Устаткування для кування

1. Кувальні молоти. Молоти створюють динамічну (ударну) дію інстру­мента (верхнього бойка) на заготовку. Тривалість деформування при ку­ванні на молотах становить близько 10^-3 с, а швидкість деформування - 6,0...6,5 м/с. Найбільш поширені пароповітряні і приводні молоти.

У пароповітряному молоті (рис. IV. 17) піднімання та опускання баби 10 із закріпленим на ній верхнім бойком 11 по напрямних 7 відбуваються при надходженні пари чи стисненого повітря тиском 0,7...0,9 МПа в ро­бочий циліндр 5. Подача пари регулюється золотниковим пристроєм 4.

При зміщенні золотника 3 за допомогою важеля 1 і тяги 2 вгору чи вниз пара потрапляє у верхню або нижню порожнину циліндра 5 і переміщує поршень 6, який з'єднаний штоком 8 із бабою 10. Нижній бойок 12 неру­хомо закріплений на масивному сталевому фундаменті - шаботі 13, який розміщений на дубовій подушці на окремому фундаменті. Чим більша маса шабота, тим більша частина кінетичної енергії падаючих частин пере­творюється в енергію деформації заготовки. Вона в 15 разів перевищує масу падаючих частин.

Розміщення станини 9, шабота 13 на окремих фундаментах забезпечує вільний підхід до бойків, захищає конструкцію молота від струсу, але не гарантує паралельності бойків. Пароповітряні молоти будують з масою падаючих частин 1...8 т.

З приводних молотів найбільш поширені пневматичні. В них підні­мання та опускання поршня, шток якого одночасно є бабою молота і до якого кріпиться верхній бойок, відбуваються за рахунок стисненого по­вітря тиском 0,2...0,3 МПа. Стиснене повітря надходить у робочий ци­ліндр від поршневого ком­пресора, який за допомогою кривошипно-шатунного ме­ханізму отримує рух від окре­мого електропривода. Робо­чий і компресорний цилін­дри розміщені на одній ста­нині. Пневматичні молоти мають масу падаючих частин 50... 1000 кг і застосовуються для кування дрібних поковок (до 20 кг).

2. Гідравлічні преси. Преси відрізняються від молотів тим, що діють на заготовку статич­но. Тривалість деформування може становити десятки се­кунд, а швидкість деформу­вання 0,3...0,5 м/с.

У гідравлічному пресі плун­жер 6 (рис. IV. 18) переміщує рухому траверсу 3 з закріпле­ним на ній верхнім бойком 2. Потрібне для деформуван­ня поковки зусилля створю­ється тиском рідини (водної Рис. IV. 17. Пароповітряний ку­вальний молот

емульсії або мінерального масла), яка під тиском 20...30 МПа подаєть­ся в робочий циліндр 10 по трубо­проводу 11. Піднімається плунжер 6 з траверсою 3 за допомогою тяг 5 і поршнів 8, які переміщуються в циліндрах піднімання 9. Нижній бойок 12 кріпиться до нижньої пли­ти 1. Нижня 1 і верхня 7 нерухомі плити з'єднані чотирма напрямни­ми колонами 4, по яких переміщу­ється траверса 3.

До складу гідропресової уста­новки крім самого преса входять також насосна станція, бак наповнювальної рідини, акумулятор рі­дини високого тиску (вантажний або повітряний) і гідророзподіль-ник.

Гідравлічні преси виготовляють з максимальним зусиллям 5... 150 МН. Вони використовуються для куван­ня великих

поковок, а також при обробці малопластичних легованих сталей і сплавів кольорових мета­лів. Є також преси парогідравлічні, в яких замість приводної нагніталь­ної насосної станції використовується паровий насос (мультиплікатор), який створює тиск рідини 30...60 МПа.

17. Розробка технологічного процесу кування

1. Креслення поковкискладають на основі креслення готової деталі з урахуванням допусків на поковку, припусків на механічну обробку і на­пусків (рис. IV. 19, а). Для деталей складної форми (з фланцями, виступа­ми, заглибленнями), якщо довжина чи діаметр виступів менші, ніж розмі­ри суміжних частин деталі, форма поковки спрощується. Збільшений в такому випадку припуск називається напуском.

