Раздел 2. Кузнечно - прессовое оборудование

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

“Технологические процессы ”

 

 

Ф. Ш. Шарифьянов

 

 

РАЗДЕЛ 2. КУЗНЕЧНО - ПРЕССОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Кузнечно-штамповочное производство предназначено для получения кованых и штампованных заготовок путем пластического деформирования исходных прутковых заготовок или отливок. В заготовках, полученных деформированием отсутствуют такие дефекты, присущие отливкам как поры, раковины, химическая неоднородность (ликвация). Поэтому кованые и штампованные заготовки (поковки и штамповки) отличаются более высокими механическими свойствами, чем отливки. Из всех процессов ОМД, применяемых при изготовлении заготовок самым распространенным является ковка и штамповка. Эти способы успешно соперничают с литейным производством и уступают ему только по сложности конфигурации получаемых деталей, по габаритным размерам, и превосходят литье по механическим свойствам.

 

Исходные заготовки, обрабатываемые ковкой и штамповкой

Для ковки и объемной штамповки применяют различные металлические материалы: стали (углеродистые, легированные, высоколегированные), жаропрочные сплавы, а также цветные сплавы.Широко применяются для ковки и объемной штамповки стали.

Исходными стальными заготовками для ковки и объемной штамповки являются слитки (рис. 3.12), обжатые болванки (блюмы) и сортовой прокат.Слитокявляется заготовкой для крупных поковок, может использоваться для одной или нескольких поковок. Слитки получают разливкой стали в изложницы из конверторов или мартеновских и электрических печей.

Слиток имеет массу от 135 кг до 350 т. Конфигурация слитков может быть различной в зависимости от способа переплава и завода изготовителя.

Форма слитков может быть различной и зависит от металлургического предприятия, выпускающего слитки. Чаще встречается форма слитка в виде многогранной усеченной пирамиды. Поперечное сечение средней части слитков может быть 4-, 6-, 8- и 12-угольным. Верхняя (прибыльная) часть слитка (l ₁) содержит усадочную раковину и не может быть использована в поковке. Нижняя (донная) часть [ L – (l ₁ + l ₂)] также является отходом слитка. Отход слитка составляет по прибыльной части 18... 30 %, а по донной – 3...8 % от общей массы слитка.

Рис. 3.12. Стальной слиток Новокрамоторского металлургического завода

 

Меньшие значения отхода соответствуют слиткам из углеродистой стали, а большие — из легированной. Донная и прибыльная части отделяются от слитка кузнечной рубкой в начале ковки (после биллетировки) или от концов поковки на заключительной стадии и отправляются на переплав. Прибыльная и донная часть получаются дефектными и идут на переплав. Средняя часть, пригодная для наковок, представляет собой расширяющуюся к верху пирамиду с углом наклона граней от 30^о – 1^о. Пирамида имеет грани с числом сторон 4-12. Грани - вогнутые под большим радиусом.

Слитки производственного объединения «Ижорский завод» им. А.А. Жданова. Имеют вид усеченного конуса.

Резка на кривошипных пресс-ножницах.

Кроме этих слитков в промышленности применяют удлиненные, полые, малоприбыльные слитки, слитки с повышенной конусностью, укороченные с двойной конусностью, трехконусные и др.

Слитки обычно используются для получения крупных кованых наковок, масса которых исчисляется в тоннах, а минимальное сечение превышает 1200 см² (Ø >100 мм, ٱ>350 мм). Слитки редко применяют для объемной штамповки.

Обжатая болванка (блюмы) является заготовкой для средних кованых наковок с площадью поперечного сечения 130…1200 см² или Ø 130…400 мм. Блюмы также используются для крупных наковок. Блюмы в сечении имеют вид показанный на рисунке, стороны квадрата вогнутые, углы закруглены. Размер А= 140…450 мм, длина 1…6 м. ГОСТ 4692-71.

Сортовый прокат является заготовкой для большинства штампованных наковок. Из него изготавливают также мелкие кованые наковки сечением 20…130 см². Поперечное сечение обычно круглое или квадратное. Круглое сечение имеет размеры 5…250 мм (ГОСТ 2590-71), квадратное также от 5 до 250 мм (ГОСТ 2591-71). Длина сортового проката 2…6 м.

