Определение материальных затрат.

    Определение массы поковки и массы исходной заготовки под штамповку. Определение размеров исходной заготовки. Оценка К_в.т., К_в.г. и КИМ.

Эскизирование штамповочных переходов и  эскиз истового ручья с поковкой.

Расчет усилия деформирующего оборудования.

Краткое описание основных операций технологического процесса штамповки (или ковки).

  Настоящая методическая работа, в основном, рассчитана на проектирование поковок, получаемых на штамповочных молотах, КГШП и ГКМ. В виде исключения даются индивидуальные задания (и соответствующий методический материал к ним) по проектированию кованных заготовок или заготовок, при получении которых рекомендуется использовать специальные методы ОМД. Их перечень и эскизы приводятся в приложении.

Состояние вопроса.

К основным видам ОМД относятся прокатка, прессование, волочение, ковка и штамповка объемная и листовая.

Основной продукцией заготовительного производства кузнечных цехов являются поковки, получаемые ковкой или объемной штамповкой. Исходной заготовкой для ковки являются слитки или сортовой прокат, а для объемной штамповки – мерные заготовки, получаемые из сортового проката, периодический прокат, а также специальные заготовки, например, после ковочных вальцов,  электровысадки и др. (см. приложение).

Процесс ковки используется в единичном или мелкосерийном производстве. Заготовки имеют большие припуски и напуски с большим полем допуска. Он малопроизводителен и состоит из последовательности операций (осадка, протяжка, и т.д.), которые, кстати, имеют место и в заготовительных ручьях штампов. Ковка – единственный процесс для получения крупных поковок массой до 250 т.

Процесс штамповки используется в серийном и массовом производствах для заготовки с максимальной массой 300-400 кг. По сравнению с ковкой штамповка дает точные поковки, более производительна, но требует более дорогого оборудования и штамповочного оснащения.

На приведенном примере сопоставления заводской себестоимости при изготовлении детали типа «рычаг» видно, что из двух видов ОМД –ковки и штамповки, последнюю выгодно применять при числе деталей в парии N>81 шт (рис. 6).

   Точные методы ОМД, например, холодная объемная штамповка, листовая штамповка и др., которые дают практически готовые детали в заготовительном производстве обычно не рассматриваются, но они представляют хороший образец прогрессивных процессов.

Формирование структуры деформируемой заготовки.

Заготовки,получаемые методами ОМД, по сравнению с отливками обладают более высокой прочностью благодаря более плотной, мелкозернистой и волокнистой структуре металла. Она анизотропна: вдоль волокон прочность несколько выше, чем поперек волокна. Поэтому волокна рекомендуется располагать вдоль действующих на деталь растягивающих напряжений, наиболее опасных, приводящих к катастрофическому (т.е. неожиданному) разрушению.

Рис. 6. Зависимость себестоимости детали типа «рычаг» от числа деталей в партии при получении ее разными способами

Направление волокон зависит от вида деформации. Этот фактор необходимо учитывать при выборе метода штамповки. Рассмотрим это на примере получения заготовки типа ступенчатого валика с диаметрами d ₁ и d ₂ и длиной l (рис. 7).

Её можно получить разными способами:

1. Точением из прутка d ₁x l, но с большими отходами в стружку. Расположение волокон в заготовке будет такой же, как и в исходном сортовом прокате – вдоль оси (рис.7, а).

2. Сваркой из двух частей d ₁x l ₁ и d ₂x l ₂. В сварном шве будет уменьшенная прочность (рис.7, б).

3. Выдавливанием из матрицы короткой заготовки длиной l _п и диаметром d ₁ на диаметр d ₂ (рис.7, в). Направление пластического течения металла (показано стрелками) в этом случае будет почти что совпадать с направлением вектора действующей силы Р. Волокна в головке и в стержне заготовки будут расположены вдоль оси, но в стержне анизотропия будет сильнее. Назовем этот случай продольным течением или «продольной деформацией».

 

Рис.7. Разные способы получения заготовок:

а) точением; б) сваркой; в) выдавливанием; г) протяжкой;

д) подкаткой; е) высадкой (контур исходной заготовки показан затемнением)

 

  Операция выдавливания требует большого усилия Р.

4. Протяжкой прутка на заданный размер прутка   диаметром    d ₁ и длиной l ₁< l _п< l (рис.7, г). Структура в головной части остается без изменения, а в стержне будет такой же, как в случае (3), т.е. направленной вдоль оси. Назовем этот случай деформации деформацией с поперечным течением или «поперечной деформацией», т.к. направление течения металла почти-что перпендикулярно вектору усилия Р.

5. Подкаткой   из  прутка   диаметром   d ₂< d _п< d ₁  и   длиной l _п< l   (рис.7, д). В данном случае деформация будет также поперечной, но в нижней и верхней частях заготовки степень анизотропии будет приблизительно одинаковой. Усилие деформации, как и в случае " г ", небольшое.

6. Высадкой головки диаметром d, из прутка d ₂ длиной l _п >> l (рис.7, е). Направление течения – продольное, но затем переходящее в радиальное (поперечное). Назовем такую схему деформации «смешанной». Радиальное направление волокна на участке d ₁ будет благоприятно, например, для зубьев шестерни. В этом отношении расположение волокон в " а-г " случаях для шестерни будет неблагоприятным.

Операции высадки имеет ограничения по высоте осаживаемой части: «l ₄/ d ₂<2…2,5» – из-за потери устойчивости (рис.7, е), т.е. пруток при большой длине l ₄ может искривиться (об этом смотри дальше в разделе о штамповке на ГКМ). Эта операция требует промежуточного усилия между 2 и 4 случаями деформации.

Рассматриваемые схемы течения металла, влияющие на формирование волокнистой структуры поковки, во многом зависит от вида выбранного оборудования. Например, при штамповке на молоте легче реализуется поперечная деформация, на КГШП – продольная, а на ГКМ – смешанная и т.д.

Очень хорошая структура получается при использовании специальных видов ОМД, например, при деформации на раскаточных и накаточных машинах, на установках сферодвижной штамповки и др. специальных видах машин (см. Приложение). В частности, при накатке зубьев шестерни волокна располагаются эквидистантно контуру зуба, не перерезаясь. Перерезанные волокна, являются концентратами напряжений. Отсюда можно сделать, например, вывод, что при штамповке ответственных деталей лучше выбрать не открытую, а закрытую штамповку, в которой операции обрезки облоя отсутствуют.