Обработка материалов давлением

Основные  операции ковки.

1. Осадка – процесс уменьшения высоты заготовки с одновременным увеличением площади ее поперечного сечения (Рис.6,а). Осадку производят для устранения литой структуры, получения поковок с относительно малой высотой и как предварительную операцию перед прошивкой при изготовлении барабанов, колец и др. Осадка не всей, а только части заготовки называется высадкой (Рис.6,б).
2. Вытяжка – это удлинение заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения (Рис.6,в). Протяжку и ее разнообразные варианты используют при производстве гладких, ступенчатых, коленчатых валов и др. изделий.
3. Гибку и кручение  (Рис.6,г,ж). Производят с помощью специальных приспособлений. Заготовки нагреваются частично в местах, подлежащих деформации.

Рис.6. Схема  основных операций свободной ковки

 а  – осадка; б – высадка; в  – вытяжка; г – кручение; д  – рубка; е – прошивка; ж  – гибка; з – сварка.

4. Рубка – это отделение части заготовки в нагретом или холодном состоянии с помощью зубила или кузнечного топора (Рис.6,д).
5. Прошивка – операция получения полостей в заготовке за счет вытеснения металла (Рис.6, е). Она может выполняться сплошным прошиванием на молотах или прессах, при этом прошиваемая поковка поворачивается на 180^о.
6. Сварка – соединение двух концов заготовки или  двух заготовок (Рис.6, з). Сварка применяется обычно при ремонтных работах.

    В настоящее время применяют главным  образом механическую ковку на молотах и прессах. В первом случае нужную деформацию металла производят резкими ударами падающих частей молотов. Во втором случае эта деформация осуществляется медленным давлением на прессе.

    Ковочные  молоты разделяются по способу подъема  бойка на приводные (механические), пневматические и паровоздушные. Мощность молотов характеризуется весом их падающих частей.

    Более распространены для изготовления поковок весом 20 – 200 кг пневматические и паровоздушные молоты.

    Штамповку выполняют с использованием специального инструмента – штампа, который состоит из двух частей и более. Полости штампа называют ручьями. Заготовка, деформируясь в ручьях, заполняет полости и принимает форму поковки. Течение металла при штамповке принудительно ограничивается поверхностями инструмента, что вызывает перераспределение объема заготовки. Точность размеров штампованных поковок примерно вдвое выше точности размеров кованых поковок. Поверхности получаются более чистыми и ровными.

    Штамповка бывает горячей и холодной, объемной и листовой.

      Горячей штамповкой называется процесс получения с помощью специальных штампов из нагретых заготовок изделий, называемых штампованными поковками. Горячую штамповку выполняют двумя методами: облойным ( с заусенцем) в открытых штампах и безоблойным (при отсутствии заусенца) в закрытых штампах. Сущность облойного метода заключается в том, что поковка по месту разъема штампа вследствие избытка металла получается с заусенцем (Рис.7).

      

Рис.7. Схемы  штамповки (а) и обрезки заготовки (б).

1- матрица; 2- пуансон; 3- заусенец (облой).

    Штамп состоит из двух частей: нижняя часть (матрица) 1 прикрепляется к наковальне, а верхняя часть ( пуансон) 2 – к верхнему бойку. Заготовка помещается в ручей нижней части штампа и при ударах металл заполняет ручей (рис.7,а). Так как трудно подготовить заготовку для штамповки объемом, точно соответствующим объему ручья, то для уверенности в том, что ручей будет заполнен полностью, объем заготовки должен быть несколько больше объема ручья штампа. Излишек металла выдавливается из ручья в особые выемки, устроенные в поверхностях разъема частей штампа. При этом у поковки образуется заусенец (облой) 3, который в дальнейшем обрезается в обрезном штампе (рис.7,б) в холодном или горячем состоянии поковки.

    Штамповку производят на молотах, прессах, горизонтально-ковочных машинах, электровысадочных машинах и гибочных машинах, а также такими способами, как раскатка, ротационная ковка и пр.

    Штамповка на молотах. При штамповке на молотах можно быстро и многократно деформировать заготовку в каждом ручье, осуществлять чрезвычайно трудоемкие операции и большие суммарные деформации. По этим причинам парк штамповочных молотов занимает ведущее положение.

    Существуют  различные виды молотов: паровоздушные  молоты, фрикционные молоты с доской и др.

    Штамповка на прессах. Штамповчно-кривошипные прессы по сравнению с молотами имеют более высокий КПД, отличаются быстроходностью, жесткостью всей конструкции и наличием мощных механических выталкивателей, используемых для удаления поковок из ручьев штампа при обратном ходе ползуна. Преимущества способа по сравнению со штамповкой на молотах заключаются в более высоком качестве поковок, экономии металла, более высокой производительности и низких эксплуатационных расходах.

    Штамповка на горизонтально-ковочных машинах. Данные машины представляют собой кривошипные прессы с перемещением главного и зажимного ползунов в горизонтальной плоскости. Способ применяют при значительных программах изготовления поковок, имеющих вид колец, втулок и дисков с отверстиями, а также для высадки фланцев и других утолщений в деталях с цилиндрическим стержнем.

    Достоинством  штамповки на горизонтально-ковочных машинах является, помимо высокой производительности, - возможность получать точные поковки почти без заусенцев и без штамповочных уклонов на внешних поверхностях поковки.

    Листовая  штамповка. Листовая штамповка (ЛШ) предназначается для получения изделий из листового, полосового металла и других металлов без значительного изменения толщины заготовки. Изделия, получаемые ЛШ, широко применяют в транспортном и с/х машиностроении, авиационной промышленности, приборостроении и др.

    ЛШ  обеспечивает производство деталей  с достаточно высокой точностью, хорошим качеством поверхности, что позволяет во многих случаях применять их непосредственно в изделиях.

    В качестве исходных материалов при ЛШ используют все способные деформироваться технические металлы и их сплавы в виде лент, листов, полос. Штамповке подвергают также картон, кожу, пластмассы и другие материалы.

    ЛШ  бывает горячая и холодная. Холодная ЛШ бывает разделительная и формоизменяющая. При разделительной штамповке выполняется отрезка, вырубка, надрезка и зачистка; при формоизменяющей – гибка, вытяжка, обжим отбортовка и др. операции.

    Холодная  штамповка. Холодной штамповкой (ХШ) называется процесс получения изделий в штампах без предварительного нагрева металла.

    ХШ  изготавливают разнообразные металлические  детали при массовом их производстве (детали самолетов, автотракторные детали).

    Широкое внедрение ХШ объясняется высокой  производительностью процесса, низкой стоимостью изготовления деталей, их точностью и взаимозаменяемостью.

    Различают наиболее характерные виды ХШ:

1. Холодная штамповка и выдавливание из калиброванных прутков и проволоки от 0,6 до 40 мм винтов, гаек, болтов, колец и других мелких металлических изделий из низкоуглеродистой стали, цветных металлов и их сплавов. Производится главным образом на холодновысадочных и универсальных автоматах.
2. Вырезка из листа, полосы и ленты плоских деталей различного контура, которые в большинстве случаев являются заготовками для последующих операций. Штамп для вырезки имеет пуансон и матрицу, рабочие кромки которых производят срезание листового материала.
3. Вальцовка – получение из листовых заготовок волнистой поверхности и других различных выступов
4. Вытяжка – это процесс превращения плоской заготовки в полую деталь.
5. Штамповка взрывом применяется при малых программах выпуска деталей различных форм и значительных размеров, изготавливаемых из цветных сплавов, стали и трудно деформируемых материалов.

    Штамповка радиальным обжатием (ротационная ковка).

      Обжатием на ротационно – и  радиально-обжимных машинах обрабатывают осесимметричные изделия с вытянутой осью, с нагревом исходной заготовки или в холодном состоянии и с широким диапазоном размеров.

    Схема действия ротационно-обжимных и радиально-обжимных машин показана на рис.8.

Рис.8. Схема  действия машин: ротационно-обжимных (а), радиально-обжимных (б)

1 –  боек; 2 – заготовка; Е – регулируемый  эксцентрик. 

    Обработка производится способами раздельного (на машинах с постоянной степенью сжатия) и профильного обжатия (на машинах с переменной степенью обжатия). Форма и точность поковки обеспечиваются при первом способе формой и размерами ручья бойков в закрытом состоянии, при втором – периодическим изменением закрытой высоты между бойками и величины подачи заготовки.

    Точность  обработки при горячем обжатии  соответствует 9…12-му квалитету, а при холодном – 3 … 5-му квалитету. Шероховатость поверхности достигает при горячем обжатии R_a = 6,3…2,5  мкм, при холодном - R_a = 0,63…0,32 мкм.

    На  легких ротационно-обжимных машинах  обрабатывают швейные иглы диаметром до 0,3 мм, а на тяжелых – стальные трубы диаметром до 320 мм и сплошные ступенчатые валы диаметром до 250 мм. 

Контрольные вопросы

1) Что  такое обработка металлов давлением? Какие физические явления лежат в ее основе?

2) Какие  факторы влияют на пластичность  при обработке давлением?

3) Что  такое температурные интервалы  горячей обработки и какие  нагревательные устройства Вы знаете?

4) Что  такое прокатка металла? Какие  виды прокатки Вы знаете?

5) Что  такое волочение металлов? Какое  оборудование для этого применяется?

6) Что  такое прессование металла, где  оно применяется и какие схемы  прессования Вы знаете?

7) Ковка  и штамповка, чем различаются  эти операции, их назначение. Каковы характеристики исходных материалов для ковки и штамповки?

8) Дайте  характеристику основным технологическим операциям ковки (штамповки). Нарисуйте схему обработки.

и) Что  такое ротационная ковка? Для  чего она применяется и каковы ее основные схемы? 

Литература. 

1. Технология  прокатного производства,  кн.2. /Беняковский  М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М.: Металлургия, 1991, 423 с.
2. Сторожев М.В. Ковка и объемная штамповка стали, Т.2. М.: Машиностроение, 1968. 429 с.
3. Паничев М.Г., Мурадян С.В. Организация и технология отрасли. – Ростов н/Д: Феникс, 2001. – 448 с.