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

Подождите немного. Документ загружается.

с отделением поковки от последнего. Таким образом^

штамповка поковок со сквозными отверстиями является

как бы заключительным этапом штамповки поковок типа,

стержня с концевым утолщением.

5.1. Разработка технологического процесса штамповки;

Общие сведения. Технологический процесс штампов-

ки на горизонтально-ковочных машинах существенно от-

личается от процесса, осуществляемого на молотах и

прессах. При многоручьевой штамповке на ГКМ наибо-

лее часто применяют наборные, формовочные, прошив-

ные и пробивные переходы.

Наборные переходы, являясь заготовительными, слу-

жат для увеличения толщины деформируемой части за-

готовки перед последующей формовкой и прошивкой,

Осуществляются они высадкой, так же, как и формовка,,

придающая утолщенной части поковки требуемую фа-

сонную форму. Обычно формовку и прошивку произво-

дят одновременно, при этом пробивку сквозных отверс-

тий в поковках, как правило, совмещают с отделением

последних от прутка.

Кроме указанных переходов, при штамповке на гори-

зонтально-ковочных машинах осуществляют обрезку об-

лоя, отрезку негодного под штамповку конца прутка,

пережим прутка на меньшее сечение, гибку, штамповку

выдавливанием и другие специальные переходы.

Наборные переходы и правила высадки. Для сосредо-

точения требуемых объемов металла на участках исход-

ной заготовки применяется высадка, осуществляемая в.

наборных ручьях.

При изготовлении поковки в несколько переходов на-

бор металла производят в коническом пуансоне, посколь-

ку характер течения и условия заполнения полости при

высадке в матрице хуже. Однако при штамповке осесим-

метричных поковок с удлиненной осью в ряде случаев

оказывается целесообразным располагать последний на-

борный переход в полости матрицы с целью создания

более благоприятных условий деформирования заготов-

ки в последующих ручьях штампа.

В том случае, когда в окончательном ручье штампа

заготовки высаживаются частично в полости матрицы,

121

а частично в полости пуансона, то и наборные переходы

получаются соответственно смешанного типа.

При разработке технологического процесса штампов-

ки поковок на ГКМ необходимо руководствоваться сле-

дующими основными правилами набора металла.

1. Высадку заготовки необходимого диаметра можно

производить за один переход без дефектов (искривления

заготовки, смещения металла в сторону, зажимов) толь-

ко в том случае, если длина высаживаемой части прутка

не превышает трех ее диаметров (т = 1/с1^.3). Такое со-

отношение может быть соблюдено только при ровном

торце заготовки и плоском пуансоне.

При отклонениях от указанных условий длину выса-

живаемой за один ход части заготовки / следует прини-

мать в следующих пределах: при скошенном торце среза

заготовки или после высадки с пережимом плоским пу-

ансоном

2,5 &

(т^2,5); при высадке пуансоном с на-

меткой отверстия под пробивку и при небольшом скосе

торца заготовки

= 2й (т^2); при высадке пуансоном

с наметкой под пробивку и при большом скосе торца или

после высадки с пережимом и сдвигом прутка 1=1,Ъй

(т^ 1,5).

2. При длине высаживаемой части заготовки 1>Ы

можно высадить поковку за один ход только при условии,

что наибольший диаметр полости пуансона или матрицы

не превышает \,Ъй (рис. 5.1). Промежуток между пуансо-

ном и матрицей а в момент начала высадки не должен

превышать величины й при диаметре полости матрицы

или пуансона ^ = 1,56 и а<\,Ьй при й\=\,2Ъй (рис. 5.1,

а); при высадке в конической полости пуансона с мень-

шим диаметром конуса, равным примерно диаметру

прутка й, промежуток а может быть увеличен до 2й, если

больший диаметр конуса равен 1,5й, и до Зс?, если боль-

ший диаметр конуса равен 1,25с? (рис. 5.1, б).

При многократном наборе металла в конических по-

лостях пуансонов до получения заготовки длиной I, рав-

ной трем средним диаметрам конуса й

ср

, величину про-

межутка между пуансоном и матрицей (осадки) устанав-

ливают исходя из среднего диаметра конуса. Учитывается,

что высаживаемый конец прутка начинает изгибать-

ся посередине: внутри пуансона или матрицы распола-

гают больше половины длины высаживаемой части (рис.

5.1,б).

122

При расчете конических высадок необходимо иметь

в виду, что в ряде случаев ручьи заполняются не до кон-

ца, и следует делать их по объему несколько больше

расчетных.

Особенности двусторонней высадки поковок. Если

высадка производится на значительном расстоянии от

конца прутка или с двух сторон его, применяются под-

г?

Хз

[

ч>за

Рис. 5.1. Схема высадки поковок в наборных ручьях:

а—цилиндрических; б—конических

вижные (скользящие) матрицы. Необходимость соблю-

дения основных правил высадки остается в силе и в:

этом случае.

Штамп для двусторонней высадки (рис. 5.2) отли-

чается от обычных штампов горизонтально-ковочных

машин наличием подвижной матрицы 3, состоящей из

двух полуматриц, штырей 4, пружин 5 и заднего упора 6.

Двусторонняя высадка осуществляется в нем следующим

образом. Нагретую заготовку укладывают на два под-

держивающих штыря 4, закрепленных в правой полумат-

123

рице 3, и фиксируют по заднему упору 6, при этом под-

вижная матрица под действием усилия пружин 5 нахо-

дится в исходном переднем положении. В момент закры-

тия блоков матриц заготовка попадает в ручей штампа.

Движущийся пуансон 1 начинает высадку переднего

конца заготовки. По мере заполнения передней полости

ручья штампа при высадке переднего конца заготовки

возрастает усилие деформи-

рования, передающееся под-

вижной матрице 3. Когда

это усилие превысит усилие

пружин 5, подвижная мат-

рица начнет перемещаться

назад вместе с располо-

женной в ней заготовкой.

