Штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ)

На горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) обычно штампуют поковки вида стержней с всевозможными головками и утолщениями, вида простых и сложных колец и т. п. Высадка в большинстве случаев представляет собой высадку нагретого конца прутка или мерной заготовки с заполнением металлом рабочей полости пуасона и матрицы. При штамповке колец высадка пополняется безотходной прошивкой. Процесс штамповки сводится к следующим операциям.

Пруток (нагретая заготовка) вводится между полуматрицами и машины до упора, зажимается между неподвижной и подвижной полуматрицами и высаживается пуансоном. Кроме высадки и прошивки на ГКМ можно выполнять отрезку, гибку, пережим заготовки. Матрицы штампов ГКМ имеют 3-5 ручьев и более, такое же количество должно быть и пуансонов. Ручьи штампов и пуансоны располагаются вертикально один под другим. При штамповке поковок типа стержней с головками диаметр заготовки выбирают равной диаметру стержневой части поковки, а головку высаживают. Головку высаживают в одном ручье, если длина необходимой для этой части заготовки не более 2,5-3 ее диаметра. При штамповке колец металл набирают высадкой, а затем в завершающем ручье выполняют прошивку. ГКМ изготавливаются с номинальными усилиями от 1 до 30 МН, число ходов от 100 до 20 в минуту.

Холодная объемная штамповка

Холодной штамповкой получают тонкие (9-11 квалитет точности) и чистые (шероховатость поверхности Ra = 1,25-0,32) детали из стали, цветных металлов и сплавов.

При холодной объемной штамповке металл приобретает наклеп. Этим способом штампуют небольшие и средние детали (Æ´L = 80¸100´100¸200 мм).

К холодной объемной штамповке относят: объемную штамповку осадкой, выдавливанием (прессованием), холодную осадку, калибровку, чеканку, выдавливание полостей в массивных заготовках. Объемной штамповкой осадкой изготавливают мелкие рычаги, защелки и т. д. Ее выполняют в открытых и закрытых штампах. Объемной штамповкой с прямым, обратным и комбинированным выдавливанием (прессованием) изготовляют небольшие детали типа тел вращения. Ее осуществляют в массивных закрытых штампах матрицах.

При холодной объемной чеканке изделие деформируют в закрытом штампе без образования заусенца.

Листовая штамповка

Листовую штамповку применяют для изготовления плоских пространственных тонкостенных изделий из листового, ленточного полосового металла и неметаллических материалов.

Листовая штамповка осуществляется в штампах на прессах или в штампах без применения прессов (беспрессовая штамповка).

Листовой металл толщиной 0,15-4 мм называют тонколистовым, его штампуют обычно в холодном состоянии. Листовой металл толщиной 4-60 мм называют толстолистовым. При меньших толщинах его штампуют в холодном состоянии, а при больших обычно в горячем.

Листовые штампованные детали и изделия отличаются достаточной точностью (4-3 квалитет), хорошей взаимозаменяемостью. На металлорежущих станках их обычно не обрабатывают.

Основные преимущества листовой штамповки:

1 - возможность изготовления прочных, жестких, тонкостенных деталей или изделий простой и сложной формы, получать которые другими методами обработки затруднительно или невозможно;

2 - высокая производительность, экономичный расход металла и простота процесса;

3 - широкие возможности и относительная простота механизации и автоматизации процесса обработки.

Операции листовой штамповки подразделяют на: разделительные, при которых одна часть металла отделяется от другой; формоизменяющие, при которых изменяются пространственные формы заготовки; комбинирование и штампоуборные, при которых отдельные детали соединяются в единую конструкцию путем обработки давлением.

К разделительным операциям относят: резку, вырубку, пробивку, обрезку, зачистку, надрезку, проколку и просечку.

Криволинейная резка может производиться на дисковых ножницах с коническими ножами или на высечных ножницах.

Вырубка - единовременное отделение материала от заготовки или отхода по замкнутому контуру, причем отделяемая часть является изделием.

Пробивка – получение отверстий отделением материала по замкнутому контуру внутри детали.

Обрезка - отделение технологических отходов у полуфабрикатов.

Проколка - получение безотходного отверстия в тонкостенной заготовке.

Просечка - вырубка или пробивка неметаллических материалов.

Разрезание металла при разделительных операциях происходит в несколько стадий. Сначала пуансон слегка изгибает металл, несколько вдавливается в него и вдавливает его в матрицу. Затем пуансон и матрица надрезают металл. Далее по линии надреза появляются трещины скалывания. Эти трещины сходятся и металл разделяется.

