Файл: А.А. Кречетов Проектирование технологического процесса горячей обработки давлением.pdf

1

1. Цель работы

Закрепить теоретические знания по проектированию технологического процесса горячей обработки давлением.

2. Структура технологического процесса горячей обработки давлением

Проектирование технологического процесса горячей обработки давлением можно подразделить на ряд этапов:

•выбор способов и средств подготовки поверхности металла и разделения его на заготовки;

•выбор способов и средств их нагрева;

•определение состава и последовательности операций ковки (штамповки);

•определение параметров исходной заготовки;

•определение необходимого усилия (необходимой массы падающих частей) и выбор оборудования;

•разработка конструкции технологической оснастки;

•проектирование вспомогательных операций (обрезка облоя, пробивка перемычек, правка, калибровка, очистка поковок);

•определение вида и режима термообработки поковок;

•нормирование технологического процесса;

•выбор средств механизации и автоматизации элементов технологического процесса;

•планирование производственных участков и разработка способов перемещения изделия и отходов;

•оформление рабочей документации на технологический процесс с учетом требований ЕСТПП.

3. Исходные материалы и их подготовка для ковки

иштамповки

Вкачестве исходных материалов применяются цветные и черные металлы и сплавы в виде слитков, обжатых заготовок, сортового, периодического и фасонного проката, прессованных профилей, труб и жидкого металла [1, гл. 2].

2

Слитки используются в основном для ковки крупных поковок и подразделяются на:

•полые и бесприбыльные – эффективны для поковок с отвер-

стиями;

•малоприбыльные – коэффициент выхода при ковке из этих слитков достигает 0,84…0,87;

•с повышенной конусностью – уменьшается разброс механических свойств по сечению слитка.

Для ковки используют прокат простых профилей (круг, квадрат),

адля штамповки – разнообразных профилей, в том числе прессованных, что существенно сокращает количество заготовительных операций и затраты на производство поковок. Калиброванный прокат целесообразно использовать для точной штамповки выдавливанием, где требуется высокая точность исходной заготовки.

При штамповке полых заготовок на ГКМ применяют горячедеформированные и холоднодеформированные трубы.

Перспективным является получение поковок из периодического проката, полученного продольной, поперечно-винтовой либо попереч- но-клиновой прокаткой. Это позволяет добиться существенной экономии металла, сокращения количества переходов штамповки, повышения производительности труда, сокращения расходов на штамповый инструмент.

Перед ковкой или штамповкой металл контролируют. Обнаруженные крупные дефекты (коррозия, плены, волосовины, трещины, закаты, риски и др.) удаляют пневмомолотками, газоплазменной обработкой, шлифовальными кругами. При большом количестве дефектов производят обдирку на токарных, фрезерных или строгальных станках.

4. Разделка металла на заготовки для ковки и штамповки

Способ разделения заготовок выбирается исходя из типа производства, свойств материала, формы и размеров сечения, относительной длины заготовки, величины отходов [1, гл. 4].

К отходам металла при раскрое проката относят:

• концевые обрезки – дефектные концы прутка длиной не менее половины сечения, возникающие при разрезке проката в штампах и на ножницах;

3

•прорезку – отход, соответствующий ширине режущей части инструмента (резца, фрезы, пилы), при разрезке в штампах и на ножницах отсутствует;

•некратность – появляется вследствие колебания длины прутка

инемерности последней заготовки;

•опорные концы – отходы, соответствующие концевой части штанги, необходимой для поперечного зажима при отрезке последней заготовки (длина опорного конца примерно равна диаметру штанги).

Эффективность разделения проката на заготовки оценивают с помощью коэффициента раскроя:

где ∑lз – суммарная длина всех заготовок; lи.м.– длина используемого

материала.

Таблица 1

Основные методы разделки проката на заготовки

4

Помимо перечисленных в табл. 1 методов разделения проката на заготовки для высоколегированных, труднообрабатываемых, термически упрочненных материалов используют разрезку фрикционными и электромеханическими пилами, а также газоплазменное, воздушнодуговое, плазменно-дуговое, лазерное, электроэрозионное и анодномеханическое разделение.

Допуски на длину заготовок в зависимости от способа разделения проката на заготовки приведены в табл. 2.

5

Таблица 2

Допуски на длину заготовок

5. Выбор режимов нагрева и охлаждения поковки. Типы нагревательных устройств

Под режимом нагрева понимают температурный интервал ковки (штамповки) и скорость нагрева. Каждый сплав имеет свой оптимальный температурный интервал горячей обработки давлением [1, гл. 5]. Как правило, достаточно использовать лишь часть температурного интервала, причем закончить штамповку лучше при минимальной температуре для получения мелкозернистой структуры.

Нагрев уменьшает сопротивление пластическому деформированию, но имеет и отрицательные последствия – угар и обезуглероживание поверхности металла. При нагреве заготовки за возможно короткое время медленнее растет зерно аустенита, снижается потеря металла в окалину, меньше проявляется обезуглероживание поверхностного слоя. Однако высокая скорость нагрева увеличивает неравномерность температуры по сечению заготовки.

Охлаждение поковок после обработки давлением – такой же важный элемент теплового режима, как и нагрев. В целях снижения уровня напряжений, возникающих вследствие разности температур по сечению поковки, режим охлаждения регламентируют в зависимости от марки стали, размеров и сложности поковок. Охлаждение проводят на воздухе (для поковок небольших размеров из сталей несложного химического состава) или в закрытых (отапливаемых) колодцах.

