ТЕМА 8. ГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА 8.1 Сущность процесса, применяемое оборудование, инструмент, показатели качества заготовок 8.2 Правила выбора плоскости разъема матриц штампа 8.3 Проектирование полостей в поковках 8.4 Определение массы и размеров заготовки под штамповку

8.1 СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА, ПРИМЕНЯЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ, ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЗАГОТОВОК Сущность процесса горячей объемной штамповки (ГОШ) состоит в том, что заготовке придают требуемую форму заполняя металлом полость штампа, в результате чего его течение происходит в осях X, Y, Z, в отличие от ковки. Полость штампа, заполняемую металлом при штамповке, именуют ручьем. Ручьи делят на заготовительные, штамповочные, отрубные (ножи). Штамповку заготовок производят на молотах, прессах, горизонтально- ковочных машинах и на специальном оборудовании. Инструментами для штамповки заготовок служат штампы: открытые, закрытые, для выдавливания, высадки и др. Штамповку в открытых штампах применяют для заготовок любой конфигурации, закрытых – только для тел вращения. Совмещенная схема штампов для открытой и закрытой штамповки, рисунок 8.1.

Ковку без подкладных штампов применяют для получения заготовок простой формы массой до 250 т. Подкладные штампы позволяют получить заготовку относительно сложной формы, рисунок 7.1. Рисунок 8.1 – Совмещенная схема штампов для открытой (а) и закрытой (б) штамповки 1, 2 – соответственно верхняя и нижняя матрицы штампа; 3 – выталкиватель; 4 – облой; 5 – заусенец При штамповке в открытых штампах излишек металла на заготовку вытесняется в облойную канавку, образуя облой, у закрытых штампов – в щель, образуя заусенец. Облой тормозит перемещение металла из полости штампа, обеспечивая заполнение ее углов. Основная масса поковок изготавливается в открытых штампах, несмотря на то, что КИМ выше в закрытых штампах а)б)

Качество поверхности заготовок характеризуют параметром шероховатости Rz (Ra) и глубиной дефектного слоя h, таблица 8.1. Таблица 8.1 – Качество поверхности заготовок, полученных горячей объемной штамповкой Масса штампованной поковки, кгRz, мкмh, мкм До 0,25 Св. 0,25 до 4,0 Св. 4,0 до 25 Св. 25 до 40 Св. 40 до 100 Св. 100 до

Основные показатели качества заготовок, полученных способами горячей штамповки даны в таблице 8.2. Таблица 8.2 – Показатели качества заготовок Коэффициент выхода годного – КВГ для мелко- и среднесерийного производства 0,5…0,85, крупносерийного – 0,65…0,92. чем больше масса заготовки, тем он выше. Коэффициент использования материала – КИМ для цехов массового и крупносерийного производства КИМ = 0,45…0,62; КВГ = 0,75…0,89; КМТ = 0,6…0,7 при индукционном нагреве заготовок. Зависят коэффициенты от массы заготовок, чем больше масса (св. 40 кг), тем они выше. Способ горячей штамповки Допуски основного размера, мм, или квалитет JT Параметр шероховатости Rz или Ra, мкм На молотах, прессах 0,7 … 11,0Rz 20 … 160 С последующей калибровкой JT8 … JT12Rа 0,03 … 2,5 С высадкой на горизонтально- ковочных машинах 0,7 … 3,4Rz 20 … 160 Выдавливанием 0,2 … 0,5Rz 20 … 80 На чеканочных прессах JT8 … JT14Rz 20 … 80

Разъем в штампе необходим для размещения исходной заготовки в ручей, извлечения из него поковки. Требования, определяющие положение плоскости разъема штампа: 1. поковка должна свободно извлекаться из штампа; 2. плоскость разъема должна совпадать с плоскостью наибольших габаритных размеров поковки; 3. должно обеспечиваться минимальное количество переходов; 4. следует отдавать предпочтение прямой плоскости разъема и обеспечивать удобный контроль смещения матриц штампа. На рисунке 8.2 представлены возможные положения плоскостей разъема штампов для распространенных простых геометрических фигур. 8.2 ПРАВИЛА ВЫБОРА ПЛОСКОСТИ РАЗЪЕМА МАТРИЦ ШТАМПА

Рисунок 8.2 – Возможные положения плоскостей разъема штампов для простых геометрических фигур а)б) в)г)д)

Цилиндр. Возможны три варианта разъема (рисунок 8.2, а). В зависимости от соотношения высоты Н 0 и диаметра D 0 выбирают варианты разъема 13 штампов. Для цилиндров большой длины целесообразнее применять вариант 3, при котором заготовку штампуют поперек оси, так как напуски от штамповочных уклонов здесь будут только у торцов; для цилиндров небольшой длины, которые штампуют в торец, вариант 2. Для сферы (рисунок 8.2, в,г) оптимальная плоскость разъема – вариант 1, для куба (рисунок 8.2, д) – вариант 3. Усеченный конус. Возможны два варианта разъема (рисунок 8.2, б). Вариант 1 используют, когда величина угла конуса α достаточна для извлечения поковки из ручья без приложения значительных усилий. Поковки большой длины обычно штампуют по варианту 2 с напусками от штамповочных уклонов только на торцах. Реальные поковки можно рассматривать как сложные геометрические фигуры, состоящие из элементарных фигур. Если плоскость разъема штампов выбирают по максимальным габаритным размерам поковки, то полости штампов получаются неглубокими, облегчается их заполнение, но увеличиваются периметр и объем заусенца, а также площадь зеркала штампа, занятая ручьями.