Рез в штампе и на ножницах получается наклонным и нечистым. Для правильного образования трещины скалывания между пуансоном и матрицей должен быть определенный зазор z. Его величина зависит от свойств, состояния и толщины разрезаемого металла. Если зазор больше или меньше необходимого, рез получается со значительным заусенцем.

К формообразующим операциям листовой штамповки относят: правку, гибку, вытяжку, протяжку, выпучивание (формовку), отбортовку и разбортовку, листовую накатку (зиговку), профилировку, закатку и другие операции.

Правка – устранение неровностей и искривлений плоских деталей после вырубки, пробивки, а также для исправления отдельных элементов формы деталей после гибки или других формоизменяющих операций.

Вытяжка - получение в штампах полых пространственных полуфабрикатов из плоских или полых заготовок.

Протяжка - вытяжка с утонением применяется для изготовления полых тонкостенных деталей.

Отбортовка - получение борта по наружному контуру заготовки.

Разбортовка – образование борта по контуру ранее выполненного отверстия.

Формовка – изменение формы заготовки посредством местных деформаций, например, увеличение диаметра средней части полой детали.

Волочение. Основные вопросы теории

При волочении металл протягивается через отверстие волочильного инструмента (волоки) и принимает размеры и форму этого отверстия.

Волочением получают всю проволоку диаметром от 0,006 до 6,5 мм, калиброванный металл круглого и не круглого сечения, т.е. металл с гладкой блестящей поверхностью в прутках постоянного сечения по длине, высокой точности, трубы малых диаметров, а также фасонные профили высокой точности.

Существует четыре варианта волочения труб (рис. 12).

1. Волочение без внутренней оправки.

Внутренняя поверхность трубы получается неровной, сморщенной, такие трубы наиболее дешевые.

2. Волочение на короткой оправке.

Внутренняя поверхность получается хорошая. Этот способ очень распространен для труб малой длины, которая и ограничивается длиной оправки, закрепленной неподвижно.

Проволочная оправка, тоже неподвижная относительно волоки позволяет получить более длинные трубы.

3. Волочение на длинной подвижной оправке, протягиваемой вместе с трубой. Этим способом можно получать длинные трубы с точными размерами. Недостатком способа является сложность удаления оправки из трубы.

4. Волочение на плавающей оправке. Данный способ не имеет ограничений по длине протягиваемой трубы.

Как правило, основную деформацию металла осуществляют в горячем состоянии путем прокатки или прессования, а более дорогое волочение осуществляют в холодном состоянии, как чистовую операцию, для получения высокого качества поверхности и точности, следствием чего является повышение прочностных свойств готового изделия.

Деформация металла при волочении характеризуется следующими параметрами:

вытяжкой ,

относительным обжатием и ,

где D и d – диаметр прутка (проволоки) соответственно до и после волочения.

Для трубы важной характеристикой является также относительное изменение толщины ее стенки:

,

где t и t₁ – толщина стенки трубы соответственно до и после волочения.

Обычно волочение ведут в несколько пропусков, поэтому различают деформацию за один пропуск (e_ед , l_ед,) и за n пропусков (e_å, l_å). Эти величины связаны между собой следующим образом:

; .

Основными характеристики процесса волочения являются напряжение волочения на выходе из волоки s₁ и усилие волочения P.

Усилие волочения существенно зависит от производственных факторов: величины деформаций, формы и размеров исходной и конечной полосы, свойств и качества внутреннего начала матрицы и условий его смазки, свойств деформируемого металла, скорости волочения и т. д.

Во избежание обрыва металла процесс волочения ведут с некоторым запасом по прочности:

,

где s_т – предел текучести металла.

При волочении труб и прутков g = 1,3-1,4, а волочение тонкой проволоки осуществляется с запасом g = 1,8-2,0.

В процессе волочения металл наклепывается, уменьшается его запас пластичности и возрастает усилие волочения. При повторном волочении вероятность обрыва возрастает. После определенной суммы деформаций за несколько операций дальнейшее волочение становится невозможным, необходим отжиг с целью восстановления первоначальных свойств металла.

Для стали суммарное обжатие составляет 75 - 80%, после чего нужен отжиг. Медная проволока малыми единичными обжатиями может быть вытянута в 50000 раз без промежуточного отжига.

Чтобы прутки свободно входили в канал волоки, концы их перед волочением заостряют.