Кроме обжатой болванки и сортового проката для объемной штамповки используют профильный прокат:

прокат периодического профиля:

и полосовую заготовку:

Сортовой прокат используют для большинства штампованных и мелких кованых поковок. Длина прутков составляет 2…6 м. Поперечное сечение горячекатаного проката может быть квадратное (ГОСТ 2591—88) или круглое (ГОСТ 2590—88). Размеры поперечного сечения (диаметр, сторона квадрата) устанавливаются этими стандартами и по сортаменту составляют: 5; 6; 8; 10; 12; 15; 18; 20; 22; 24; 25; 26; 28; 30; 32; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 56; 60; 65 70; 75; 80; 85 90; 95; 100; 105 110; 120; 125; 130; 140; 150; 160; 170; 180; 190; 200; 210; 220; 240; 250 мм.

Пример обозначения проката квадратного сечения из Стали 45 при стороне квадрата 60 мм и круга диаметром 60 мм из Ст 3:

Оборудование для ковки

 

В процессе ковки ковочное оборудование выполняет две основ­ные функции: создание энергии, необходимой для деформирования заготовки, и перемещение верхнего бойка.

Ковочное оборудование, как и штамповочное, в зависимости от характера и времени воздействия на заготовку подразделяется на молоты и прессы. На молотах и на прессах нижний боек закрепляется в основаниях, а верхний боек перемещается рабочими ча­стями. Молоты имеют большую скорость (см. рис. 3.14, с.49) рабочих частей (v _mах ≤ 20 м/с) и деформируют заготовку в течение 0,01—0,001 с, т. е. наносят по заготовке удар. Гидравлические прессы имеют сравнительно небольшую скорость рабочих частей (v _mах ≤ 0,3 м/с) и деформируют заготовку в течение 0,1—100 с и более, т. е. оказывают на нее статическое воздействие. Для ковки применяют преимущественно два типа молотов: пневматический и паровоздушный ковочный молот.

3.6.1. Пневматический ковочный молот (рис. 3.25) служит для получе­ния мелких и простых по форме средних поковок. Молот имеет два вертикально расположенных цилиндра: рабочий 6 и компрессорный 9. В компрессорный цилиндр из окружающей атмосферы поступает воздух, который подвергается попеременному сжатию и разряжению при возвратно-поступательном движении поршня 8 компрессора.

 

Поршень компрессора получает возвратно-поступатель­ное движение от шатуна 11, сидящего на кривошипном валу 12. Последний приводится во вращение электродвигателем 14 через редуктор 13. Компрессорный цилиндр сообщается с рабочим двумя переходными кранами 7. При движении поршня компрессора вверх сжатый воздух поступает в верхнюю полость рабочего цилиндра и давит на поршень 5, который под действием силы давления воздуха и силы тяжести собственного веса перемещается вниз. При движении поршня компрессора вниз сжатый воздух поступает под кольцевую поверхность поршня рабочего цилиндра и поднимает его вверх. Поршень рабочего цилиндра жёстко соединяется с бабой молота 4. К бабе с помощью ласточкина хвоста крепится верхний боек 3. Все узлы и детали молота, смонтированы на литой пустотелой станине 10. Поршень, баба и верхний боек называются в данном случае падающими частями молота. Перемещаясь вниз, падающие части наносят удары по заготовке, расположенной на нижнем бойке 2, который закреплен в основании молота (шаботе) 1. При работе молота число ударов равно числу оборотов кривошипного вала. Молот управляется педалью или рукояткой. Скорость движения падающих (рабочих) частей молота, а следовательно, и энергия удара зависят от силы нажима на педаль или рукоятку.

Пневматические молоты, имеющие индивидуальный привод от электродвигателя, устанавливаются как в кузнечных цехах заводов, так и в ремонтных мастерских и имеют очень широкое применение. Пневматические молоты изготавливаются в соответствии с ГОСТ 712—75 семи типоразмеров с массой падающих частей от 50 до 1000 кг.