Рассмотрим примеры. Требуется изготовить деталь типа шкива, втулки, шестерни и т.п. (рисунок 8.3, а). Выбирая разные плоскости разъема штампов, получим поковки различной формы (рисунок 8.3, б и в). При положении разъема, показанном на рисунке 8.3, б, применяют торцовую штамповку. Разъем, соответствующий рисунку 8.3, в, отвечает поперечной штамповке. Расположение и величина напусков зависят от соотношения размеров элементов поковки. При торцовой штамповке (рисунок 8.3, б) удается сделать наметку отверстия. Увеличивается КИМ. Снижается трудоемкость мехобработки при соотношении размеров Н д D д целесообразна торцовая штамповка. При штамповке шестерни, независимо от соотношений, целесообразна торцовая штамповка. Макроструктура получается одинаковой у всех зубьев, обеспечивая их высокую прочность. Рисунок 8.3 – Возможные положения плоскости разъема открытых штампов для поковки типа тела вращения (например, шестерни)

При наличии в детали отверстия, в заготовке предусматривают полость, с одной или двух сторон. Разновидности полостей в заготовках представлены на рисунке 8.4, где а) - одностороннее расположение полости; б) – двустороннее расположение глухих полостей для штамповок большой высоты; в) – равнорасположенные полости с двух сторон заготовки; г) – близкие к совпадению вершин полостей к плоскости разъема; д) – допустимый вариант расположения полости; е) – полость с тонкой перемычкой, легко срезаемой; ж) - предварительно полости получают в черновом, а окончательно в чистовом ручье с образованием кармана и утонченными стенками перемычки; з) – полость при большом диаметре поковки, но малой массе. 8.3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЛОСТЕЙ В ПОКОВКАХ Рисунок 8.4 – Типы поковок с полостями Кузнечные напуски на штамповке образуются штамповочными уклонами, радиусами закруглений, перемычкой в отверстиях. Штамповочные уклоны 1…10° исключают застревание поковок в ручьях.

В соответствии с ГОСТ предварительно определяют расчетную массу штамповки по номинальному размеру детали: 8.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ И РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВКИ ПОД ШТАМПОВКУ где m Д – масса детали; k Р – коэффициент, зависящий от конфигурации детали (k Р = 1,3…2,2). Определяют степень сложности штамповки: где m Ф – масса (объем) геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки, рисунок 8.5. Установлены степени сложности: С1; С2; С3; С4 и соответствующие им численные значения отношения m Ш / m Ф – св. 0,63 (С1); св. 0,32 до 0,63 (С2); св. 0,16 до 0,32 (С3); до 0,16 (С4).

Рисунок 8.5 – Геометрические фигуры, в которые может вписываться поковка

Определяют группу стали (М1; М2; М3) в зависимости от их химсостава (таблица 8.3) и класс точности штамповки (Т1; Т2; Т3; Т4; Т5). Таблица 8.3 – Классы точности поковок Оборудование, техпроцессы Класс точности Т1Т2Т3Т4Т5 Кривошипные горячештамповочные прессы: - открытая штамповка - закрытая штамповка - выдавливание Горизонтально-ковочные машины++ Прессы винтовые, гидравлические++ Горячештамповочные автоматы++ Штамповочные молоты++ Калибровка объемная++ Прецизионная штамповка+ Припуски и допускаемые отклонения штамповок определяют по исходному индексу, таблица 8.3, и размерам штамповки.

Масса металла заготовки, необходимая для получения штампованной поковки на молоте или прессе, где G пок масса поковки; G обл масса облоя (учитывается только при штамповке в открытом штампе); G уг масса отхода металла на угар. Массу облоя ориентировочно подсчитывают по формуле где ρ – плотность металла; F обл – площадь поперечного сечения канавки для облоя, L – периметр поковки по линии разъема. Ориентировочные площади поперечного сечения канавки для облоя F обл в зависимости от массы поковки приведены ниже. G пок, кгдо 0,5 0,5 … 1,51,5 … 55 … 1212 … 2525 … 4040 … 100 Св. 100 F обл, см 2 1,11,62,43,24,25,311,219,5 Масса отхода металла на yrap при нагреве в пламенной печи принимается равной 1,5…3% массы поковки с облоем и клещевиной, а при электронагреве 0,5…1%.

Площадь поперечного сечения заготовки для штамповки поперек оси где К – коэффициент, учитывающий перемещение металла заготовкой вдоль ее оси; V заг – объем заготовки без клещевины; L пок – длина поковки без клещевины. Значения К: 1,02…1,05 при отсутствии заготовительных ручьев; 1,3 – при пережимном ручье; 1,05 – при формовочном ручье; 1,05…1,2 – при подкатном ручье; 1,05…1,1 – при гибочном ручье (Lпок в этом случае считают по средней линии развертки). Если применяют один протяжной ручей без других заготовительных ручьев (за исключением гибочного или формовочного), площадь поперечного сечения заготовки принимают равной максимальной площади поперечного сечения поковки с облоем.

Длина заготовки При штамповке с клещевиной к длине заготовки добавляют длину клещевого конца. Длина клещевины должна быть не менее 25 мм и составляет 0,6…1 диаметра или стороны квадрата заготовки. При изготовлении поковок осадкой в торец отношение т длины заготовки L заг к ее диаметру d заг (или стороне A квадратной заготовки) должно составлять 1,25…2,8 (наиболее часто принимают т = 2). Задаваясь значением коэффициента т, находят: диаметр заготовки и ее длину или сторону квадратной заготовки и ее длину

Контрольные вопросы 1.Сущность процесса ГОШ. Оборудование и инструмент. 2. Показатели качества заготовок ГОШ. 3. Правила выбора разъема матриц штампа. 4. Назначение полостей в поковках. 5. Определение массы металла и размеров заготовки под штамповку.