6

Устройства, в которых нагревают металл перед обработкой давлением, можно подразделить на нагревательные печи [1, гл. 6] и электронагревательные устройства [1, гл. 7]. В печах теплота к заготовке передается главным образом конвекцией и излучением из окружающего пространства нагревательной камеры, теплоту получают сжиганием газообразного или жидкого топлива (нагрев в пламенных печах). В электронагревательных устройствах теплота выделяется в самой заготовке либо при пропускании через нее тока большой силы – в контактных устройствах, либо при возбуждении в ней вихревых токов – в индукционных устройствах (электронагрев).

Нагрев в пламенных печах по расходу энергии на тонну заготовок более экономичен, чем электронагрев. Однако электронагрев обеспечивает высокую скорость нагрева, малые потери металла на окалинообразование, высокую производительность труда, позволяет провести полную автоматизацию и обеспечить высокую стабильность процесса.

6. Определение состава и последовательности операций ковки (штамповки)

6.1 Определение состава и последовательности операций штамповки на молоте

При выборе состава и последовательности операций штамповки поковок, штампуемых перпендикулярно оси заготовки (штамповка плашмя), руководствуются значением коэффициента подкатки. Коэффициент подкатки определяется на основе построения элементарной расчетной заготовки и эпюры ее сечений [2, гл. 3].

При штамповке поковок, штампуемых вдоль оси заготовки (штамповка осадкой в торец), в качестве предварительного ручья используют площадку для осадки. Иногда вместе с осадкой выполняют наметку или выступ. При этом возможна штамповка без предварительного ручья, однако наличие предварительного ручья повышает стойкость окончательного ручья. Если в поковках прошивают отверстие, то желательно наличие предварительного ручья.

При штамповке деталей типа стержня с фланцем и цилиндрическим или коническим стержнем применяют высадочный, а иногда специальный протяжной и высадочный ручьи. После высадки поковки штампуются в предварительном и окончательном ручьях. Предвари-

7

тельный ручей используется для повышения стойкости окончательного ручья.

6.2Определение состава и последовательности операций штамповки на прессе

Состав и последовательность операций штамповки на прессах зависят от формы поковок и параметров исходной заготовки [2, гл. 4].

Поковки простой формы с плавными переходами от сечения к сечению, небольшой разницей в диаметрах заготовки и поковок, без выступающих ребер и бобышек штампуются в одном окончательном ручье.

Поковки несложной формы при диаметре заготовки значительно меньшем, чем диаметр поковки, штампуются с помощью площадки для осадки и окончательного ручья.

Поковки сложной формы при незначительной разнице в диаметрах заготовки и детали штампуются в предварительном и окончательном ручье.

Поковки сложной формы при значительной разнице в диаметрах заготовки и детали осаживаются, затем штампуются в предварительном и окончательном ручье.

Сложные поковки с глубокими полостями или высокими выступами штампуются осадкой, фасонированием, предварительной и окончательной штамповкой.

6.3Определение состава и последовательности операций штамповки на ГКМ

Состав и последовательность операций штамповки на прессах определяются конфигурацией поковок [2, гл. 7].

При штамповке поковок типа стержня с утолщением (размеры поперечного сечения исходной заготовки сохраняются в стержневой части неизменными) формоизменение осуществляют высадкой. Кроме окончательного формовочного ручья используют наборные, предварительные формовочные, обрезные и отрезные ручьи, а также зажимные, пережимные и подъемные элементы ручьев.

Поковки типа колец и втулок (размеры поперечного сечения по сравнению с исходной заготовкой изменяются на всех участках поковок) штампуются формоизменением высадкой и прошивкой, затем производится пробивка. Чаще всего поковки штампуют из прутковых

8

заготовок с использованием переднего упора и отделением поковки от прутка при пробивке. Помимо окончательного формовочного и пробивного ручьев могут быть использованы наборные, предварительные формовочно-прошивные ручьи с зажимными, пережимными и подъемными элементами, а также обрезные ручьи.

Поковки с полостями (глухими отверстиями) штампуются так же, как поковки типа колец и втулок. Отличие заключается в отсутствии операции пробивки.

Полые поковки, штампуемые из труб, получают формоизменением высадкой и раздачей (или высадкой с раздачей), а также обжимом. Трубу фиксируют, как правило, по заднему упору. Рекомендуется проводить штамповку в два перехода. При большем числе ручьев необходим дополнительный нагрев трубы.

7. Определение параметров исходной заготовки

7.1 Поковки, штампуемые плашмя

Геометрические параметры исходной заготовки (длина и диаметр или длина и размер стороны квадратного профиля) поковок, штампуемых плашмя, определяются на основе расчетной заготовки и принятой комбинации переходов штамповки [2, гл. 3].

Вначале рассчитывают объем заготовки V /зг с учетом потерь (без клещевины):

где Vп.о =Vп +Vо – суммарный объем поковки и облоя; δ– потери метал-

ла на угар, % (табл. 3).

Объем поковки рассчитывают по номинальным размерам с добавлением к вертикальным размерам половины положительного отклонения.

Объем облоя определяют по площади облойной канавки и периметру поковки в плоскости разъема.

Далее определяют площадь сечения исходной заготовки.

• в случае штамповки без заготовительных ручьев или с применением гибки: