Штамповка на высокоскоростных молотах

Способ высокоскоростной штамповки заключается в том, что деформация металла в закрытом штампе протекает в условиях приложения мощного импульса энергии за небольшой промежуток времени. Распространение этого процесса обусловлено его преимуществами по сравнению с обычной штамповкой при скоростях 0.1...6 м/с на штамповочном оборудовании.

Технологические возможности высокоскоростной штамповки основываются на ряде особенностей процесса и оборудования, наиболее существенными из которых являются:

- повышенная скорость деформирования (8...20 м/с), позволяющая сократить длительность процесса штамповки, выполнять его практически без теплообмена, что создает условия для изготовления особо сложных и точных поковок с тонкими элементами (ребрами, лопатками, стенками и т.д.), которые трудно получить на обычных молотах;

- повышенная точность дозирования последовательных ударов. Во многих случаях для изготовления поковок применяют малопластичные и труднодеформируемые сплавы.

Для повышения пластичности материала целесообразно использование схемы всестороннего неравномерного сжатия, что может быть реализовано в процессах выдавливания и закрытой штамповки. Однако схемы закрытой штамповки и выдавливания неравноценны в условиях высокоскоростной штамповки.

При выдавливании инерционные силы могут привести к увеличению растяжения, в результате чего поковка может не получить четкого оформления. При закрытой штамповке благодаря наличию подпора состояние неравномерного объемного сжатия выражено более значительно, чем при выдавливании. В этом случае инерционные силы способствуют улучшению заполнения штампа, поковки оформляются более четко.

Увеличение скорости деформирования приводит к повышению сопротивления деформированию. Существенного действия теплового эффекта, который в условиях адиабатического процесса должен был бы снизить сопротивление деформированию по сравнению с обычными скоростями, не наблюдается. Очевидно, в процессе деформирования металл интенсивно упрочняется, разупрочнение происходит лишь частично.

Повышенная точность диаметральных размеров поковок, стабильность размеров по высоте, высокий класс чистоты поверхности обеспечива­ют небольшие припуски по обрабатываемым поверхностям, что резко сокращает объем последующей механической обработки.

Существующие конструкции высокоскоростных молотов не обеспечивают возможности нанесения нескольких ударов различной энергии, не приспособлены для многопереходной штамповки, более сложны в обслуживании. Невозможность осуществления многопереходной штамповки на высокоскоростном молоте приводит к необходимости установки дополнительного оборудования для выполнения операций предваритель­ного формоизменения заготовок.

Поковки, изготовляемые на высокоскоростном оборудовании, можно разделить на пять групп:

- поковки типа стержня с утолщением, которые изготавливаются выдавливанием и осадкой;

- поковки с вытянутой осью и высокими ребрами, которые изготавливают из предварительно профилированной заготовки;

- поковки типа тонкостенных стаканов, изготовляемые обратным выдавливанием; поковки типа дисков со ступицами с большим отношением диаметра к толщине, которые изготовляются осадкой;

- поковки, имеющие наружное или внутреннее оребрение, изготовляемые прямым выдавливанием.

При разработке технологического процесса температуру нагрева устанавливает в пределах интервала ковочных температур. Одноударный цикл работы и точное дозирование энергии удара требуют строго идентичных условий деформирования. В связи с этим температурный интервал должен быть более узким (для стальных поковок до 40...60°).

При назначении припусков на обрабатываемые поверхности следует принимать значения, меньшие на 30...50 % рекомендуемых ГОСТ 7505 для поковок первого класса точности. Высокоскоростная штамповка позволяет получать поковки с припуском под шлифование (турбинные лопатки из жаропрочных и титановых сплавов).

Допуски на размеры следует назначать, ориентируясь на I класс точности ГОСТ 7505. Напуски назначают по общепринятой методике. Штамповочные уклоны могут быть примяты меньше, чем рекомендуемые по ГОСТ 7505. Уменьшение потерь металла достигается также путем более детального оформления отдельных элементов рельефа.

Штамповка на высокоскоростном оборудовании может быть выполнена за один или несколько переходов. Многопереходную штамповку применяют в целях обеспечения лучшего заполнения ручья, снижения удельных усилий. Наиболее часто первым переходом является простая осадка с получением промежуточной заготовки. Для операций предварительного деформирования заготовок при многопереходной штамповке можно использовать обычное кузнечное оборудование. Высокоскоростное оборудование используется для окончательного перехода. Размеры заготовок устанавливаются по методике, принятой для обычного оборудования.

Энергия деформирования определяется по формуле:

,

где = 1.05...1.3; - коэффициент полезного действия удара, = 0.66...0.9;

- удельная энергия; - объем деформируемой части заготовки.

Эта ориентировочная методика не учитывает форму и размеры исходной заготовки, изменение угла заходного конуса, силы инерции. При штамповке по схеме осадки следует пользоваться формулой:

,

где -средняя степень деформации, - коэффициенты, определяемые по таблице.

К нагреву заготовок под штамповку на высокоскоростных молотах предъявляются более высокие требования, которые в первую очередь касаются равномерности нагрева, толщины поверхностного дефектного слоя, а также толщины окалины, что объясняется трудностью очистки поверхности нагретой заготовки при штамповке в одном ручье. Для нагрева сталей и титановых сплавов предпочтительны карусельные и индукционные печи.

Штампы высокоскоростных молотов работают в сложных условиях нагружения, которые характеризуются следующими показателями:

- импульсивностью нарастания нагрузки (при начальной скорости деформирования 20 м/с время удара составляет 0.001...0.003 с),

- силой удара, зависящей от энергии и рабочего хода, и достигающей значительных величин;

- наличием после основного деформирующего усилия 1...7 повторных соударений, энергия которых последовательно уменьшается, составляя в сумме до 16 % энергии основного удара, что вызывает возникновение в деталях штампа импульсивных колебательных напряжений сжатия - растяжения;

- интенсивным воздействием на крепежные детали штампа инерционных усилий, которые совместно с последующими знакопеременными силами, возникающими после удара, приводят к его саморазвинчиванию или самозатягиванию.

Штампы, применяемые для высокоскоростной штамповке, делятся на одноразъемные и многоразъемные, индивидуальные и универсальные (блочные). Штампы обычно изготовляются одноручьевыми. Наиболее часто применяют штампы одноразъемные, индивидуальные, закрытые.

Конструкция штампа должна состоять из минимального числа деталей, что способствует повышению жесткости. Штамп должен быть прост в изготовлении и эксплуатации, а его детали должны иметь минимальную массу для уменьшения динамических нагрузок.

Из-за меньшей стойкости рабочего инструмента, конструкция его должна обеспечивать быструю смену рабочих частей штампа. Наиболее часто используются секционные матрицы, запрессовываемые в бандаж. Пуансон цельный, крепится к бабе молота прижимным кольцом.

Выталкиватели выдают изготовленные поковки из штампа в положение, удобное для удаления ее из ручья. Различают две конструктивные группы выталкивателей: ненагруженные в процессе заполнения ручья и несущие нагрузку в процессе штамповки - замыкающие полость штампа и участвующие в формоизменении заготовки. Проектируя штамп, следует стремиться, чтобы поковка была практически оформлена еще до плотного соприкосновения с торцовой частью выталкивателя, обращенного внутрь ручья.

К основным направлениям развития высокоскоростной штамповки следует отнести совершенствование существующих конструкций молотов, развитие процессов многоударной штамповки, создание оборудования для штамповки крупногабаритных поковок, освоение более широко.

Дата добавления: 2015-07-24