3.6.2. Паровоздушный ковочный молот (рис. 3.26) служит для получения средних поковок массой до 2 т. Молот имеет станину, состоящую из одной или двух стоек 5, 12, на которой смонтированы все узлы и механизмы молота.

 

 

В верхней части станины устанавливается рабочий цилиндр 8, в котором ходит поршень 7, штоком 6 соединенный с бабой 4. Баба представляет собой массивную деталь, которая вертикально перемещается в направляющих станины 11. К бабе крепится верхний боек 3, Поршень, шток и баба с верхним бойком называются падающими частями молота. Нижний боек 2 через переходную подушку крепится к шаботу 1, не связанному со стойками молота. Шабот представляет собой массивную отливку, вос­принимающую удар. Масса шабота в 15 раз превышает массу па­дающих частей молота. Большая часть шабота находится ниже уровня пола в фундаменте молота.

Энергоносителями, приводящими в движение падающие части молота, могут служить сжатый воздух или перегретый водяной пар с избыточным давлением 0,6…0,8 МПа. В настоящее время большинство машиностроительных предприятий используют пар. Молотом управляет машинист, который по знаку кузнеца перемещает рукоятку управления золотниковым механизмом 13 (см. рис. 3.26)и подаст пар в цилиндр молота по каналам 9. Для подъема падающих частей вверх пар подается в нижнюю, кольцевую полость цилиндра. Для движения падающих частей вниз и нанесения удара по заго­товке пар подается в верхнюю полость цилиндра и оказывает дополнительное силовое воздействие на падающие части молота. Таким образом, стремительное движение падающих частей вниз осуществляется в результате действия двух сил: силы тяжести собственной массы и силы давления пара. Такой принцип работы является характерным для молота двойного действия.

Для регулирования впуска в цилиндр и выпуска из него пара предназ­начено парораспределительное золотниковое устройство. Свежий пар поступает в полость золотника (рис.3.27, а) через отверстие 6 трубопровода. При опущенном золотнике 7 пар по каналу 10 проходит в рабочий цилиндр и поднимает поршень 4 со всеми соединенными с ним ударными частями 1, 2, 3.

Рис. 3.27. Схема работы парораспределительного устройства: 1 – верхний боёк; 2 – баба; 3 – шток; 4 – поршень; 5 – канал подвода пара в надпоршневую полость; 6 – отверстие трубопровода; 7 – золотник; 8 – выхлопная труба; 9 –шток; 10 – канал подвода пара в подпоршневую полость

Пар, находившийся над поршнем в верхней части цилиндра, через канал 5 и осевое отверстие в теле золотника 7 поступает в выхлопную трубу 8. Нажимая тягой шток 9, поднимают вверх золотник 7 и впускают пар по каналу 3 (рис. 3.27, б). В этот момент отработанный пар из-под поршня, выходит наружу, баба опускается. Свежий пар впускается через канал 5 в верхнюю часть цилиндра над поршнем, благодаря чему происходит ускоренное падение бабы.

Паровоздушные штамповочные молоты получают пар из котельных под давлением 700…900 кПа. В очень редких случаях они работают на получаемом от компрессоров под давлением до 700 кПа сжатом воздухе. Скорость движения ударных частей этих молотов в момент удара 7-8 м/с, а количество ударов в зависимости от массы ударных частей.- от 60 до 80 в минуту.

Для автоматизации управления паровоздушным штамповочным мо­лотом и создания необходимых условий для штамповки различных поковок в оптимальном технологическом режиме ЭНИКМашем была разработана специальная установка, в которой требуемая энергия удара обеспечивается перемещением золотника молота вниз и вверх на требуемую величину по командам, подаваемым бабой молота через сигнальную систему. Управление силой удара программируется специальным барабаном с кулачками-упорами, регулировку которых выполняет штамповщик.

Несмотря на простоту конструкции и невысокую стоимость, применение паровоздушных молотов ограничено крупными кузнечными цехами ввиду необходимости группового привода от компрессорной или котельной.

Паровоздушные ковочные молоты изготавливаются по ГОСТ 9752—75 пяти типоразмеров с массой падающих частей от 1000 до 8000 кг.

3.6.3. Гидравлический ковочный пресс служит для ковки крупных поковок массой более 350 кг и до 250 т. На рис. 3.28 изображена простейшая схема гидравлического пресса.

В состав гидропрессовой установки входят гидравлический пресс и его привод, представляющий собой систему насосов, распределительных, регулирующих и вспомогательных устройств

. Гидравлические ковочные прессы для ковки поковок массой до 2 т изготавливаются по ГОСТ 7284—70 семи типоразмеров с номинальным усилием от 2 до 31,5 МН (200…31500 тс). Для ковки поковок с большей массой применяются нестандартные гидравлические ковочные прессы с большим усилием.

Станина пресса состоит из двух неподвижных поперечин верхней 6 и нижней 2, соединенных четырьмя колоннами 3 в жесткую раму. На станине устанавливаются все узлы пресса. Главным узлом гидравлического пресса является рабочий цилиндр 5, закрепленный в верхней поперечине 6. В верхнюю часть цилиндра по трубопроводу 9 поступает рабочая жидкость. Под давлением рабочей жидкости плунжер 7 перемещается вниз. Вместе с плунжером перемещается вниз подвижная поперечина 5, ккоторой крепится верхний боек 10. В процессе дефор­мирования плунжер передает на заготовку усилие Р _пр, создаваемое давлением рабочей жидкости. Усилие гидравлического пресса без учета потерь определяется по формуле

где р _Р — давление рабочей жидкости, равное 32 МПа и более; F _пл—• поперечное сечение плунжера. Нижний боек 11 крепится в нижней поперечине 2. Для подъема подвижной поперечины вверх после совершения рабочего хода служат возвратные цилиндры 1,закрепленные в нижней поперечине 2. Рабочая жидкость, поступая снизу в возвратные цилиндры 1, давит на плунжеры 4 и выталкивает их из цилиндров вверх, поднимая подвижную поперечину 5.

При ковке крупных поковок используют тяжелые заготовки. Для перемещения их в процессе ковки применяются различные механизмы. Наиболее удобным современным механизмом является напольный рельсовый манипулятор (рис. 3.29).

С помощью манипулятора заготовку загружают в печь, извлекают из печи, подают к молоту или прессу, перемещают между бойками в процессе ковки и складируют готовые поковки. Манипулятор представляет собой самоходную тележку 2, перемещающуюся по рельсовому пути 1, на которой установлена поворотная платформа 3 с хоботом 5. На свободном конце хобота имеется клещевидное захватывающее уст­ройство 6. Захватывающее устройство зажимает слиток или заго­товку. Тележка 2 перемещает платформу с хоботом к прессу и от него. Платформа вместе с хоботом вращается вокруг вертикальной оси. Хобот с заготовкой перемещается вверх и вниз, а также может поднимать и опускать заготовку под некоторыми углами (различные положения оси хобота показаны пунктиром).Кантовка заготовки в процессе ковки осуществляется за счет поворота захваты­вающего устройства вокруг горизонтальной оси. Для поддержания хобота в устойчивом положении и для смягчения ударов во время работы служит механизм подвески 4.Рабочее место оператора на­ходится на платформе 3.

Холодная объемная штамповка

Холодная объемная штамповка представляет собой один из способов точной штамповки. Чаще холодная штамповка применяется как завершающая операция при получении деформированных заготовок.

3.11.1. Отделочные операции поковок / из Шестакова, с 35/… После горячей объемной штамповки поковки подвергают завершающим и отделочным операциям: обрезке облоя и пробивке отверстий, термической обработке, очистке от окалины, а иногда правке и калибровке.

Обрезку облоя и пробивку выполняют в штампах в холодном или горячем состоянии. Поковки, штампуемые на молотах с массой падающих частей 1,5 т и выше, обрезают только в горячем состоянии.

Поэтому при горячей обрезке обрезной пресс находится рядом с основной штамповочной машиной и работает с ней в одном агрегате. Холодную обрезку производят в обрезном отделении, в котором находится несколько обрезных прессов.

Штампы для обрезки, правки и калибровки. Холодную обрезку облоя и пробивку перемычек (пленок) с целью образования отверстий производят в обрезных штампах. Штамп для обрезки облоя показана на рис. 3.46. При обрезке облоя режущим инструментом является матрица а при пробивке отверстия — пуансон. Простой обрезной штамп (рис. 3.46) состоит из матрицы 2 и пуансона 3. Матрицу крепят клином 13 к башмаку 1, а пуансон — клином 8 к державке 5 штампа, которую, в свою очередь, клином 6 (или винтом) крепят к ползуну пресса 7. Башмак болтами или болтами с прижимными планками устанавливают на плиту 11, закрепленную на столе 12 пресса. Штамп имеет жесткий съемник 4, обеспечивающий снятие облоя 9 с пуансона после обрезки поковки 10.

Аналогично устроен и штамп для пробивки. Горячую обрезку облоя и пробивку пленок выполняют также в штампе последовательного действия, в котором обрезной и пробивной инструменты устанавливаются рядом, или комбинированном, в котором обрезка облоя совмещается с пробивкой (рис. 3.47).

Для поковок простой формы матрицы делают цельными, а для сложной — составными из двух и более секций. Для правильной работы обрезных штампов между матрицей и пуансоном должен быть зазор δ=0,3… 1,5 мм в зависимости от размера поковки Для многократного восстановления режущей кромки на матрице делают поясок высотой 5 …8 мм

На рис. 3.48 показана схема обрезного и пробивного штампов, несколько отличающиеся от приведенных на рис. 3.44и 3.45.

Рис. 3. 48 Схемы обрезного (а) и пробивного (б) штампов /Шест-в, с36/:

1— нижняя плита, 2 — съемник, 3 — заусенец (облой) при обрезке или перемычка (внутренний облой) при пробивке, 4 — пуансон, 5 — поковка,

6 — матрица

Обрезной штамп (рис. 3,48, а) состоит из обрезной матрицы 6, пуансона 4, нижней плиты 1, съемника 2. Кроме того, штамп может иметь пуансанодержатель, крепежные и регулировочные болты и другие части. Поковку 5 укладывают на матрицу и движением пуансона проталкивают через нее. При этом срезают заусенец (облой) 3. Здесь режущим инструментом является матрица 6, а проталкивающим—пуансон 4. При обрезке облой может остаться на пуансоне. Для его снятия в этом штампе предназначен жесткий съемник 2.

Схема пробивки перемычки для образования отверстия в штампованной поковке показана на рис. 3.48, б. Поскольку тол­щина перемычки значительно больше толщины облоя, пробивку чаще всего осуществляют в горячем состоянии. Для повышения производительности используют штампы для обрезки облоя, совмещенной с пробивкой перемычки (см. рис. 3.47).

После обрезки облоя и пробивки перемычки поковки подвергают термической обработке, в результате которой устраняется неоднородность структуры металла, снижаются остаточные напряжения, улучшается обрабатываемость резанием и обеспечиваются требуемые эксплуатационные свойства деталей.

Очистка от окалины сводится к удалению последней с поверхности поковок. Для этой цели существуют несколько способов, нашедших широкое распространение в промышленности.

Травлением в подогретых до определенной температуры растворах кислот (серной, реже соляной) очищают от окалины крупногабаритные поковки сложных форм. При этом кислота проходит через трещины в слое окалины и вступает в реакцию с металлом, образуя рыхлую пленку железного купороса между металлом и окалиной. Эта пленка распирает окалину, которая растрескивается и удаляется с поковки. Затем поковки промывают горячей водой, нейтрализуют щелочным раствором и вновь промывают водой при температуре 70…80 °С. Травление—дорогой, но высококачественный способ очистки поковок от ока­лины.

Галтовкой очищают от окалины простые по форме поковки без отверстий небольшой и средней массы. В барабан, вращающийся вокруг своей горизонтальной или наклонной оси, загружают поковки вместе с шариками, чугунными литыми звездочками и сухими опилками. При вращении поковки шарики и звездочки ударяются о поковку и окалина отскакивает.

Недостаток галтовки — большой шум, который ее сопровождает. Производительность одного барабана—до 4…6 т/ч.

Дробеметной очисткой удаляют окалину с мелких и среднегабаритных поковок сложных форм. Очистка заключается в пневматической или механической подаче потока чугунной дроби (иногда проволочной сечки) на очищаемые поверхности поковок.

Часто при пробивки отверстия в поковках и обрезки облоя, а также при термической обработке происходит изменение геометрической формы и искажение размеров поковки (коробление). Для устранения этих искажений производят правку и калибровку поковок. Правка—устранение искаженной формы поковки пластическим деформированием. С по­мощью правки исправляют искривление (коробление) поковок. Правят поковки в горячем и холодном состояниях.

Калибровка используется для улучшения качества поверхности и повышения точности форм и размеров поковок. Калибровка проводится в калибровочныех штампах. При этом за счет пластической деформации поверхности поковки повышается точность размеров поковки, а также снижение шероховатости поверхности. В отдельных случаях калибровка может заменить обработку резанием. Широкое распространение калибровка получила в массовом и крупносерийном производстве стальных поковок. Различают калибровку плоскостную (рис. 3.49 а) и объёмную (рис. 3.49 б).

Для объемной калибровки ручьи в штампе имеют размеры поковки без облоя Такие штампы имеют точные направляющие колонки и втулки во избежание смещения верхней половины штампа относительно нижней. Штамп для плоскостной калибровки (рис 3.50) имеет верхнюю и нижнюю плиты / и переходники 2, на которых монтируют калибровочные плитки 3.

Правочные штампы предназначены для исправления искривлений и коробления поковок, возникших при штамповке, обрезке облоя, термической обработке и т п Правочный ручей без облоиной канавки для холодной правки изготовляют по номинальным размерам поковки для горячей " по чертежу горячей поковки с несколько меньшей усадкой. Со стороны поверхностей поковки, не подвергающихся обжатию, ручей делают открытым, что облегчает его изготовление и удаление поковки

Для улучшения качества поверхности и повышения точности размеров поковок используют калибровочные штампы Для объемной калибровки ручьи в штампе имеют размеры поковки без облоя. Такие штампы имеют точные направляющие колонки и втулки во избежание смешения верхней половины штампа относительно нижней. Штамп для плоскостной калибровки (рис 3.50) имеет верхнюю и нижнюю плиты 1 и переходники 2, на которых монтируют калибровочные плитки 3.

Прессование

Прессование— процесс придания деформируемому металлу заданной формы путём его выдавливания из замкнутого объёма через отверстие, контейнера, сечение которого меньше площади поперечного сечения исходной заготовки. Прессованием получают изделия с разнообразными формами поперечного сечения.

Для получения прутковых изделий (рис. 3.51, а) исходную заготовку 3 укладывают в полость контейнера 4. Давление пресса передается на заготовку пуансоном 5 через пресс-шайбу 6. При этом металл заготовки выдавливается в отверстие матрицы 1, укрепленной в матрице-держателе 2. При прессовании трубы (рис. 3.51, б) пуансон 5 с пресс-шайбой 6 выдавливает металл заготовки 3 из контейнера 4 в зазор, образованный матри­цей 1, укрепленной в матрицедержателе 2, и иглой 7, т. е. толщина стенки трубы соответствует величине зазора.

Существенной особенностью прессования является то, что деформируемый прессованием металл оказывается в условиях всестороннего сжатия. Такое напряжённое состояние прессуемого металла обеспечивает более благоприятные условия прессования, чем при других видах обработки. Поэтому подвергнуть прессованию можно и низко­ пластичные металлы и сплавы, которые практически не обрабатываются при других видах обработки давлением. Процесс прессования чаще всего осуществляют при высоких или повышенных температурах. Однако при использовании высокопрочных инструментальных сталей и специального оборудования прессование можно осуществлять и без нагрева заготовок. В соответствии с видом взаимного перемещения прессуемой заготовки и контейнера различают прессование с прямым, боковым, обратным или совмещённым истечением.

 

Рис. 3. 51 Схемы прессования (Зорчев): 1 – матрица; 2 – матрицедер-жатель; 3 – деформируемый металл; 4 – контейнер; 5 – пуансон; 6 – пресс-шайба; 7 - игла

Холодное прессование (выдавливание). В настоящее время холодное прессование все шире внедряется в производство мелких и средних деталей, которые до недавнего времени изготавливали только обработкой резанием. Форма деталей, получаемых холодным выдавливанием, весьма разнообразна (рис. 3.52). Детали, изготовленные этим методом, имеют точные размеры, чистую поверхность, не требуют обработки резанием и только в некоторых случаях проходят чистовую обработку. Кроме того, в процессе холодного выдавливания детали упрочняются. Это дает возможность заменить более дорогие сплавы на более дешевые, которые за счет упрочнения получают повышенные механические свойства. Одним из недостатков процесса является потребность в приложении больших удельных давлений до 25 МПа, что отрицательно влияет на стойкость инструмента и ограничивает область применения холодного выдавливания сравнительно небольшими по массе и габаритам изделиями.

 

Рис. 3.52 Примеры деталей, полученных холодным выдавливанием

Наиболее распространено прессование с прямым истечением, которое применяется для получения как сплошных, так и полых профилей.

Деформирование при прессовании идет в закрытом штампе (контейнере) и осуществляется по нескольким схемам (рис. 3.53). При прямом прессовании (рис. 3.513, а) металл течет через отверстие в матрице 2 в направлении движения пуансона 1. Отросток детали получает форму поперечного сечения отверстия, а оставшийся в матрице объем металла оформляется пуансоном и формой дна матрицы. Если на торце пуансона имеется стержень, входящий в отверстие матрицы, то деталь будет иметь сквозное отверстие (рис. 3.53, б). Обратное прессование также применяется для получения сплошных и полых тел. Процесс когда металл течет в направлении, обратном движению пуансона, называется обратным выдавливанием (рис. 3.53, в и г). При боковом выдавливании (рис. 3.53, д) металл вытекает в отверстие, расположенное в боковой поверхности разъемной матрицы. Если металл течет одновременно и вверх и вниз, то такое выдавливание называется комбинированным (рис. 3.53, е).

Поскольку пластическая деформация при выдавливании идет в условиях всестороннего сжатия, то возможно ведение процесса с очень большими степенями деформации ε (в %), которые характеризуются отношением разности площади поперечного сечения исходной заготовки F о и площади поперечного сечения выдавленной части детали к площади F поперечного сечения выдавленной части детали:

 

Рис. 3.53 Схемы процессов холодного выдавливания

 

Так, при прямом выдавливании стали ε = 60…95 %,а при обратном ε — 40 …75 % (верхние пределы относятся к малоуглеродистым сталям, а нижние—к средне- и высокоуглеродистым). При выдавливании алюминиевых сплавов е приближается к 100 %.

Исходным материалом для холодного выдавливания служат прутки круглого сечения, проволока в бунтах, полосы и лента в рулонах. Прутки и проволоку режут на заготовки чаще всего в специальных штампах на кривошипных прессах общего назначения.

Штампы для холодного выдавливания изготавливаются универ­сальными, предназначенными для штамповки группы однотипных деталей, с быстрой заменой рабочих элементов. В штампах должно быть обеспечено хорошее направление рабочих частей. Наиболее распространены штампы с направляющими колонками и втулками.

Стенки матриц при выдавливании сталей испытывают высокие удельные давления до 100 МПа. Для повышения прочности и надежности матрицы делаются многослойными, состоящими из нескольких цилиндров (2, 3, 4), причем каждый больший цилиндр одет на меньший с натягом.

Зазоры между пуансонами и матрицами при прямом выдавливании делают по возможности минимальными во избежание образования торцового заусенца.

К оборудованию, применяемому для холодного выдавливания, предъявляются высокие требования. Механические прессы должны иметь высокую точность направления ползуна и жесткость всей конструкции, что обусловлено повышенными требованиями к точности выдавливаемых заготовок. Прессы должны иметь выталкиватель с усилием в 10—15 % от усилия пресса и с большим ходом.

Для холодного выдавливания используют чеканочные кривошипно -коленные прессы Барнаульского завода и кривошипные прессы общего назначения с усилиями 16 и 25 МН (1600…2500 тс). Основным оборудованием для прессования являются гидравлические прессы.

 

Прокатка

Прокатка — процесс, при котором заготовка под действием сил трения втягивается в зазор между вращающимися валками и пластически деформируется ими. Область применения прокатанного металла огромна: непосред­ственно в конструкциях (мостах, зданиях, железобетонных конст­рукциях, железнодорожных путях, станинах машин и т. д.), в ка­честве заготовки для изготовления деталей в механических цехах и заготовки для последующей ковки и штамповка.

3.14.1. Продукция прокатного производства. Форма поперечного сечения прокатанного изделия называется его профилем. Совокупность различных профилей разных размеров называется сортаментом. Сортамент прокатываемых профилей разделяют на четыре основные группы: сортовой прокат, листовой, трубы и специальные виды проката.

Профили сортового проката (рис.3.61, а) подразделяют на две группы: простой геометрической формы (квадрат, круг, шести­гранник, прямоугольник) и сложной — фасонной формы (швел­леры, двутавровые балки, рельсы, уголки и т. д.).

Цветные металлы и их сплавы прокатывают преимущественно на простые профили — круглый, квадратный, прямоугольный.

 

Рис.3.61 Профили сортового проката (а) и примеры периодического проката (б)

Листовой прокат из стали и цветных металлов используют в различных отраслях промышленности. В связи с этим листовую сталь, например, делят на электротехническую, судостроитель­ную, котельную, автолист (для изготовления деталей в автомо­бильной и тракторной промышленности), жесть для консервной промышленности и т. д. Кроме того, листовую сталь разделяют на тонколистовую (тол­щиной 0,2…4,0 мм) и толстолистовую (толщиной 4,0…160 мм). Листы толщиной менее 0,2 мм называют фоль­гой. Броневые плиты имеют толщину до 550 мм. Цветные металлы и сплавы прокатывают в виде листов и лент различных размеров и толщиной 0,2—25 мм.

Трубы стальные разделяют в основном на бесшовные диамет­ром 30—650 мм и сварные диаметром 10 — 1420 мм. Кроме того, стальные трубы различают по назначению.

В качестве примера специальных видов проката можно указать на колеса, кольца, зубчатые колеса, периодические профили и т. п. Периодические профили представляют собой заготовку, форма и площадь (рис.3.61, б) поперечного сечения которой периодически изменяется вдоль оси.

3.14.2. Схемы прокатки. Основными видами прокатки являются продольная, поперечная и поперечно-винтовая.

При продольной прокатке (рис. 3. 62, а) валки 1 вращаются в разные стороны; заготовка 2, получая поступательное движение, обжимается ими с уменьшением площади поперечного сечения и увеличением длины. Этим способом изготовляют около 90 % всей катаной продукции — заготовки, сортовой прокат, листы, полосы и ленты.

При поперечной прокатке (рис. 3. 62, б) валки 1 вращаются в одну сторону. Прокатываемая между ними заготовка 2, получая вращательное движение, деформируется в поперечном направлении. Этим способом полу­чают, например, цилиндрические шестерни с накатанными зубьями, фасонные профили и другие изделия.

При поперечно-винтовой прокатке (рис. 3. 62, в) валки I расположены под углом друг к другу и вращаются в одну сторону. Прокатываемая между ними заготовка 2, получая одновременно вращательное и поступательное движения, втягивается в зазор между валками и деформируется ими. Этот способ применяют в производстве бесшовных труб, когда заготовка прошивается прошивнем 3 на неподвижной оправке, и периодических профилей, т. е. профилей с меняющимся по длине сечением.