Характеристика различных способов литья
Таблица 1
Примечание: Оценка характеристик способов литья приведена по 5- бальной системе,[7] Таблица 2
Штамповка
Штамповкой называется способ обработки металлов давлением, прикотором необхоимые формы в трех измерениях придаются нагретой или холодной заготовке при помощи специального инструмента-штампа.
Различают объемную и листовую штамповку. Рассмотрим объемную штамповку.
Объемную штамповку осуществляют при различных температурах исходной заготовки и в соответствии с температурной делят на холодную и горячую. Горячая объемная штамповка имеет больщее распространение по сравнению с холодной.
Различают объемную штамповку в закрытых и открытых штампах. При штамповке в закрытых штампах предъявляются высокие требования к точности объема исходной мерной заготовки, так как закрытые штампы не имеют облойных канавок для компенсации излишков металла. Закрытые штампы подвергаются более быстрому износу по сравнению с открытыми. Вместе с тем, расход металла при штамповке в закрытых штампах меньше, а макроструктура поковок лучше, чем в открытых штампах. Штамповка в закрытых штампах наиболее эффективна для получения поковок из дорогостоящих сплавов, таких как высоколегированные стали, сплавы цветных металлов. В остальных случаях чаще применяют штамповку в открытых штампах. Холодная объемная штамповка применяется реже. В основном, таким образом изготовляют мелкие заготовки и детали из пластичных цветных сплавов и малоуглеродистой стали, [7, с 19]
В качестве оборудования при объемной штамповке используют штамповочные молоты, штамповочные прессы и горизонтально—ковочные машины(ГКМ) В последнее время наметилась тенденция к замене штамповочных молотов на прессы. Так, молоты с массой падающих частеи до 10 т успешно заменяются кривошипными горячештамповочными прессами (КГШП) с усилием 5-100MH, КПД прессов примерно в 2 раза выше, чем у молотов. Штамповка на прессах в 1,5-3 раза производительнеечем на молотах. И ее легче механизировать и автоматизировать. Крупные паковки кассой до 5т. Получают с помощью гидравлических прессов с усилием до 750 MH. Машины ГКМ позволяют использовать штампы с 2 плоскостями разъема и предназначены для полученияпоковок типа стержней сложной формы путем высадки[7, с.9].
Составление матрицы влияние факторов на выбор заготовки.
Исходя из рассмотренных возможных способов получения заготовки, наиболее оптимальные (соответствующие форме детали и свойствам материала способы – это центробежное литье и объемная горячая штамповка. Составляем матрицу влияния факторов на выбор заготовки (Таблица 3).
Матрица влияния факторов на выбор заготовки
Таблица 3
Выбираем горячую объемную штамповку.
Разработка технологии изготовления заготовки и детали с выбором оборудования и инструмента. Технология горячей объемной штамповки:
Технологический процесс ГОШ отличается значительным разнообразием и определяется выбором самого изделия и применяемым оборудованием. Технологический процесс зависит от формы поковки,[10].
Деталь – ступица.
Штамповочное оборудование – горизонтально ковочная машина (ГКМ) позволяет получить отверстие в заготовке, [12].
Горизонтально-ковочные машины (ГКМ), представляют собой механический пресс, расположенный в горизонтальной плоскости. ( Рис.1.)
Рис. 1. Кинематическая схема горизонтально-ковочной машины.
Главный ползун 6 машины, несущий пуансон 7, приводится движение от
кривошипного вала 4 через шатун 5. Движение подвижной щеки вместе с под-
матрицей 10 осуществляется от бокового ползуна 12 системой рычагов 11. Сам боковой ползун приводится в движение с помощью кулачков 13, сидящих на кривошипном валу 4. Движение на привод передает мотор 1 через клиноременную передачу 2 и маховик 3,[12].
Штампы горизонтально-ковочной машин состоят из трех частей: неподвижной матрицы 9, подвижной 10 и пуансона 7, раскрывающихся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, что позволяет штамповать сложные поковки. Матрицы 9 и 10 имеют вертикальную плоскость разъема. Главный ползун 6 и боковой 12 горизонтально-ковочной машины в отличии от кривошипных пресс осуществляет движение в горизонтальном направлении, [12].
В отличие от штампов молотовых и прессовых, штампы для ГКМ имеют два взаимно перпендикулярных разъема и могут быть открытыми и закрытыми. Наличие двух разъемов в штампе создает лучшие условия для выполнения высадочных работ и позволяет получать поковки, как правило, без штамповочных уклонов. Поковки получаемые на горизонтально-ковочных машинах, обычно имеют форму тел вращения. Высокая точность штампованных поковок (4-5-й классы) позволяет сократить их механическую обработку на 60—75 % и приблизить их по форме и размерам к окончательно изготовляемым деталям, [12].
Для получения катка необходима штамповка с одновременной прошивкой отверстия (операция для поучения сквозного отверстия катка) (рис.2).
Рис.2. Штамп ГКМ для получения поковки с отверстием.
Заготовкой является цилиндрический пруток, который после нагрева закладывается в ручей 1 (заготовительный — для получения полуфабриката) штампа и, будучи зажатым матрицами, деформируется верхним пуансоном.
Деформированию подвержена часть заготовки, которая выступает из зажимной части ручья( Часть поверхности плашка, которая формирует поковку). В первом ручье производят набор материала вследствие того. Полученный в ручье 1 полуфабрикат переносится в ручей 2 (штамповочный предварительный – для оформления наружного контура), после деформирования в котором поковка получает вид B; в этом ручье, в отличии от ручья 1, где набор металла происходит в полости матрицы, формирующая полость находится и в матрице, и в пуансоне. В ручье 2 поковки оформлена по наружному контуру с наметкой отверстия. В ручье 3(штамповочный окончательный ) происходит прошивка отверстия, диаметром пуансона равным диаметром прутка, после чего получается готовая деталь С. Прошивка осуществляется нижним пуансоном с помощью прошивной вставки 4. закрепленной в матрице. Благодаря прошивке деталь отделяется от прутка, [12].
Штамповка на горизонтально-ковочных машинах характеризуется высокой производительностью, возможностью изготавливать поковки сложной конфигурации без напусков; малыми отходами металла точностью размеров и чистотой поверхности и удобством работы, [12].
Последовательность получения заготовки:
1.Транспортировка проката со склада. Проката подбирается с учетом припусков. Припуск – это предусмотренное одностороннее увеличение размера заготовки по сравнению с наименьшим размером детали, обеспечивающее после обработки резанием требуемые, проставленные на чертеже размеры детали и шероховатости по поверхности, [8, с.7]. необходимо предусмотреть припуск на обработку резанием и снятие окалины.
2. Резка проката на мерные заготовки на пресс-ножницах. Отрезка на пресс-ножницах (рис.3,а) – наиболее дешевый и высокопроизводительный способ разделки прутков на мерные заготовки в массовом производстве,[5].
Рис. 3. - Схема отрезки заготовок на пресс—ножницах (а) и нож для разделки прутков (б): 1 - роликовый конвейер, 2 — заготовка, 3 - прижим‚ 4,6 - верхний и нижний ножи, 5 - упор, 7 - лоток.
Сущность этого способа состоит в следующем. Заготовку 2 по роликовому конвейеру 1 продвигают до регулируемого упора 5. Длина отрезаемой заготовки определяется положением упора 5. Прижим 3 с большим усилием Pпр прижимает заготовку к нижнему неподвижному ножу 6, закрепленному на станине пресса,[5].
После этого верхний нож 4, двигаясь вниз, с усилием Ротр отрезает от прутка мерную заготовку. В процессе отрезки ножи сначала пластически внедряются в заготовку; в местах контакта последней с режущими кромками ножей возникают скалывающие встречные трещины; когда трещины сливаются‚ происходит скалывание металла. Заготовка отделяется от прутка без отходов и падает на наклонный лоток 7, по которому соскальзывает в тару. В течение всего процесса отрезки прижим удерживает заготовку от перемещения и предотвращает ее опрокидывание‚ возможное вследствие воздействия усилия отрезки, [5].
Нагрев заготовки газопламенным способом до температуры горячей деформации (1300°С). Рабочее пространство камерной печи (Рис.4) Нагревается путем передачи тепла конвекцией и излучением из окружающего пространства нагревательной камеры до необходимой и контролируемой температуры сжиганием газообразного топлива,[3].
Рис.4. Камерная нагревательная печь: 1 – под печи, 2 – заготовки. 3 – форсунки, горелки, 4 – окно загрузки-выгрузки заготовок. 5 – дымоход.
4. Заготовку закладывают в неподвижную матрицу и проводят штамповку с одновременной прошивкой отверстия (Рис.1, рис.2).
5. Очистка поковок от окалины. Очистку можно проводить в дробеметных установках (Рис.5). Дробеметная очистка заключается в использовании кинетической энергии чугунной или стальной дроби диаметром 0,5…2 мм, которая из дробеметного аппарата вылетает с большой скоростью, сильно ударяется о поверхности поковок и сбивает окалину, [4].
Рис.5. Схема дробеметной установки для удаления окалины.