Оборудование и технологическая оснастка для ковки и горячей объемной штамповки. Прессование и холодная штамповка. Оборудование и технологическая оснастка
Ковка - один из способов обработки металлов давлением, при котором инструмент оказывает многократное прерывистое воздействие на заготовку, в результате чего она, деформируясь, постепенно приобретает заданную форму и размеры. Ковка, как правило, производят при нагреве металла до так называемой ковочной температуры с целью повышения его пластичности и снижения сопротивления деформированию. Температурный интервал ковки зависит от химического состава и структуры обрабатываемого металла, а также от вида операции или перехода. Для стали температурный интервал 800— 1100 °С. , для алюминиевых сплавов — 420— 480 °С. При ковке используют набор кузнечного инструмента, с помощью которого заготовкам придают требуемую форму и размеры. Основные операции ковки: осадка, высадка, протяжка, обкатка, раскатка, прошивка и др. Ковка является одним из экономичных способов получения заготовок деталей. В массовом и крупносерийном производствах преимущественное применение имеет ковка в штампах, а в мелкосерийном и единичном — свободная ковка.
Различают ковку в штампах и без применения штампов — так называемую свободную ковку. При ковке в штампах металл ограничен со всех сторон стенками рабочей полости штампа и при деформации приобретает форму, соответствующую этой полости. При свободной ковке (ручной и машинной) металл не ограничен совсем или ограничен с одной стороны. При ручной ковке кувалдой или молотом воздействуют непосредственно на металл или на инструмент. Машинную ковку выполняют на специальном оборудовании — молотах с массой падающих частей от 1 до 5000 кг или гидравлических прессах, развивающих усилия 2— 200 Мн (200— 20000 тс), а также на ковочных машинах. Рис. 1 Ковочно-гидравлический пресс с усилием 10 Мн (1000 тc), работающий с двумя манипуляторами
Штамповка Основное назначение процессов штамповки - получение фасонных штучных заготовок штампованных поковок и деталей машин, производство которых по сортаменту (типам, размерам и материалам) исчисляется миллионами штук в год. Существуют следующие процессы штамповок: 1. горячая объемная; 2. холодная объемная; 3. листовая. Эти процессы обеспечивают получение деталей машин, метизных изделий разнообразных форм, размеров и материалов, а также заготовок многообразного сортамента.
Горячая объемная штамповка Под объемной штамповкой понимают процесс, при котором металл заготовки деформируется с изменением всех размеров заготовки, принимая форму рабочей поверхности специального инструмента - штампа. Горячую штамповку ведут в интервале температур, обеспечивающих снятие упрочнения. Преимущества объемной штамповки перед свободной ковкой - прежде всего в значительно более высокой производительности и точности, размеров, а также в лучшем качестве поверхности изделий. Штампы представляют собой массивные толстостенные детали, в которых выполнены рабочие полости - гравюры, формообразующие поковку. Штамп состоит минимум из двух частей - половин. Поверхность совпадения частей штампа называют поверхностью разъема. Штамп, состоящий из нескольких частей, каждая из которых имеет часть общей гравюры, называют многоразъемным.
Штампы подвергаются чрезвычайно высоким нагрузкам - механическим и тепловым. При штамповке стали удельные усилия на поверхности гравюры достигают 1 ГН/м 2, а температура на контакте с поковкой составляет 700 -800 °С, поэтому штампы изготовляют из закаленной и отпущенной штамповой стали, легированной хромом, никелем, вольфрамом, молибденом, ванадием. Стойкость горячих штампов невелика - 3000 -10000 шт. поковок. Учитывая высокую стоимость штампа, следует отметить, что горячая штамповка выгодна только для достаточно больших партий деталей (тысяч и десятков тысяч штук). Штамповку осуществляют на различных машинах: штамповочных молотах, кривошипных горячештамповочных прессах, гидравлических и фрикционных прессах, горизонтально-ковочных и горизонтально-гибочных машинах, ковочных вальцах и др. Из штамповочных молотов наибольшее применение получили паровоздушные молоты двойного действия и приводные фрикционные молоты простого действия.