При складанні креслення поковки слід забезпечити її технологічність. Форма поковки має бути найпростішою (циліндричною або плоскою), слід уникати конічних і клинових поверхонь, ребер, бобишок, виступів. При куванні потрібно забезпечити правильне розташування волокон, вони не повинні перерізуватись.

Рис. IV. 19. Креслення поковки шестерні і схеми

технологічного процесу кування ва­желя з вилкою

Розміри вихідної заготовки для поковки передбачають з урахуван­ням відходів на вигар, додаток, обрубування і потрібну величину укову­вання.

2. Вибір і послідовність операцій куваннязалежать від конфігурації по­ковки і технічних вимог до неї. Для суцільних деталей круглого та прямо­кутного перерізів (осі, вали, колони, бруски, пластини та ін.) загальними операціями кування є такі: протягування, комбінація протягування з осад­кою, прошиванням, рубанням, надрубуванням уступів. Для одно- та багатоколінних валів, гаків крім цих операцій потрібні згинання і закручу­вання. Для порожнистих деталей невеликої висоти (бандажі, диски, кіль­ця) застосовують осадку, комбінацію осадки з протягуванням, прошиван­ням, рубанням, розковуванням на оправці; для подовжених порожнистих деталей (циліндри, барабани, вали) - протягування, комбінацію протягу­вання з осадкою, прошиванням, розковуванням на оправці.

На рис. IV. 19, б наведено схему технологічного процесу кування важеля з вилкою, який складається з операцій протягування (рис. IV. 19, г, д, е, ж), надрубування (рис. IV. 19, в, г, є) та згинання (рис. IV. 19, є).

Запитання і завдання для самоконтролю

1. Назвіть основні операції кування.

2. Основні типи ковальського обладнання.

3. Яка будова пароповітряного ковальського молота?

4. Будова гідравлічного ковальського преса.

5. Які основні етапи розробки технологічного процесу кування?

Глава 6. ГАРЯЧЕ ОБ'ЄМНЕ ШТАМПУВАННЯ

18. Суть процесу і види штампування

1. Характеристика процесу. Об'ємне штампування - це виготовлення поковок у штампах, при якому переміщення металу в сторони під час де­формування обмежене поверхнями порожнини штампа. Робоча порож­нина штампа при стулюванні його складових частин у кінці штампуван­ня (рівчак) відповідає конфігурації поковки.

Порівняно з вільним куванням об'ємне штампування має такі перева­ги: в 50...100 разів вища продуктивність, більші однорідність і точність поковок (припуски і допуски в 3...4 рази менші, ніж при куванні), можли­вість виготовлення поковок складної форми без напусків, висока якість поверхні, сприятливе розташування волокон. На одному штампі залеж­но від матеріалу і типу поковки можна виготовити 10...25 тис. поковок.

Недоліки об'ємного штампування: складність і дорожнеча штампів, обмеженість маси поковок (0,3...100 кг), бо зусилля деформування при штампуванні значно вищі, ніж при куванні. Отже, об'ємне штампування найбільш ефективне в масовому і великосерійному виробництві.

2. Види штампів і способи штампування.Розрізняють об'ємне штампу­вання у відкритих і закритих штампах.

У відкритих штампах (рис. IV.20, а) між рухомою і нерухомою части­нами штампа є зазор - облойна (чи задиркова) канавка, куди витікає над­лишковий об'єм металу заготовки. Облой (задирка), що утворюється при цьому, потім обрізується.

У закритих штампах (рис. IV.20, б) метал деформується в закритій по­рожнині. Штампування не супроводжується утворенням облою, і в цьо­му разі витрати металу менші, але висуваються підвищені вимоги до точ­ності об'єму заготовки. Штампування в закритих штампах забезпечує

Рис. IV.20. Схеми гарячого об'ємного штампування і заготівельних рівчаків

більший ступінь деформації, поліпшення мікроструктури і дає можливість штампувати малопластичні сплави. Закриті штампи можуть бути з однією і двома площинами розняття (рис. IV.20, в). Близьким до схеми штампу­вання в закритих штампах є штампування видавлюванням (рис. IV.20, г). Штампи для гарячого штампування виготовляють з штампових сталей 5ХНМ, 4ХЗВМФ, 4Х2В5МФ та ін.

Поковки простої форми штампують в однорівчакових штампах. Склад­ні поковки з різкими змінами перерізу по довжині виготовляють у багато-рівчакових штампах з послідовним деформуванням заготовки в кількох рівчаках з поступовим наближенням до кінцевої форми поковки.

3. Рівчаки штампіву багаторівчакових штампах поділяють на заготі­вельні і штампувальні.

Заготівельні рівчаки призначені для виготовлення фасонної заготовки для наступного штампування. В них виконують: осадку (на рівній площад­ці штампа); протягування - видовження частини заготовки 3 (рис. IV.20, д); підкатку - місцеве збільшення перерізу заготовки за рахунок стоншення су­сідніх ділянок (рис. IV.20, е)', перетиск - розплющування заготовки; форму­вання-для надання заготовці форми, наближеної до поковки (рис. IV.20, є)\ згинання (рис. IV.20, ж), відрубування при штампуванні з прутка.

Штампувальні рівчаки є чорнові (попередні) і чистові (остаточні). Чор­новий рівчак не має канавки для облою і призначений для захисту чистового рівчака від зношування. Форма чорнового рівчака така сама, як у чистового, але з більшими радіусами заокруглень і штампувальними на­хилами. Чистовий рівчак є точним відображенням поковки, але з розмі­рами, більшими на величину усадки при остиганні (близько 1,5 %). По периметру чистового рівчака розміщується канавка для облою. Вона скла­дається з вузького містка 1 (рис. IV.20, а) і магазина 2. Призначення міст­ка - перешкодити вільному витісненню металу з рівчака, щоб створити в порожнині штампа високий тиск і полегшити обрізування облою.

19. Устаткування для об'ємного штампування

Гаряче об'ємне штампування виконують на штампувальних молотах, пресах, горизонтально-кувальних машинах і спеціальних машинах вузь­кого призначення, до яких належать ротаційно-кувальні машини, кувальні вальці, горизонтально-згинальні машини та ін.

1. Штампувальні молотизастосовують для штампування поковок різ­номанітної форми переважно в багаторівчакових відкритих штампах.

Основним типом штампувальних молотів є пароповітряні штампувальні молоти з масою падаючих частин 630...25 000 кг. За принципом дії вони подібні до пароповітряних кувальних молотів, але забезпечують більшу точність переміщення частин штампів. З цією метою станина 4 (рис. IV.21) і шабот 2 мають загальний фундамент 1, а маса шабота в 20...30 разів переважає масу падаючих частин. Стояки станини 4 розміщені безпосеред­ньо на шаботі і з'єднані з ним за допомогою болтів з пружинами. Баба 5 з

закріпленою на ній верхньою частиною штампа переміщується по вста­новлених на стояках напрямних 3, які мають пристрій для регулювання зазору.

Штампувальні молоти мають педально-автоматичне керування. Якщо педаль 9 не натиснута, то баба здійснює зворотно-поступальний рух, ви­тримуючи зазор між частинами штампа 200...300 мм. Це холоста робота молота, що забезпечується шаблеподібним важелем 8, поворот якого ви­значається положенням баби і який через золотниковий пристрій 7 керує подачею пари в робочий циліндр 6. При натисненні на педаль 9 зростає розмах коливань баби, і верхня половина штампа б'є по заготовці.

Застосовують також молоти гідравлічні, фрикційні з дошкою, безша-ботні пароповітряні. Штампування поковок на молотах здійснюється, як правило, за 3...5 ударів. У кінці останнього удару обидві частини штампа стикуються по площині розняття. Середня маса поковок при масі падаю­чих частин 1000 кг становить 0,5...2,0 кг, при 10 000 кг - 40...100 кг.

2. Штампувальні преси.Для об'ємного штампування застосовують гвин­тові фрикційні, гідравлічні та кривошипні гарячештампувальні преси.

Гвинтові фрикційні преси зусиллям до 6,3 МН використовують для штампування у відкритих і закритих штампах невеликих поковок (до 20 кг) і застосовують в малосерійному виробництві.

Гідравлічні преси для штампування аналогічні кувальним гідравлічним пресам, але більш жорсткої конструкції і мають виштовхувачі для вида­лення поковок із штампа. Ці преси з зусиллям до 750 МН застосовують для штампування великих поковок у відкритих і закритих штампах з од­нією і двома площинами розняття.

Кривошипні гарячештампувальні преси (КГШП) з зусиллям 6,3... 100 МН застосовують для виготовлення поковок різноманітної форми з сортово­го або періодичного прокату у відкритих і закритих штампах, а також видавлюванням. На рис. IV.22 наведено схему КГШП. Від електродвигу­на 1 клинопасовою передачею рух передається великому зубчастому ко­лесу 2, яке вільно обертається на колінчастому валу 4. За допомогою фрик­ційної дискової муфти 3 зубчасте колесо 2 з'єднується з валом 4, який передає рух шатуну 5. Шатун перетворює обертовий рух вала 4 у зворот­но-поступальний рух повзуна 7. Для зупинення колінчастого вала у верх­ньому положенні після виключення муфти використовують гальмо 6. До повзуна 7 і столу 14 преса кріплять відповідно верхню 10 і нижню 13 пли­ти штампа з рівчаковими вставками 11 і 12. Суміщення верхньої і ниж­ньої частин штампа забезпечується напрямними колонками 9. Якщо пов­зун 7 піднімається вгору, то виштовхувачі 8 виштовхують поковку з рівчака.

На КГШП метал у кожному рівчаку деформується за один хід повзуна. Значна кількість ходів за хвилину (35...90) забезпечує високу продуктив­ність преса. Незмінність ходу повзуна і застосування штампів з напрям­ними колонками дає можливість досягти високої точності поковок, а на­явність виштовхувачів дає змогу зменшити штампувальні нахили. До не-

доліків КГШП належать: необхідність точного визначення маси загото­вок, вимога відсутності окалини на заготовках, неможливість засто­совувати протягувальний і підкатний рівчаки; вартість їх в 3...4 рази вища, ніж молотів.

3. Горизонтально-кувальні машини (ГКМ)призначення штампуван ня висадкою деталей, що не потребують штампування по всій довжині (рис. IV.23, а), а також для прошивання (рис. IV.23, б).

Рис. IV.24. Схема штампування на ро­таційно-кувальній машині

Штампування на ГКМ відбу­вається в штампах з двома пло­щинами розняття, які складають­ся з трьох частин: нерухомої 6 (рис. IV.23, в) і рухомої 7 матриць та пуансона 4. Подвійне розняття штампів дає можливість штампу­вати більшість поковок без штам­пувальних нахилів і облою. Заго­товку (пруток) встановлюють у нерухому матрицю до упора 5. Головний повзун 3 з пуансоном 4 приво­дяться в рух від кривошипно-шатунного механізму. Перш ніж пуансон 4 зіткнеться з торцем заготовки, рухома матриця 7 притискує її до нерухо­мої матриці 6, а упор 5 відводиться вбік. Затискний повзун 8 з рухомою матрицею 7 переміщується від бічного повзуна 9, який, у свою чергу, при­водиться в рух від кулачків 1, закріплених на головному валу 2.

Щодо продуктивності, то ГКМ не поступаються перед КГШП, але вар­тість їх в 1,5 раза вища і вони менш універсальні, ніж молоти і преси. ГКМ виготовляють з зусиллям на головному повзуні 5...31,5 МН; на них мож­на обробляти прутки діаметром до 270 мм.

4. Ротаційно-кувальні машинипризначені для виготовлення поковок типу ступінчастих циліндричних і конічних валиків, труб або прутків з відтягнутими конічними кінцівками тощо.

Штампування на цих машинах подібне до протягування у фасонних бойках. При відносному обертанні обойми 1 (рис. IV.24) і шпинделя 2 завдяки встановленим у гніздах обойми роликам 3 розміщені в радіаль-

них пазах шпинделя бойки 4 наносять удари по заготовці 5. У вихідне положення бойки повертаються під дією відцентрової сили або пружин. На ротаційно-кувальних машинах можна обробляти поковки діаметром до 150 мм з точністю 0,1 ...0,3 мм і продуктивністю до 650 виробів за годину.

20. Розробка технологічного процесу об'ємного штампування

Технологічна підготовка виробництва штампованих поковок включає такі етапи: складання креслення поковки, розробку технологічного про­цесу, конструювання і виготовлення штампа. Технологічний процес об'єм­ного штампування складається з таких операцій: виготовлення вихідних заготовок, нагрівання заготовок, штампування поковок, обрізування облою, обробка поковок.

1. Конструювання поковки.Форму і розміри поковки (рис IV.25, а) ви­значають за кресленням деталі (рис. IV.25, б) з урахуванням припусків на механічну обробку, допусків на штампування, напусків.

При конструюванні молотових поковок слід забезпечити вільне витя­гування поковки з рівчака штампа. Тому площину рознімання відкритих штампів вибирають таким чином, щоб глибина порожнини була мінімаль­ною. Вертикальні стінки поковки повинні мати штампувальні нахили (3...7º - для зовнішніх стінок і 5... 10° - для внутрішніх). Сполучення повер­хонь повинні мати заокруглення радіусами 1...6 мм (для внутрішніх повер­хонь більші, ніж для зовнішніх). Площину розняття закритих штампів вибирають за найбільшою торцевою поверхнею деталі. При штампуван­ні на молотах рівчак у верхній частині штампа заповнюється металом легше, ніж у нижній, тому важкозаповнювані частини поковки (ребра, бобишки тощо) слід формувати у верхній частині штампа.

Штампуванням у відкритих штампах не можна прошивати наскрізні отвори, і при штампуванні поковок з отворами утворюється внутрішній облой-перемичка (рис. IV.25, в). Остаточне прошивання (видалення пере­мички) виконують у спеціальних обрізних штампах.

2. Виготовлення вихідної заготовки.Об'єм і масу вихідної заготовки визначають за кресленням поковки з урахуванням зовнішнього і внутріш­нього облою, кліщовини (для захвату заготовки кліщами при штампу­ванні), вигару. Поковки простої форми одержують з круглого або квад­ратного сортового прокату. Розрізують прокат на мірні заготовки кри­вошипними прес-ножицями, дисковими пилами, газовим різанням.

А б в

Рис. IV.25. Креслення деталі і поковки для неї

При штампуванні складних поковок доцільно застосовувати фасонні заготовки, форма яких наближена до поковки, їх виготовляють куван­ням на молотах і кувальних вальцях, але найбільш ефективним є застосу­вання періодичного прокату, що дає змогу заощадити 15 % металу і на 30 % зменшити трудомісткість виготовлення поковок.

3. Устаткування і метод штампуваннявибирають залежно від форми і розмірів поковки, властивостей матеріалу, кількості деталей та інших факторів.

Потрібну масу падаючих частин G, кг, штампувальних пароповітря­них молотів визначають залежно від площі горизонтальної проекції по­ковки F, см², за формулою

G = 5F.

Зусилля преса чи ГКМ для штампування Р також визначають за пло­щею проекції поковки на площину розняття штампа F, м²: Р = kFσ, H, де k = 6,4...7,3 - для преса і k =1,5...4,0 - для ГКМ; σ - границя міцності металу при температурі штампування, МПа.

Залежно від характеру деформування, форми головної осі, положення площини розняття, поперечного перерізу поковки поділяють на групи. Для кожної групи рекомендується свій метод штампування і вибір пере­ходів.

Однорівчакове штампування застосовують для виготовлення великих поковок на молотах і пресах за одне нагрівання. Багаторівчакове штам­пування виконують на молотах також за одне нагрівання.

На рис. IV.26 показано загальний вигляд нижньої половини штампа і схема штампування шатуна автомобіля 9 на молоті. Вихідна заготовка 5 квадратного перерізу на дві поковки після нагрівання протягується в рів­чаку 4. Далі за кілька ударів (з кантуванням на 90 ° після кожного удару) її підкатують у підкатному рівчаку 1 і, надаючи наближену до готової поковки форму 6, отримують фасонну заготовку. Штампуванням фасонної заготов­ки послідовно в чорновому 3 і чистовому 2 штампувальних рівчаках одер­жують поковку з облоєм 7. Потім у такій самій послідовності штампують другу поковку 8. На спеціальному обрізному штампі, проштовхуючи по­ковку крізь отвір матриці, обрізують облой. Штампування двох шатунів відбувається за 40 ударів молота загальною тривалістю 25...30 с.

Рис. IV.26. Штампування шатуна в багаторівчаковому молотовому штампі

Рис. IV.27. Послідовність переходів при штампуванні на пресі

На рис. IV.27 показано послідовність переходів при штампуванні на пресі колінчастого вала і поворотного кулака автомобіля. Колінчастий вал штампується з круглого прокату 1 у дворівчаковому штампі. В пер­шому рівчаку виконується згинання заготовки 2, а у другому - чистове штампування 3. Штампування видавлюванням поворотного кулака з циліндричної заготовки 4 виконується за три переходи 5, 6, 7.

4. Обробка поковоквключає виправлення, термообробку, очищення від окалини і калібрування.

Виправлення виконують для усунення викривлення осі та спотворення по­перечних перерізів поковок. Його здійснюють у нагрітому і холодному стані в чистових рівчаках штампів або в правильних штампах.

Метою термообробки поковок (найчастіше відпалювання і норма­лізація) є усунення залишкових напружень після штампування і поліпшен­ня оброблюваності різанням.

Очищення від окалини виконують в обертових барабанах, на дробометальних апаратах та травленням у 15... 18 % розчині сірчаної кислоти, на­грітої до 60 °С.

Калібрування застосовують для підвищення точності поко­вок і виконують в холодному і нагрітому стані. Розрізняють площинне і об'ємне калібру­вання.

Площинне калібрування (рис. IV.28, а) супроводжуєть­ся вільним переміщенням ме­талу в горизонтальному на­прямі й забезпечує підвищення точності вертикальних розмі­рів. Площинне калібрування

Рис. IV.28. Схеми калібрування і

кривошипно-колінного преса

виконують на спеціальних калібрувальних кривошипно-колінних пресах (рис. IV.28, б), які забезпечують великі зусилля на повзуні 1 при малій швидкості переміщення його в кінці робочого ходу. Зазор між верхньою і нижньою частинами штампа регулюється переміщенням опорної призми 2 за допомогою клина 3. Кривошипно-колінні преси виготовляють з зу­силлям на повзуні 0,63...31,5 МН.

При об'ємному калібруванні (рис. IV.28, в) бічні стінки рівчака затруд-нюють переміщення металу в горизонтальному напрямі. При цьому мо­жуть утворюватися задирки. Гаряче об'ємне калібрування (з нагріванням до 850...900 °С) по суті є доштамповуванням поковки до потрібних точ­них розмірів і здійснюється на КГШП в однорівчаковому штампі з насту­пним обрізуванням облою.

Запитання і завдання для самоконтролю

1. Суть об'ємного штампування і його переваги порівняно з куванням.

2. Які ви знаєте види штампів і типи рівчаків?

3. Схема роботи штампувальних молотів і пресів та їхні особливості

порів­няно з ковальськими.

4. Схема роботи і використання горизонтально-ковальських машин.

5. Основні етапи розробки технологічного процесу виготовлення

поковок об'ємним штампуванням.

6. За якими показниками вибирають молоти і преси?

7. Види і обладнання для калібрування.