрощает процесс штамповки. Об­лой с поковки затем обрезается при помощи особых штампов.

Закрытыми штампами (рис. 44, б, в) называют та­кие, в которых металл деформируется в замкнутом про­странстве без образования облоя. При этом расход ме­талла на изготовление поковки сокращается, а процесс получения годной поковки усложняется (требуются за­готовки определенной массы). Закрытые штампы более перспективны, но в связи с тем, что они сложнее откры­тых, их применяют пока реже открытых.

В штампе может быть одни или несколько ручьев.

Штампы с одним ручьем применяют для изготовления поковок простой формы, а поковки сложной конфигура­ции получают в многоручьевых штампах.

Рис. 45 Многоручьевой штамп для штамповки поковки рычага из прут­ка и технологические переходы:

1 – подкатной ручей; 2 – протяжной ручей (куда вначале поступает нагретая заготовка); 3 – предварительный (черновой) штамповочный ручей; 4 – гибочный ручей; 5 – окончательный (чистовой) штамповочный ручей

Многоручьевые штампы (рис. 45) имеют заготовительные ручьи (про­тяжные, подкатные, пережимные, гибочные и пр.), в которых производится подготовка заготовки к последу­ющей операции штамповки, и штамповочные (черновые и чистовые) ручьи, предназначенные для окончательного формирования поковки.

3. Существует два основ­ных метода объемной штамповки.

Штамповка в открытых штампах (рис. 46,а) предусматри­вает выход части металла заготовки в заусенечиую канавку 1 (на­правление выхода перпендикулярно движению штампа 2).

Толщина заусенца в процессе штамповки уменьшается и при достижении определенных размеров способствует заполнению углов (трудно заполняемых частей) штампа. При штамповке в открытых штампах из заготовки с размерами малой точности получают поковки высо­кой точности за счет различного объема заусенца. Заусенец подле­жит обрезке в обрезных штампах, при этом по месту обрезки волок­на у поковки оказываются перерезанными (рис. 46, в).

Штамповка в закрытых штампах (рис. 46, б)не предусматривает образования заусенца. Образующийся вследствие затекания металла в зазор 1 по месту разъема заусенец незначительный, имеет постоянную толщину. Макроструктура поковок такова, что волокна обтекают контур (рис. 46, г). Для штамповки в закрытых штампах требуются заготовки высокой точности по объему. Она применяется для поковок простой формы, в основном имеющих форму тел вра­щения, круглых и квадратных в плане.

4.Для горячей объемной штам­повки используют главным образомкривошипные горячештамповочные прессы (КГШП) игоризонтально-ковочные машины.

Кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП) создают уси­лие от 630 до 8000 т.Обладая повышенной жесткостью и строго фиксированной величиной хода ползуна, они дают возможность получать поковки точных размеров.

Рассмотрим кинематическую схему КГШП (рис. 47, а). Вра­щательное движение от электромотора 3 через клиноременную пере­дачу 2 и маховик 1 передается на промежуточный вал 4 и зубчатой передачей 5, 6 на эксцентриковый вал 8. От вала 8 через шатун 9 движение передается ползуну 10. Включение пресса па рабочий ход осуществляется муфтой 7, смонтированной в зубчатом колесе 6. Для остановки ползуна в верхнем положении предназначен тормоз 13. Стол пресса 11,установленный на наклонной поверхности, может перемещаться клином 12 и тем самым в незначительных пределах регулировать высоту штампового пространства. Для автоматического удаления поковки из штампа прессы оборудуют выталкивателями в столе и ползуне.

КГШП обеспечивают более высокую производительность, чем молоты, за счет сокращения числа ударов в каждом ручье до од­ного. Постоянство хода при достаточной жесткости и применение штампов с направляющими колонками обеспечивают большую точ­ность поковок. Рис. 47

Высокая жесткость и отсутствие ударов при штам­повке повышает стойкость штампов, позволяет применять сборные штампы, благоприятствует комплексной механизации и автоматиза­ции штамповки. КГШП более дешевы в эксплуатации, имеют к. п. д. выше, чем у штамповочных молотов. Для их установки требуются меньшие фундаменты, отсутствие ударов при рабо­те упрощает конструкцию здания. Однако стоимость прессов пока довольна вы­сока. Постоянный ход ис­ключает такие операции, как подкатка и протяжка. Отсутствие удара при штамповке и значительные деформации за один ход пресса приводят к заштамповке окалины, поэтому следует предусматривать очистку от окалины перед штамповкой или приме­нять безокислительный ли­бо скоростной (индукци­онный, контактный) на­грев.

Течение металла при штамповке на КГШП несколько отличается от течения в молотовом штампе. При штамповке па мо­лоте образование заусенца происходит за несколько ударов, в промежутке между ударами за­усенец подстывает и тем самым создает большее сопротивление истечению металла в заусенечную канавку, что способствует ско­рейшему заполнению полости штампа. При штамповке на КГШП образование заусенца и заполнение ручья происходит за один ход (удар) пресса, в заусенец поступает наиболее нагретый металл, и поэтому гравюра заполняется хуже. Таким образом, для хорошего заполнения прессового штампа следует смещать плоскости разъема или изменять размеры заусенечной канавки.

На КГШП возможна штамповка всех видов поковок, штампуе­мых, на молотах. Однако наиболее удобны поковки круглые и квадратные в плане и близкие к ним по форме, штампуемые в торец. Поковки с удлиненной осью и сложной формой поперечного сечения требуют перед штамповкой на прессе предварительного профилиро­вания на других видах оборудования (ковочных вальцах, ГКМ) или штамповки из проката периодического профиля.

Горизонтально-ковочные машины.На этих машинах выполняют горячую высадку различных деталей (типа стержня с утолщением, со сквозным отверстием, с глухой полостью, сложной конфигура­ции и т. п.) из пруткового материала или труб в многоручьевых штампах. Конструкция штампов позволяет осуществлять также пробивку отверстий, обрезку по контуру, отрезку от прутка и т. д. Горизонтально-ковочные машины различают с разъемом мат­риц в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Общий вид и кинематическая схема горизонтально-ковочной машины с вертикальным разъемом матриц представлены на рис. 48, а, б. Электродвигатель 1 через клиноременную передачу 2,маховик 3 и муфту включения 4 приводит во вращение приводной вал 17. Этот вал передает вращение коленчатому валу 22 посредст­вом малой 16 и большой 21 шестерен. Коленчатый вал охватывает шатун 20,который приводит в возвратно-поступательное движе­ние главный ползун 19. На коленчатом валу насажен эксцентрик 23, приводящий в движение боковой ползун 5. Последний, пере­двигаясь вперед, двигает систему рычагов 6, 7 и 8,связанных с за­жимным ползуном 9.

Таким образом, поворот коленчатого вала вызывает поступа­тельное движение бокового 5 и зажимного 9 ползунов; почти одно­временно с ними происходит рабочее движение (движение вперед) высадного или главного ползуна 19.

С высадным ползуном через систему рычагов и роликов связан передний упор 13. При исходном положении ползунов 19 и 5 (это положение изображено на рисунке) упор 13 опущен в штамповое пространство и находится между пуансоном 14 и половинами 11 и 12 матрицы. Подаваемая вперед нагретая заготовка соприкасается с упором. Как только ползуны начинают двигаться вперед (рабочий ход), упор 13 при помощи рычага 15 начинает подниматься и вы­ходит из штампового пространства. Зажимной ползун 9, опере­жающий высадочный ползун 19,зажимает заготовку между поло­винами 11 и 12 матрицы, после чего высадочный ползун пуансоном 14 ударяет по торцу заготовки.

После высадки происходит обратное движение ползунов, по­ковка освобождается и штамповщик убирает ее или перекладывает в другой ручей.

Горизонтально–ковочная машина имеет холостой и рабочий ходы. Холостой ход начинается включением электродвигателя, когда вращается только шкив 3,но муфта 4 выключена; тормоз 18,находящийся на правой стороне приводного вала 17,удерживает приводной вал от вращения. При нажатии педали 10 сжатый воз­дух поступает в муфту и включает ее, что ослабляет затянутые лен­ты тормоза и приводит к вращению приводной вал. Одновременно поступающий воздух в тормоз 18 освобождает затянутые ленты тормоза, и вращение с приводного вала передается на коленчатый вал.

Производительность горизонтально-ковочных машин высокая (400…900 поковок в час).

На отечественных заводах горизонтально-ковочные машины изготовляют усилием 1…31,5 МН (100…3150 т) с числом ходов 95…21 в минуту.

Для шамповки на горизонтально-ковочных машинах применяют заготовки диаметром 20…270 мм и массой до 100 кг.

Вопросы: