Холодная штамповка

Холодную штамповку делят на объемную и листовую. При объем­ной штамповке — холодном выдавливании, высадке и формовке — заготовкой служит сортовой прокат. При этом получают изделии

с высокими точностью и качеством поверхности. Однако из-за того, что усилия при холодной объемной штамповке значительно больше, чем при горячей, ее возможности ограничены из-за недостаточной стойкости инструмента.

К листовой штамповке относят процессы деформирования заготовок в виде листов, полос, лент и труб.

Процессы листовой штамповки можно разделить на операции, последовательное применение которых придает исходной заготовке форму и размеры детали. Операции листовой штамповки можно объеди­нить в две группы: разделительные и формоизменяющие. При выпол­нении разделительных операций деформирование заготовки происходит вплоть до ее разрушения. При выполнении формоизменяющих опера­ций, наоборот, стремятся создать условия, при которых может быть получено наибольшее формоизменение заготовки без ее разру­шения.

Изучая разделительные операции, обратите внимание, как влияют на качество получаемых изделий технологические параметры процес­са (например, величина зазора между режущими кромками). Большое значение при разработке процессов вырубки изделий имеет правильное расположение вырубаемых деталей на листовой заготовке (раскрой ма­териала). Правильный раскрой обеспечивает минимальные отходы при вырубке и достаточную величину перемычек между деталями, так как от их величины зависит качество получаемых деталей. Основным показателем экономичности раскроя можно принять коэффициент использования металла, равный отношению площади деталей к пло­щади листа, полосы или ленты, из которых эти детали вырубают. Следует отметить, что вырубка деталей из рулонной полосы или ленты экономичнее.

Рассматривая формоизменяющие операции, обратите внимание на то, что при операциях гибки и вытяжки без утонения изменения толщины стенки заготовки практически не происходит.

При гибке в каждом сечении по толщине заготовки одновре­менно действуют сжимающие и растягивающие напряжения, вследствие чего упругая деформация может быть относительно большой..Поэтому при гибке необходимо учитывать угол, на который «отпружинивает» изделие. Значение углов пружинения для каждого конкретного случая находят из справочников.

Растягивающие напряжения в изгибаемой заготовке зависят от отно­шения радиуса гибки к толщине материала и могут превышать допусти­мую величину при малом радиусе. В справочной литературе даются минимальные значения радиуса гибки для различных материалов.

При вытяжке полых изделий из плоской заготовки дно изделия, находящееся под пуансоном, практически не деформируется, а осталь­ная часть заготовки (фланец) растягивается в радиальном направле­нии и сжимается в тангенциальном. При сжатии фланца иногда происхо­дит образование складок; для предотвращения этого явления необхо­дим прижим фланца к торцу матрицы.

Усилие, действующее со стороны пуансона на заготовку, увеличи­вается с ростом отношения диаметра заготовки к диаметру вытяги­ваемого изделия и может достигать величины, превышающей прочность стенки вытягиваемого изделия. При этом происходит отрыв дна. Для характеристики предельного формоизменения вводится коэффициент вытяжки.

В справочной литературе даются минимальные значения коэффи­циента вытяжки. Если необходимо получить изделие с коэффициентом вытяжки меньше предельного, применяют вытяжку в несколько пе­реходов без утонения или с утонением стенок.

Инструмент листовойштамповки — штампы — отличается большим разнообразием. Жесткие штампы, обычно применяемые для листовой штамповки, СОСТОЯТ из рабочих элементов (пуансона и матрицы) и ряда вспомогательных деталей. Такие штампы делят на простые (для выполнения одной операции) и сложные (для выполнения нескольких операций).

Оборудование листовой штамповки — механические прессы различ­ной конструкции. При изготовлении небольших партий изделий, когда изготовление сложных штампов неэкономично, применяют упрощенные способы обработки давлением листовых заготовок: штамповку эластич­ными средами, давильные работы и импульсную штамповку.

При штамповке эластичной средой (например, резиной) только один из двух рабочих элементов изготовляют из металлов, роль другого выполняет эластичная среда. В качестве оборудования приме­няют гидравлические и механические прессы, а также молоты.

Давильные работы предназначены для получения деталей в форме тел вращения и выполняют на токарно-давильных станках.

При беспрессовой штамповке жидкостной, газовой средой или магнитным полем применяют специальные установки, в которых энергию, необходимую для деформирования, получают за счет электрического разряда в жидкости, взрыва взрывчатых веществ или горючих смесей, мощного электромагнитного импульса. В этих случаях нагрузка на заготовку носит кратковременный (импульсный) характер. Это дает возможность штамповать сложные детали из труднодеформируемых сплавов, штамповка которых в обычных условиях затруднительна.

Изучая принципиальные схемы этих видов штамповки, обратите внимание на их преимущества и недостатки. Литература: [1], разд. III, гл. 6, § 1—4.

9. Качество продукции прокатных, кузнечных и штамповочных

цехов

Причинами брака продукции цехов обработки давлением могут быть дефекты исходного стального слитка, несоблюдение режимов нагрева перед обработкой давлением, неправильное проектирование техноло­гического процесса и неисправности технологического оборудования. Особое внимание следует обратить на возможный брак из-за несоблю­дения технологических требований к конструкции деталей, получаемых различными видами обработки давлением.

Литература: [3], гл. XV, § 78—80.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОГО ЗАДАНИЯ 2

Задание содержит два вопроса. Вопросы, стоящие под номером I, требуют знаний IV раздела программы по темам «Физико-механи ческие основы обработки металлов давлением», «Нагрев металлов перед обработкой давлением», «Прокатка и прессование», «Холодная штампов­ка». На эти вопросы следует отвечать после основательной проработки тем по рекомендованным учебникам и изучения методических указа ний к ним. Вопросы, стоящие под номером 2, представляют собой задачи, в которых предлагается разработать процессы изготовлении поковок ковкой и горячей объемной штамповкой или деталей холодной листовой штамповкой.

Перед выполнением задания следует полностью переписать его текст и перерисовать эскиз заданной детали. При построении ответов

следует придерживаться последовательности, в которой перечислены пункты вопросов заданий.

Наибольшее количество ошибок студенты допускают при построении чертежей поковок и определении массы заготовок (ковка и горячая объемная штамповка), а также при выборе исходного материала и определении коэффициента использования металла (холодная листо­вая штамповка).

При решении задач по ковке и горячей объемной штамповке следует иметь в виду, что на рисунках к заданиям даны чертежи готовых деталей, прошедших механическую обработку. В чертежах указаны массы деталей, ковочное и штамповочное оборудование и стандартный исходный материал. Чертежи поковок необходимо составить в процессе выполнения задания. В качестве примеров представлены чертежи поковок втулки (рис. 16, а), выполненных ковкой (рис. 16, б) и заданными способами штамповки (рас. 1(1, в, г, ())

Рис.16

Во всех случаях при построении чертежа поковки необходимо определить припуски на механическую обработку, допуски и напуски. Припуски назначают только на обрабатываемые поверхности детали,

условно обозначенные знаком \^/ Если в правом верхнем углу

чертежа стоит знак^^то обрабатываются все поверхности, и припуски

необходимы на все размеры. Величины припусков, допусков и напусков выбирают по таблицам соответствующих ГОСТов, указанных ниже. В ГОСТах содержатся также примеры построения чертежей поковок

Для расчета массы заготовок используют закон постоянства объема, в соответствии с которым сохраняется постоянным объем металла до деформации и после нее. Но на практике всегда имеют место технологические отходы, в результате чего объем заготовки больше объема поковки на величину объема отходов. Во всех случаях в объем отходов входят угар (объем металла, окислившегося при нагре­ве заготовки) и технологические отходы, зависящие от способа обра­ботки давлением [3].

При разработке процессов ковки необходимо пользоваться ГОСТ 7829—70 (ковка на молоте) и 7062—79 (ковка на прессе). Напуски при ковке применяют для упрощения формы поковки. Необходимость их применения и размеры указаны в ГОСТах. На рис. 16, б представлен чертеж поковки втулки (рис. 16, а), изготовляемой ковкой на паровоздушном молоте. Все поверхности втулки обрабатываются, поэтому припуски даны на все размеры. Уступ втулки очень мал (12 мм) и отковать его нельзя: следует дать напуск. Отверстие прошить можно, так как отношение высоты поковки к диаметру 70/91 = 0,77 < 3. Поковка будет иметь форму диска с, отверстием. В соответствии с ГОСТом на чертеже поковки (рис. 16, б) тонкими линиями обозначены контуры детали, а основными — контуры поковки. Размеры поковки проставляются над размерной линией, а под ней в скобках ставится размер детали. Надписи «припуски» и «напуски» даны здесь с методической целью и в ра­боте их приводить не следует.

При ковке технологические отходы зависят от формы поковки, а следовательно, и от операций или переходов ковки. Поэтому сначала необходимо установить переходы (операции) ковки, тре­бующиеся для изготовления заданной детали, и изобразить их эскизы, показав взаимодействие заготовки и инструмента. Если для получения поковки необходим переход протяжки, то отходом будут обсечки; если необходима прошивка, то отходом будет выдра. Определив объемы угара и отходов, получают объем заготовки, а затем с учетом заданного профиля рассчитывают ее длину.

При разработке процессов горячей объемной штамповки прежде всего следует установить, как происходит штамповка. Горячую объемную штамповку подразделяют на различные виды в зави­симости от многих факторов. По типу применяемого оборудования различают штамповку на молотах, горячештамповочных кривошипных прессах (в дальнейшем КГШП) и горизонтально-ковочных машинах (в дальнейшем ГКМ). Существуют и другие типы штамповочного оборудования, но их применяют значительно реже и в заданиях они не предусмотрены.

По характеру течения металла в штампе различают штамповку: в открытом штампе с образованием облоя (заусенца) на молотах, прессах и ГКМ; в закрытом штампе без облоя на прессах и ГКМ; выдавливанием грибовидных поковок на прессах; прошивкой на прес­сах и ГКМ [1, 3, 4].

В зависимости от расположения заготовки в штампе различают штамповку плашмя и в торец. При штамповке плашмя ось заготовки располагают перпендикулярно торцу штампа. Так штампуют поковки типа ступенчатых валиков, шатунов, вилок и прочие на молотах и КГШП. При штамповке в торец ось заготовки параллельна направле­нию действующего усилия. Так штампуют поковки типа колец и втулок на молотах и КГШП и все типы поковки на ГКМ.

Тип штамповочного оборудования указан в чертеже задания, а вид штамповки и расположение поковки в штампе устанавли­вают в зависимости от ее формы. Затем следует установить положе­

ние плоскости разъема штампа, т. в: определить, какая часть поковки будет оформляться в верхней части штампа, а какая — в нижней

(для молота и КГШП) и какая часть — в матрицах, а какая

в пуансоне (для ГКМ).

Для построения чертежа поковки по ГОСТ 7505—74 необходимо установить: а) припуски на механическую обработку на те поверхности, где стоит знак обработки; б) штамповочные уклоны для облегчения выема поковки из штампа; в) радиусы скруглений для предотвра­щения зажимов металла в углах ручья штампа и концентрации напряжений в штампе.

Напуски на штампованых поковках образуются штамповочными уклонами. Уклоны необходимы на всех поверхностях поковки, располагающихся параллельно направлению движения бабы молота, ползуна КГШП, главного ползуна ГКМ.

Сквозные отверстия в поковках, штампуемых на молотах и КГШП, получать нельзя во избежание поломки последних. В поковках делают наметки сверху и снизу, а между ними остается пленка, толщина которой 5 = 0,10<г _Отв поковки. При штамповке на ГКМ в поковках колец и втулок получают сквозные отверстия методом просечки. Эта операция одновременно служит для отделения кольца от прутка. Так как штамп ГКМ имеет две плоскости разъема и поковка сама из него выпадает, на наружных поверхностях уклонов не предусматри­вают, а дают уклон только на поверхности отверстия для выхода прошивного пуансона.

Чертежи поковок втулок, полученных горячей объемной штамповкой представлены на рисунках: 16, в (поковка с молота), 16, г (поковка с КГШП) и 16, д (поковка с ГКМ). Студентам предлагается сравнить их между собой и разобраться в отличиях. Надписи «припуски» и «напуски» даны в методических целях и в работе не требуются.

Расчет объемов отходов (угар, облой, пленка, клещевина и пр. при определении объема заготовки следует производить, пользуясь методикой, предложенной в учебниках [3, 4]. Длину заготовки опреде­ляют, зная ее объем и площадь поперечного сечения профиля, указанного в задании.

Разработку процесса холодной листовой штамповки начинают с выбора необходимых технологических операций и определения формообразующей операции, по которой ведется расчет размеров заготовки.

Если деталь изготовляют вырубкой, то определяют необходимую
ширину полосы. При наличии у детали сложного контура вначале
следует продумать расположение деталей на полосе, чтобы расход
металла был минимальным. Затем в зависимости от толщины матеч

риала устанавливают величину пе­ремычек как между деталями а, так и между краями полосы и деталями 0| (рис. 17).

Минималь­ную расчетную ширину полосы оп­ределяются расчетом. Затем выбирают вид стандартного исходного

материала — лист, ленту, полосу.

Для заданных деталей рекоменду­ется применять ленту по ГОСТ 503—74. Ширину ленты В получают, увеличивая б_расч до ближайшего большего стандартного размера.

Коэффициент использования материала определяют по формуле К„ м= [Р_Л„/(А - В)] -100%, где Р^„ — площадь детали, мм²; А — рас

Рис.17

стояние между центрами соседних деталей, мм; В — стандартная ширина ленты, мм

Если деталь изготовляют вытяжкой, то вначале необходимо определить диа­метр заготовки(0₃) исходя из равен­ства площадей поверхностей детали и заготовки (рис. 18): ₃„_г. = Е/^ов. лет, где 2 /'пов.мт — сумма площадей поверх­ностей геометрических фигур, обра­зующих данную деталь. Тогда 0| =

1,13 /""нов лет.

Рис.18

Ввиду того что расчеты по этой формуле получаются громоздкими, рекомендуется использовать готовые формулы из справочника [5]. Затем производят расчет заготовки по указанной выше методике.

Если деталь изготовляют гибкой, то ширина полосы или ленты равна ширине детали, а длину заготовки определяют, как сумму длин прямых и изогнутых участков. В процессе гибки наружные слои растягиваются, а внутренние сжимаются, а разделяет их недефор-мирующийся нейтральный слой. Длина каждого изогнутого участка равна длине его нейтрального слоя и определяется по формулам из справочника [5]. В работе следует сделать все технологические расчеты, указанные в задании, используя учебник [1], справочник[5) и данные методических указаний.

Эскиз штампа следует выполнить применительно к заданной детали, по возможности совместив на нем выполнение все необхо­димых операций. Схемы штампов и прессов приведены в учебниках [1, 4)и справочнике [5].

Варианты контрольного задания 2

Вариант 1

1. Изобразите схемы продольной и поперечно-винтовой прокатки. Изложите сущность прокатки и условие захвата заготовки валками.

2. По эскизу готовой детали (рис. 19) разработайте схему техно­логического процесса изготовления поковки способом ковки на гидравли­ческом ковочном прессе. При выполнении работы следует: 1) описать сущность процесса ковки и указать область ее применения; 2) изобра­зить схему пресса и описать его работу; 3) установить температур­ный интервал ковки, вид нагревательного устройства и изобразить схему печи; 4) составить чертеж поковки и определить ее массу;

5)изобразить эскизы переходов ковки и применяемого инструмента;

6)перечислить все технологические отходы, определить объем, массу и длину исходной заготовки, указать способ ее получения (диаметр исходной заготовки указан на чертеже задания); 7) описать механизацию процесса ковки.

Рис.19

Вариант 2

1.Изобразите эскизы пяти профилей сортового проката. Пе­речислите прокатные операции технологического процесса получения сортового проката, начиная с указания исходного материала.

По эскизу готовой детали (рис. 20) разработайте схему техно­логического процесса изготовления поковки способом ковки на паро­воздушном ковочном молоте. При выполнении работы следует: 1) описать сущность процесса ковки и указать область ее приме нения; 2) изобразить схему молота и описать его работу; 3) уста­новить температурный интервал ковки, вид нагревательного устройст­ва и изобразить схему печи; 4) составить чертеж поковки и определить ее массу; 5) изобразить эскизы переходов ковки и применяемого инструмента; 6) перечислить все технологические отходы, определить объем, массу и длину исходной заготовки, указать способ ее получе­ния (диаметр исходной заготовки указан на чертеже задания); 7) описать механизацию процесса ковки.

Рис.20

Вариант 3

1.Перечислите виды листового проката. Перечислите прокатные операции технологического процесса получения листового проката, начиная с указания исходного материала.

По эскизу готовой детали (рис. 21) разработайте схему технологического процесса получения поковки способом горячей объем­ной штамповки на паровоздушном молоте. При выполнении работы: 1) описать сущность горячей объемной штамповки и указать область ее применения; 2) изобразить схему молота и описать его работу; 3) установить температурный интервал штамповки и способ нагрева заготовки; 4) составить чертеж поковки и определить ее массу; 5) перечислить все технологические отходы, определить объем, массу и длину исходной заготовки (диаметр исходной заготовки указан на чертеже задания); 6) выбрать переходы штамповки и привести эскиз инструмента; 7) перечислить операции технологического процесса, необходимые для получения данной поковки, которые выполняют в кузнечном цехе; 8) описать механизацию технологического процесса штамповки

Рис.21

Вариант 4

1.Опишите сущность процессов упругой и пластической деформа­ции с точки зрения кристаллического строения металлов. Дайте определение пластичности и изложите влияние на нее химического состава, структуры, температуры нагрева; скорости и степени де­формации.

По эскизу готовой детали (рис.22) разработайте схему технологического процесса получения поковки способом горячей объемной штамповки на паровоздушном молоте. При выполнении работы: 1) описать сущность процесса горячей объемной штамповки и указать область ее применения;2) изобразить схему молота и описать его работу;3) установить температурный интервал штамповки и способ нагрева заготовки; 4) составить чертеж поковки и определить ее массу;5) перечислить все технологические отходы, определить объем, массу и длину исходной заготовки (диаметр исходной заготовки указан на чертеже задания);6) выбрать перехо­ды штамповки и привести эскиз инструмента;7) перечислить опера­ции технологического процесса, необходимые для получения данной поковки, которые выполняют в кузнечном цехе;8) описать механизацию технологического процесса штамповки.

Рис.22

Вариант 5

1.Перечислите способы холодной объемной штамповки. Опишите сущность холодного выдавливания. Изобразите схемы пяти разно­видностей холодного выдавливания.

2. По эскизу готовой детали (рис. 23) разработайте схему технологического процесса получения поковки способом горячен объемной штамповки на кривошипном горячештамповочном прессе. При выполнении работы: 1) описать сущность процесса горячей объемной штамповки и указать обласп. ее применения, 2) изобра­зить схему пресса и описать его работу; 3) установить температурный интервал штамповки и способ нагрева заготовки; 4) составить чертеж поковки и определить ее массу; 5) перечислить все технологические отходы, определить объем, массу и длину исходной заготовки (диаметр исходной заготовки указан на чертеже задания); 6) выб­рать переходы штамповки и привести эскиз инструмента; 7) перечислить операции технологического процесса, необходимые для получения данной поковки, которые выполняют в кузнечном цехе; 8) описать механизацию технологического процесса штамповки.

Рис.23

Вариант 6

1. Опишите явления, происходящие в металле при холодном деформировании, и укажите сущность процесса упрочнения.

2) По эскизу готовой детали (рис. 24) разработайте схему техно­логического процесса получения поковки способом горячей объемной штамповки на кривошипном горячештамповочном прессе. При выпол­нении работы следует: 1) описать сущность процесса горячей объемной штамповки и указать область ее применения; 2) изобразить схему пресса и описать его работу; 3) установить температурный интервал штамповки и способ нагрева заготовки; 4) составить чертеж поковки и определить ее массу; 5) перечислить все технологические отходы, определить объем, массу и длину исходной заготовки (диаметр

исходной заготовки указан на чертеже задания); 6) выбрать пере­ходы штамповки и привести эскиз инструмента; 7) перечислить опера­ции технологического процесса, необходимые для получения данной поковки, которые выполняют в кузнечном цехе; 8) описать механиза­цию технологического процесса штамповки

Рис.24

Вариант 7

1. Изложите сущность процесса волочения и укажите области его применения. Изобразите схему процесса. Опишите типы волочиль­ных станов. Укажите необходимые условия для успешного ведения процесса.

2. По эскизу готовой детали (рис. 25) разработайте схему технологического процесса получения поковки способом горячей объемной штамповки на горизонтально-ковочной машине. При выполнении работы: 1) описать сущность горячей объемной штамповки и указать область ее применения; 2) изобразить схему ГКМ и описать ее работу; 3) установить температурный интервал штамповки и способ нагрева заготовки; 4) составить чертеж поковки и определить ее массу; 5) перечислить все технологические отходы, определить объем, массу и длину исходной заготовки (диаметр исходной заготовки указан на чертеже задания); 6) выбрать переходы штамповки и привести эскиз инструмента; 7) перечислить операции технологического процесса, необходимые для получения данной поковки, которые выполняют в кузнечном цехе; 8) описать механизацию технологического процесса штамповки

Рис.25

Вариант 8

1.Изложите сущность процесса прессования и укажите область его применения. Укажите оборудование, применяемое при прессова­нии. Изобразите схемы прямого прессования и прессования труб с указа­нием элементов комплекта инструмента.

2.По эскизу детали (рис. 26) разработайте схему технологи­ческого процесса ее изготовления способом холодной листовой штамповки. При выполнении работы: 1) установить технологические операции, необходимые для получения заданной детали; 2) опреде­лить размеры заготовки. Установить вид исходного материала (лента или полоса), привести его химический состав и механические свойства. Изобразить схему раскроя и определить коэффициент использова­ния материала; 3) произвести необходимые технологические расчеты — определить технологические зазоры между пуансоном и матрицей при вырубке и пробивке, определить коэффициенты вытяжки и отбор-товки или наименьший радиус гибки и сделать выводы; 4) выбрать штамп и указать последовательность выполняемых на нем операций. Изобразить схему штампа и описать его работу; 5) установить способ подачи исходного материала в штамп; 6) определить усилия на всех операциях; 7) указать штамповочное оборудование, изобразить его кинематическую схему и описать работу.

Рис.26

Вариант 9

1. Опишите явления, происходящие в металле при горячем деформировании, и сущность процесса рекристаллизации. Укажите изменения в структуре и свойствах металла в результате этого процесса

3.По эскизу детали (рис. 27) разработайте схему технологического процессаее изготовления способом холодной листовой штамповки. При выполнении работы:1) установить технологические операции, необходимые для получения заданной детали;2) определить размеры заготовки; установить вид исходного материала (лента или полоса), привести его химический состав и механические свойства; изобразить схему раскроя и определить коэффициент использования материала; 3) произвести необходимые технологические расчеты — определить технологические зазоры между пуансоном и матрицей при вырубке и пробивке, определить коэффициенты вытяжки и отбортовки или наименьший радиус гибки и сделать выводы; 4) выбрать штамп и указать последовательность выполняемых операций на штампе. Изобразить схему штампа и описать его работу; 5) установить способ подачи исходного материала в штамп; 6) определить усилия на всех операциях; 7) указать штамповочное оборудование, изобразить кине­матическую схему и описать его работу.

Рис.27

Вариант 10

1.Опишите явления, происходящие в металле при нагреве. Изложите понятие температурного интервала обработки металлов давлением и принцип его определения по диаграмме состояния сплава железо — углерод. Ориентировочно определите по диаграмме температурный интервал обработки для стали с содержанием угле­рода 0,5%.

По эскизу детали ( рис. 28 ) разработайте схему технологическо­го процесса ее изготовления способом холодной листовой штамповки. При выполнении работы: 1) установить технологические операции

необходимые для получения заданной детали; 2) определить размеры заготовки; установить вид исходного материала (лента или полоса), привести его химический состав и механические свойства; изобразить схему раскроя и определить коэффициент использования материала; 3) произвести необходимые технологические расчеты — определить технологические зазоры между пуансоном и матрицей при вырубке и пробивке, определить коэффициенты вытяжки и отбортовки или наименьший радиус гибки и сделать выводы; 4) выбрать штамп и ука­зать последовательность выполняемых на нем операций; изобразить схему штампа и описать его работу; 5) установить способ подачи исходного материала в штамп; 6) определить усилия на всех опера­циях; 7) указать штамповочное оборудование, изобразить его кине­матическую схему и описать работу.

Рис.28

Дата добавления: 2015-10-24