§8.3 Выбор технологического оборудования для ковки.

Необходимое ковочное оборудование определяют по размерам заготовки и схеме операции ковки. Масса падающих частей молота определяется по формуле:

G = 1.5∙10∙Pуд∙V∙ε

где: Pуд – давление прессования [МПа]

V – объем деформируемого металла [м³]

ε – степень деформации за последний удар (0.025 – 0.06 для мелких поковок).

Давление прессования в зависимости от операции:

Pуд = σт ∙ (1 + 0.17 ∙ D/H) (1)

Pуд = V ∙ σт ∙ (1 + 0.17 ∙ L/H) (2)

Pуд = σт ∙ (1 + 0.17 ∙ d/h + 1.1 ∙ l ∙ n ∙ (D/d)) (3)

1. – при осадке; (2) – при протяжке; (3) – при прошивке.

σт – предел текучести металла при температуре деформации [МПа]

D – средний диаметр заготовки после деформации [мм]

H – высота заготовки после деформации [мм]

L – подача при протяжке [мм]

V – коэффициент, учитывающий форму бойков (для плоских бойков 1, для врезных 1.25)

d – диаметр прошивня [мм]

h – толщина отхода [мм]

l – длина прошиваемого отверстия [мм]

n – количество прошивней.

Необходимое для ковки усилие пресса:

P = ψ ∙ Pуд ∙ F

где: ψ – масштабный коэффициент (1 – для малых поковок; 0.4 – 0.5 – для поковок массой 100 – 200 тонн)

F – площадь поперечного сечения заготовки в зоне деформации [м²]

Осадка

П ротяжка

L – величина подачи

Протяжка на оправке

Все поковки по форме поперечного сечения и изменения его по длине, наличию или отсутствию отверстий, прямолинейности и изогнутости главной оси заготовки, классифицируются на 7 групп и 24 подгруппы. В соответствии с принятой классификацией для каждой группы поковок рекомендуются определенные ковочные операции, последовательность которых выбирается по таблицам. Проектирование кованной заготовки см. лит-ру [2].

§ 9. Производство заготовок объемной штамповкой

§ 9.1 Общая характеристика объемной штамповки

При объемной штамповке формообразование заготовки происходит в полости специального инструмента (штампа). Штамповка может производиться в горячем и холодном состоянии. Объемной штамповкой получают поковки разнообразной формы массой от нескольких граммов до 2 тонн. В зависимости от типа штампа различают штамповку в открытых, закрытых штампах и в штампах для выдавливания.

(а) (б)

(в) (г)

Рис.1

а б

Рис. 2

1. – пуансон; 2. – матрица; 3. – поковка; 4. - выталкиватель

Рис. 1.

Стадии штамповки в открытом (а, б) и закрытом (в, г) штамповочных ручьях.

(а) и (в) – начальная стадия процесса

(б) и (г) – конечная стадия

Рис. 2.

Схемы штамповки в штампах для прямого (а) и обратного (б) выдавливания.

Штамповка в открытых штампах характеризуется тем, что зазор между верхней и нижней частями штампа является переменным и уменьшается в процессе деформирования металла (рис. 1 а, б). В зазор вытекает излишек металла, который образует заусенец. Заусенец является нежелательным отходом, однако он необходим для обеспечения полного заполнения ручья штампа.

Штамповка в закрытых штампах отличается тем, что небольшой зазор между верхней и нижней частями штампа в процессе деформирования металла остается постоянным (рис. 1 б, г). Отсутствие заусенцев сокращает расход металла и исключает необходимость в обрезке заусенца. Однако этот тип штампов применяется для сравнительно простых деталей, в основном тел вращения и требует использования точных заготовок из калиброванного проката или предварительно обработанных заготовок.

При штамповке в штампах для выдавливания, расход металла на изготовление поковок снижается до 30%, поковки получаются точные, максимально приближенные по форме и размерам к готовым деталям, производительность труда при механической обработке увеличивается в 1.5 – 2 раза. Поковки имеют высокое качество поверхности, плотную микроструктуру. Точность размеров достигает 12 квалитета. Однако требуется тщательная подготовка заготовок под штамповку, высокая точность изготовления и наладки штампов, использование специальных смазок. Этим способом получают заготовки из углеродистых и легированных сталей, алюминиевых, медных и титановых сплавов. Широкое применение сдерживается высокими удельными усилиями деформации, большими энергозатратами, низкой стойкостью штампов.

По сравнению с ковкой горячая объемная штамповка имеет следующие преимущества:

- возможность изготовления поковок более сложной формы с высоким качеством поверхности (параметр шероховатости по Rz = 20 мкм)

- отделочный метод (Rz = 10 мкм)

- меньше допуски на размеры (при точной штамповке они такие же, как при обработке резанием)

- снижение припусков в 2 – 3 раза

- получение некоторых поверхностей, не требующих обработки резанием

- повышение производительности труда (10 или 100 поковок в час).

Недостатки:

- ограничение по массе получаемых поковок

- дополнительный отход металла в заусенец, достигающий 10 - 30% от массы заготовки

- более высокие усилия деформирования

- штамп значительно сложнее и дороже, чем универсальный инструмент для ковки.

Перспективным направлением является применение штамповки жидкого металла (стали и цветные сплавы). Она занимает промежуточное положение между обычной штамповкой и литьем под давлением. Этим способом получают тонкостенные заготовки, различные по сложности и по массе (до 10 кг), с высокой плотностью металла и повышенными механическими свойствами (заготовки зубчатых колес, фланцы, корпусные детали и крышки, пресс-формы для переработки пластмасс, барабаны и т.д.).

П роцесс заключается в том, что расплавленный в плавильной печи металл заливают в установленный на гидравлическом прессе штамп с ручьем закрытого типа и подвергают давлению до момента полного затвердевания, затем извлекают из штампа.

Процесс требует точного дозирования жидкого металла. Изделие получается без литейных прибылей. Непрерывное сжатие металла во время кристаллизации приводит к заполнению усадочных раковин и пустот. При этом удельное усилие пресса составляют до 500 МН/м² (5 тс/см²). Металл получается более высокого качества, чем в отливках. Поверхность ручья продолжительное время соприкасается с металлом, имеющим высокую температуру, поэтому при обработке стали стойкость ручья получается, намного меньше, чем при обычной штамповке.