Приводные фрикционные молоты имеют ряд конструктивных разновидностей. Наибольшее распространение получили фрикционные молоты с доской, масса падающих частей которых до 5 т. Схема фрикционного молота показана на рисунке. Баба 1 прикреплена к деревянной доске 2. Верхняя часть доски входит в зазор между двумя чугунными роликами 3, которые получают вращение от электродвигателя через какую-либо передачу. Ось одного ролика закреплена неподвижно, а ось другого ролика с помощью специального механизма получает возвратнопоступательное движение. Таким образом, подвижный ролик может прижимать доску к ролику с неподвижной осью. Молот имеет тормозной механизм с двумя колодками 4, которым штамповщик управляет с помощью педали 5. Когда педаль отпущена, колодки 4 заклинивают доску, и баба может удерживаться на весу. При непрерывно нажатой педали молот автоматически наносит удары через равные промежутки времени. Рис. 2 Приводной фрикционный молот
Кривошипные горячештамповочные прессы усилием 2 -100 МН, позволяющим производить штамповку в открытых штампах, выдавливанием, прошивкой имеют выталкиватели, с помощью которых поковка автоматически извлекается из штампов. В этом их основное преимущество перед молотами. Кроме того, штамповочные уклоны на поковках с прессов в несколько раз меньше, припуски также меньше, поковки легче. Значительно выше точность поковки, особенно по ее высоте в связи с тем, что ползун имеет жесткий ход. Производительность кривошипного пресса в 1, 5 -3 раза выше производительности молота, так как обработка в одном ручье штампа осуществляется за один ход ползуна, а на молоте - за несколько ударов. Однако следует учитывать, что штамповка на кривошипном прессе имеет и недостатки. Заготовка должна поступать на пресс очищенной от окалины, а подкатку и протяжку на прессе выполнять трудно и неэффективно: эти операции приходится осуществлять на другой кузнечной машине, например молоте, ковочных вальцах.
Горизонтально-ковочные машины (ГКМ) - еще более сложное оборудование, чем КГШП, и имеют штампы, состоящие из трех частей: неподвижной матрицы, подвижной матрицы и пуансона с разъемом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Неподвижная матрица 1 установлена в неподвижной щеке 2, а подвижная матрица 3 - в подвижной щеке 4. Пуансон 5 закреплен на ползуне машины. Пруток 6 вставляют в матрицу 1 и фиксируют упором 7 (рис. а). Рабочий ход начинается с движения щеки 4 с матрицей 3 и ползуна с пуансоном 5. Матрица 3 прижимает пруток к матрице 1, упор 7 автоматически уходит в сторону (рис. б), после чего пуансон 5 начинает высадку части прутка, выступающего за пределы зажимной части матриц. Ползун передвигается на величину хода пуансона до переднего крайнего положения. В это время металл заполняет формующую полость, находящуюся перед зажимной частью матриц (рис. в). Завершающая стадия цикла - движение ползуна в исходное положение, раскрытие матриц и удаление отштампованной заготовки. Рис. 3 Составляющие штампы горизонтально-ковочной машины
Холодная объемная штамповка Холодной объемной штамповкой обрабатывают цветные - легкие и тяжелые металлы, а также стали. Прежде всею этот способ применяют для изготовления массовых изделий небольших размеров: заклепок, гвоздей, болтов, гаек и т. п. Отсутствие нагрева, а следовательно, окалины и тепловых усадок позволяет получать холодной объемной штамповкой точные детали с допусками на размеры порядка сотых и десятых долей миллиметров с чистотой поверхности 6 - 9 -го класса. Исходной заготовкой для холодной объемной штамповки служит калиброванный круглый пруток диаметром от 0, 6 до 38 мм (для метизов) и шайбы, вырубленные из листов. Основная операция при производстве метизов - высадка с истечением металла перпендикулярно к движению инструмента, а оборудованием служат холодновысадочные автоматы производительностью от 30 до 400 деталей в минуту. В зависимости от сложности детали ее изготовляют за один или несколько переходов (ударов автомата).
Наряду с высадкой в холодной объемной штамповке широко используется процесс выдавливания (прессования, экструзии), т. е. истечения металла по оси движения инструмента. Холодным объемным выдавливанием изготавливают фасонные изделия массой от 1 г до 35 кг, диаметром до 216 мм и длиной до 1500 мм. При этом минимальная толщина стенки может достигать 0, 1 мм. Процесс особенно эффективен для массового производства, например тюбиков, корпусов снарядов, гильз, деталей автомашин, велосипедов. Некоторые типичные формы изделий показаны на рисунке. Для холодного выдавливания применяют Рис. 4 Формы изделий, получаемые прессы механические, фрикционные и выдавливанием гидравлические, снабженные выталкивающими устройствами. Гидравлические прессы для холодной объемной штамповки развивают усилие до 60 МН.
Прессование Процесс прессования находит широкое применение при пластической обработке металлов как в горячем, так и в холодном состоянии, причем металлов, не только имеющих высокую пластичность, но и обладающих значительной природной жесткостью. При прессовании металл выдавливается из контейнера через одно или несколько отверстий в матрице, при этом получаются изделия вполне определенной формы поперечного сечения, меньшего в сравнении с размерами исходного продукта. Прессованием производят прутки диаметром 3 -250 мм, трубы диаметром 20 -400 мм при толщине стенки 1, 5 -12 мм, полые профили с несколькими каналами сложного сечения, с наружными и внутренними ребрами, разнообразные профили с постоянным и изменяющимся (плавно или ступенчато) сечением по длине.
Преимущества процесса прессования: Ø возможность успешной пластической обработки с высокими вытяжками, в том числе малопластичных по природе металлов и сплавов; Ø возможность получения изделия практически любого поперечного сечения, что при обработке металла другими способами не всегда удается; Ø более низкие капитальные затраты, чем при прокатке; Ø перестройка пресса на изделие нового профиля гораздо легче, быстрее и дешевле, чем прокатного стана; Ø возможность получения изделий широкого сортамента на одном и том же прессовом оборудовании с заменой только матрицы и др. Недостатки производства изделий прессованием : Ø повышенный расход металла на единицу изделия из-за существенных потерь в виде прессостатка; Ø появление в некоторых случаях заметной неравномерности механических и других свойств по длине и поперечному сечению изделия; Ø сравнительно высокую стоимость прессового инструмента; Ø меньшие стойкость инструмента и производительность пресса по сравнению с прокатным станом.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ Существуют два метода получения изделий прессованием металла: прямой (рисунок а) обратный (обращенный) (рисунок б). В данной классификации независимо от перемещения в пространстве контейнера матрицы или пуансона за основу принято наличие или отсутствие поступательного перемещения металла относительно стенок приемника - контейнера (смотри рисунок), за исключением небольших участков вблизи матрицы, называемых мертвыми зонами, где перемещение металла отсутствует. При прямом способе наблюдается перемещение деформируемого тела по поверхности контейнера, при обратном - перемещение по стенкам контейнера отсутствует.
Прямой метод Процесс прессования чаще всего изучают по изменению координатной сетки, нанесенной на плоскостях разрезанного по оси образца и плотно сложенного этими плоскостями перед прессованием. Анализ изменения координатной сетки показал, что область деформации прессовании не всегда имеет одинаковую протяженность: она может быть сосредоточена вблизи матрицы и может распространяться по длине заготовки иногда на всю ее длину. В силу этого течение металла при прессовании отличается большой неравномерностью, которая определяется режимом обработки, условиями контактного трения, природными свойствами материала. При прессовании контактное трение существенно влияет на весь ход процесса. Особенно заметна роль трения при прямом методе прессования (рис. 5). В данном случае при движении металлу приходится преодолевать значительное трение по стенкам контейнера (к-к -к), внутренней поверхности матрицы (м-м) и поверхности выходного очка о. Все это вызывает неравномерное истечение металла из очка матрицы. Рис. 5 Прямой метод прессования 1 - контейнер; 2 - матрицедержатель; 3 - матрица; 4 - пруток; 5 -слиток; 6 - пресс-шайба.
Обратный метод При обратном прессовании (рис. 6) перемещение металла сосредоточивается только вблизи матрицы (м-м) и около поверхности очка о. При этом наблюдается пониженный расход энергии на выполнение прессования, так как необходимое усилие прессования в 1, 5 -2 раза ниже, чем при прямом методе. Однако обращенный способ имеет ряд существенных недостатков. К ним прежде всего следует отнести сокращенный сортамент получаемых изделий, иногда меньшую производительность, а качество поверхности изделий может быть ниже. По этим причинам обращенный способ получил меньшее распространение, чем прямой. При любых условиях процесса большая часть пластической зоны металла находится под действием всестороннего неравномерного сжатия, и лишь на небольшом участке этой зоны в определенных условиях могут появиться продольные растягивающие напряжения: либо в периферийных слоях заготовки, прилегающих к контейнеру (нормальные условия), либо во внутренних слоях (анормальные условия). Рис. 6 Обратный метод прессования
ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ При большом разнообразии металлов и сплавов, обрабатываемых прессованием, и широком сортаменте изделий наибольшее распространение получили прессы с гидравлическим приводом. Гидравлические прессы строят: с горизонтальным перемещением пресс-шайбы и прутка с максимальным усилием прессования от 6000 до 600000 к. Н; с вертикальным перемещением пресс-шайбы с максимальным усилием прессования от 3000 до 10000 к. Н. Наибольшее распространение получили горизонтальные прессы с усилием прессования в 10000, 15000, 25000, 35000 и 50000 к. Н. Характерным для современных прессов является его полная механизация и автоматизация с программным управлением при выполнении основных и вспомогательных операций - от подачи заготовки в нагревательную печь до уборки готовых изделий и самого процесса прессования.
Скачать презентацию Оборудование и технологическая оснастка для ковки и горячей
оборудывание для ковки и горячей шпамповки.ppt