Вербицкий Е.И. Добровольский И.Г. Курсовое проектирование по горячей штамповке

Подождите немного. Документ загружается.

стоит из сборного основания 2, в котором закреплены

рычаги 4, соединенные с подвижными ползушками 5,

которые могут перемещаться в нижней опорной плите 3,

соединенной со штоком пневмоцилиндра ). В ползуш-

ках крепятся полуматрицы 6.

Когда ползун пресса и верхняя плита штампа 7 на-

ходятся в верхнем положении, а опорная плита 3 в ниж-

нем положении, полуматрицы 6 сомкнуты, заготовка

укладывается в штамп. При ходе ползуна вниз происхо-

дит штамповка, усилие штамповки одновременно явля-

ется усилием зажима. Когда ползун пресса вернется в

верхнее положение, пневмоцилиндр подымает опорную

плиту 3, ползушки 5 с полуматрицами 6 разойдутся, а

выталкиватели 8 вытолкнут заготовку из полуматриц.

Глава 4. ВАЛЬЦОВКА ЗАГОТОВОК

НА КОВОЧНЫХ ВАЛЬЦАХ

Вальцовка заготовок применяется для увеличения

длины исходной заготовки за счет уменьшения площади

поперечного сечения, в качестве заготовительной опера-

ции при штамповке поковок переменного сечения на па-

ровоздушных молотах и кривошипных горячештамповоч-

ных прессах взамен протяжки и подкатки, в массовом

и крупносерийном производстве

—

как штамповочная

операция для получения поковок с облоем (штамповоч-

ная вальцовка). В отличие от прокатки вальцовка заго-

товок производится во вращающихся секторах

—

штам-

пах, расположенных на части окружности валков ковоч-

ных вальцов.

В зависимости от конструкции ковочных вальцов за-

готовки перемещаются либо в направлении, обратном по-

даче, либо «на проход», т. е. в направлении, совпадаю-

щем с подачей заготовки. Вальцовка может осуществ-

ляться в один, два и три перехода.

После каждого перехода заготовка кантуется на

90°. В многоклетьевых вальцах оси валков каждой после-

дующей клети повернуты относительно предыдущей на

90°, поэтому кантовка заготовок не производится.

101

При штамповке на паровоздушных молотах получе-

ние фасонной заготовки на ковочных вальцах целесооб-

разно в тех случаях, когда на заготовительные опера-

ции—протяжку и подкатку—'затрачивается более трех

ударов. В этом случае вальцовка заготовок обеспечивает

большую производительность (при условии, что валь-

цовка и штамповка производятся с одного нагрева), сни-

жается трудоемкость изготовления поковок. Включение

ковочных вальцов в технологическую линию штамповоч-

ного молота освобождает молот от непроизводительных

операций, позволяет в 1,5—2,5 раза повысить производи-

тельность штамповочного оборудования. При замене

подкатки и протяжки вальцовкой сокращаются габари-

ты молотовых штампов, улучшаются условия их работы,

повышается долговечность, что снижает их стоимость на

10-15%.

Вальцовка заготовок обеспечивает стабильность и

точность размеров фасонной заготовки, значительно сок-

ращая тем самым расход металла в облой. Экономия

металла в зависимости от размеров и формы поковок со-

ставляет 5—20%.

4.1. Калибровка валков ковочных вальцов

Классификация вальцуемых поковок. Все поковки с

удлиненной осью и значительной разницей в площадях

поперечного сечения вдоль оси, которые при штамповке

на молотах и кривошипных горячештамповочных прессах

требуют вальцовки на ковочных вальцах, подразделяют-

ся на следующие группы.

Первая группа — поковки с удлиненной осью, у

которых элемент (головка), имеющий максимальную

площадь поперечного сечения, находится на конце поков-

ки; вторая

—

поковки с удлиненной осью, у которых

элемент (головка), имеющий максимальную площадь

поперечного сечения, находится на некотором расстоянии

от концов поковки; третья группа — поковки с уд-

линенной осью, при последующей штамповке которых

необходимо предусмотреть клещевину, в которую входят

две подгруппы в зависимости от расположения клещеви-

ны: а) со стороны максимального поперечного сечения

поковки; б) со стороны минимального поперечного сече-

ния поковки.

102

У поковок первой группы при вальцовке на консоль-

ных и закрытых ковочных вальцах большая головка не

вальцуется, а сохраняет размеры исходной заготовки и

служит клещевиной для удержания поковки в клещах,

поковки второй группы надо вальцевать поочередно с

двух сторон, а следовательно, при вальцовке второго

конца меняют клещи и систему упоров (что значительно

снижает производительность и температуру вальцован-

ной заготовки) или используют клещевину, за которую

держат заготовку в процессе вальцовки, что увеличивает

расход металла. Для получения нормальной производи-

тельности и устранения перерасхода металла вальцовку

поковок II группы ведут на двухклетьевых или много-

клетьевых ковочных вальцах. В этом случае для устра-

нения возможного проскальзывания заготовки в процес-

се осуществления вальцовки следует предусматривать

незначительное обжатие большой головки и технологи-

ческие захваты.

Поковки III группы (подгруппы а) вальцуются с двух

сторон или на двухклетьевых ковочных вальцах (как по-

ковки II группы) с обжимом клещевины или как поковки

I группы, оставляя клещевину площадью поперечного се-

чения, равной исходной заготовке. Поковки III группы

(подгруппы Ь) вальцуются как клещевины поковки I

группы с увеличением длины на величину со стороны

конца меньшего поперечного сечения.

Для обеспечения надежного заполнения полости

штамповочного ручья желательно получить профилиро-

ванную заготовку квадратного сечения; при резкой гиб-

ке, приводящей к зажимам штамповок квадратного про-

филя, и в тех случаях, когда поковка имеет участки

круглого поперечного сечения, используют заготовку с

круглым сечением.

В зависимости от формы и размеров поковки приме-

няют следующие способы вальцовки и системы калиб-

ровки.

Одноручьевая вальцовка осуществляется

по системе круг

—

плоский овал или квадрат

—

плоский

овал, т. е. из круглой или квадратной исходной заготовки

получают вальцованную заготовку овального поперечно-

го сечения.

Двухручьевая вальцовка производится по

системе круг—овал—квадрат, при этом из заготовки

103

круглого сечения через промежуточный овал (в первом

калибре) получают вальцованную заготовку квадратно-

го поперечного сечения.

4.2. Разработка технологического процесса

вальцовки заготовок по системе калибровки

круг — овал — квадрат

Определение размеров вальцованной заготовки. Наи-

лучшим способом определения размеров вальцованной

заготовки является метод построения расчетной заготов-

ки и ее эпюры сечений, а также эпюры сечений вальцо-

ванной заготовки.

Для определения размеров вальцованной заготовки

необходимо по чертежу поковки (рис. 4.1, а) построить

расчетную заготовку (рис. 4.1,6) и ее эпюру сечений

(рис. 4.1, в).

сечении

Спрямленная эпюра/~~\

.мйИ

Г*

1г

1', 1'г 1}

Рис. 4.1. Конструирование вальцованной заготовки

Построение эпюры сечений вальцованной заготовки

(спрямленной эпюры) заключается в замене всех криво-

линейных участков эпюры сечений расчетной заготовки

прямолинейными. Спрямление участков производится из

условия равенства избыточных и недостающих объемов.

Концевые участки эпюры сечений вальцованной заготов-

им

ки получаются в виде прямых линий, перпендикулярных

к оси эпюры. По эпюре сечения делается чертеж вальцо-

ванной заготовки, при этом следует помнить, что боль-

шая головка поковки не вальцуется, в любом сечении

придерживаются равенства площадей поперечного сече-

ния расчетной и вальцованной заготовки. Поскольку чер-

теж вальцованной заготовки (рис. 4.1,г) является эски-

зом второго перехода, для удобства конструирования ин-

Л-оЩ

16,0

15,0

1\0

13,0

12,0

11,0

10,0

9,0

8,0

7,0

6,0

5,0

4,0

3,0

Рис. 4.2. Диаграмма для определения коли-

чества переходов вальцовки

струмента все размеры определяются с учетом усадки

при нагреве.

Сторона квадрата вальцованной заготовки в характер-

ных сечениях будет С

и2 п

= 1,02/С

]Л$

1>2

, ,

где 51,2

п —

площадь поперечного сечения расчетной

заготовки в характерных местах (индексы 1, 2, . . . , п,

здесь и далее указывают номера выбранных сечений).

Коэффициент 1,02 принимается на компенсацию скруг-

лений углов квадрата (рис. 4. 2, г) радиусом п,г

= 0,22 С],2

•

Длины участков вальцованной заготовки берутся

равными длине соответствующих участков эпюры валь-

цованной заготовки с учетом линейной усадки

Кп'Луч —

1э(уч)Кл-

105

Определение размеров исходной заготовки. Так как

большая головка вальцованной заготовки не обжимается,

а служит клещевиной для удержания в процессе вальцовки,

то площадь поперечного сечения исходной заготовки 5

следует определять по максимальному сечению расчетной

заготовки 5

шах

с учетом угара б': 5

= 8'5

шах

, где б' —•

коэффициент, учитывающий потери металла на угар. Диа-

метр исходной заготовки Г>

= 1,13 / 5

г-

Далее по сортаменту выбирается ближайший больший

размер заготовки С

зг

, 5

ЗГ

. Для определения длины исход-

ной заготовки необходимо по эпюре сечений вальцованной

заготовки определить объем поковки с облоем Узг = У

и объем заготовки с учетом угара У

зг

= У

(100 + 61/100,

где

б —

угар металла, %, а затем рассчитывают длину

заготовки по формуле Ь

вг

= У

ЗГ

Определение количества переходов вальцовки. Коли-

чество переходов вальцовки определяется по общему ко-

эффициенту вытяжки заготовки Аобщ, исходя из условия,

что Аобщ^Яшах, где А,

ах — максимальный допустимый

коэффициент вытяжки при данном количестве переходов.

Коэффициентом вытяжки при вальцовке называется

отношение площади поперечного сечения исходной заго-

товки 5

ЗГ

к площади поперечного сечения вальцованной

заготовки 51,2, ...,

п,

Я5

зг

/51,

,...,

«•

При вальцовке с несколькими переходами общий

коэффициент вытяжки равен произведению коэффициен-

тов вытяжки за каждый переход: Аобш^ЯгАа- ...-Хп-

Практически количество переходов вальцовки может

быть определено по диаграмме зависимости максималь-

ного коэффициента вытяжки Ятах от отношения А/Нзг-

На диаграмме (см. рис. 4.2) зона / соответствует валь-

цовке в два перехода, зона

II —

в три перехода. При

Ятах^З и отношении А/Н

зг

= 4—10

возможна вальцовка

в один переход по системе круг—плоский овал. При этом

необходимо, чтобы отношение осей овала было бы мень-

ше отношения осей поперечного сечения поковки. Во

избежание зажимов краев вальцованной заготовки и вы-

теснения большого объема металла в облой при штам-

повке с кантовкой на 90° сечение проверяется на устой-

чивость, а заготовки фиксируются в штамповочном ручье.

Определение размеров первого перехода (овального

сечения). Расчет овальных сечений вальцованной заго-

106

товки после первого перехода производится также с уче-

том линейной усадки. Зная площадь поперечного сечения

исходной заготовки 5

ЗГ

и площадь характерных сечений

вальцованной (квадратной) заготовки, рассчитывают ко-

эффициенты вытяжки на каждом участке п :

• 2

п =

зг

/51,

п- Затем определяется отношение

10А

/Н

3г

Рис. 4.3. Номограмма для определе-

ния отношений осей овальных сечений

при двухручьевой вальцовке

107

осей овала «1, 2,...,

= 2,...,

п/кг, г,...,

в характерных се-

чениях. Для этого вычисляют отношение Л/Я

зг

и по но-

мограмме (рис. 4.3) в зависимости от Л-1,2 п устанавли-

вают отношение осей овала а^

,...,

для каждого сече-

ния.

По номограмме (рис. 4.4) находят коэффициенты вытяж-

ки первого перехода в характерных сечениях ..., п,

а площади поперечного сечения соответствующих овалов—

по формуле 51,2 п =5

зг

/Я],

, Л.,

•

вытяжки в первом переходе

108

По графику (рис. 4.5) определяют коэффициент

К 1,2

, равный отношению площади овала к пло-

щади описанного прямоугольника для всех значений

а 1,2 п, и затем вычисляют размеры Овалов по фор-

мулам: к 1,2 п = К

К$1,2 п\К\,1 я Я1,2 я,

Ь\,2, я = Я 1,2, .... я ^1,2,

...,. л»

^1,2, .... л = (й 1,2, ....

+ 1)^1,2 л/4, где /11,2, ...,

—высота, Ь\,2,

—ши-

рина, ^1,2

л —

радиус овалов.

Продольные размеры каждого участка овального пере-

хода устанавливают из условия равенства объемов /у

= К

уч

, где 1/

уч

—

объем соответствующего участка,

определяется по эпюре вальцованной заготовки, 5у

—пло-

щадь поперечного сечения соответствующего участка оваль-

ного перехода.

На участках с переменным поперечным сечением, вклю-

чая переходные 1

(см. рис. 4.2, г), площадь попереч-

ного сечения подсчитывается как полусумма максимальной

и минимальной площадей поперечного сечения этого участка

ср

= (5

тах

+ 5

;

)/2. По данным расчета делается эскиз

первого перехода вальцованной заготовки (рис. 4.2, д), при

этом отдельные участки радиусом

5 —

20 мм должны быть

сопряжены.

Определение усилия вальцовки. Усилие вальцовки

оказывает существенное влияние на точность вальцовки,

так как с увеличением усилия увеличивается пружинение

валков, а следовательно, изменяется межосевое расстоя-

ние ковочных вальцов и высота сечения вальцуемой за-

готовки. Превышение номинального усилия ковочных

вальцов ведет к их быстрому износу и поломкам.

Усилие вальцовки определяется по формуле Р —

= рЬ

ср

к МН, где 6

ор

—

соответственно

средняя ширина очага деформации (полосы в валках), ра-

бочий радиус валков, разность высот заготовки при входе

и выходе из валков, м(мм); р

—

среднее удельное усилие

вальцовки, Н/мм

Среднее удельное усилие вальцовки следует определять

по формуле р = п

Х)

, где п

—

коэффициент, учитыва-

ющий влияние неравномерности уширения при вальцовке, по

данным [1], может быть принят п

= 1,08; я

—коэффици-

ент, учитывающий влияние скорости деформации, по дан-

ным С. И. Губкина [1,12], для скоростей и температур

109

вальцовки п

= 2,5 —3,5, большее значение следует при-

нимать для конструкционных легированных сталей, мень-

шее— для углеродистых; п

—

коэффициент, учитывающий

влияние трения на контактной поверхности сектор

—

штамп—

металл и влияние жестких концов, может быть определен

по графику рис. 4.6, рекомендованному [1], в зависимости

от соотношения размеров очага деформации соответствен-

Щр>Тс

Рис. 4.5. График для определе- Рис. 4.6. График для определе-

ния коэффициента К ния коэффициента п

ной полосы [16]. о

— предел текучести материала при

температуре вальцовки.

Крутящий момент при вальцовке на оба валка находят

следующим образом:

Ри( 1

+ 1/г!) МНм,

где и

—

плечо силы Р, м (мм), при вальцовке заготовок

и = (0,4

—

0,6) У Я

А й; т]

—КПД зубчатой передачи

(0,97).

4.3. Конструирование секторов-штампов

и технологической оснастки

Конструирование ручьев секторов-штампов. Опреде-

ление размеров вальцовочных ручьев производится на ос-

новании эскизов переходов. Сначала необходимо найти

110