С этого момента начинается

высадка и заднего конца

заготовки задним упором,

который выполняет роль

второго пуансона. В даль-

нейшем происходит одно-

временная деформация кон-

цов заготовки, т. е. двусто-

ронняя высадка. В момент

заполнения передней полости ручья штампа и оформле-

ния переднего конца поковки пуансон 1 касается под-

вижной матрицы, скользящей в соответствующих гнез-

дах блока матриц 2, своей опорной поверхностью Б и

продолжает перемещать ее назад до окончательного

оформления заднего конца поковки (рабочий ход В).

Между задним торцом подвижной матрицы и блоками

матриц остается гарантированный расчетный зазор Г.

После высадки поковки пуансон отходит в исходное

положение. Под действием усилия пружин подвижная

матрица вместе с поковкой также возвращается назад.

Блоки матриц с подвижными полуматрицами раскрыва-

ются, и готовая поковка выпадает из ручья штампа.

Методом двусторонней высадки на ГКМ можно штам-

повать различные по конфигурации поковки, которые по

конструктивным и технологическим особенностям разде-

ляются на две основные группы.

К первой группе относятся поковки типа стержня с

двумя утолщениями на концах; ко второй

—

поковки с

Рис. 5.2. Штамп для двусторон-

ней высадки в подвижных мат-

рицах

124

утолщением в средней части стержня. В свою очередь

каждую группу можно подразделить на ряд подгрупп в

зависимости от технологической сложности утолщений.

В отдельную группу можно выделить полые поковки,

штампуемые из трубных заготовок.

Для высадки поковок первой группы применяются

штампы с относительно слабыми пружинами, которые

возвращают подвижную матрицу в исходное положение

после высадки, а для второй группы необходимы силь-

ные пружины, удерживающие до определенного момен-

та подвижную матрицу в процессе высадки и возвраща-

ющие ее в исходное положение.

Общим для процесса двусторонней высадки является

использование штучных заготовок. При разработке тех-

нологического процесса в этом случае необходимо рас-

считывать положение заготовки относительно ручья

штампа, величину рабочего хода подвижной матрицы

и начальное положение заднего упора относительно под-

вижной матрицы (при условии того, что торец заготовки

касается заднего упора).

Для всех поковок первой группы характерны следую-

щие основные положения. Чертеж поковки разрабаты-

вают, исходя из условия, что стержневая ее часть не

деформируется. Диаметр стержня выбирают равным диа-

метру прутка из сортамента профилей проката. Припус-

ки, напуски и допуски назначают в соответствии с дейст-

вующим стандартом. Объем и длину заготовки опреде-

ляют по обычным правилам. Отдельно рассчитывают

длину каждого конца заготовки, необходимую для высад-

ки концевых утолщений.

В общем случае меньшее по объему утолщение целе-

сообразно высаживать задним упором, чтобы ход под-

вижной матрицы был минимальным.

В случае двусторонней высадки поковок, стержневую

часть которых невозможно зажать матрицами, заготовка

сначала проталкивается пуансоном до заднего упора,

после чего начинается высадка. Таким образом заготов-

ку можно укладывать с зазором по отношению к задне-

му упору.

При высадке поковок с длинной стержневой частью

можно нагревать только концы заготовки (например, на

индукционных установках или в специальных печах с по-

ристыми излучающими блоками). В этом случае также

125

не обязательно зажимать холодную стержневую часть

поковки, а заготовку можно укладывать с зазором отно-

сительно заднего упора.

При зажиме стержневой части поковки заготовка в

ручье не будет проталкиваться, и ее следует укладывать

вплотную к заднему упору. Для заготовок с косым сре-

зом торца рабочий ход подвижной матрицы нужно уве-

личивать на половину величины скоса торца.

Для поковок первой группы может быть несколько

вариантов высадки утолщений: а) оба утолщения выса-

живаются в полостях подвижной матрицы; б) одно утол-

щение высаживается в полости пуансона, другое

—

в по-

лости заднего упора; в) одно утолщение высаживается

в полости пуансона и матрицы, другое

—

в полости мат-

рицы и заднего упора; г) разнообразные комбинации

этих вариантов высадки.

Указанные варианты могут применяться как для

окончательной штамповки, так и для предварительного

набора металла.

Поковки первой группы типа стержня с простыми

утолщениями на концах (подгруппа 1) штампуются дву-

сторонней высадкой за один переход. Для них после

определения общей длины заготовки рассчитывается не-

обходимая длина высадки каждого конца и определяется

положение заднего упора относительно ручья штампа и

рабочий ход подвижной матрицы.

Поковки с двумя утолщениями, одно из которых мо-

жет быть получено за один переход, другое

—

за несколь-

ко переходов (подгруппа 2), подвергаются двусторонней

высадке только в первом ручье штампа, имеющем под-

вижную матрицу. В последующих ручьях обычной конст-

рукции производится окончательная высадка сложного

утолщения.

Поковки с двумя сложными утолщениями, каждое из

которых может быть получено в обычных штампах за

несколько переходов (подгруппа 3), изготовляются в

штампах с несколькими подвижными матрицами или с

одной подвижной матрицей, имеющей несколько ручьев

(по числу переходов менее сложного утолщения). В пос-

леднем случае необходимо при расчете высадки заднего

утолщения принять одну и ту же величину хода матри-

цы для каждого ручья.

На ГКМ с вертикальным разъемом матриц заготовку

126

укладывают на штыри или удерживают клещами. На

ГКМ с горизонтальным разъемом заготовку укладывают

непосредственно в ручей штампа.

Оформление утолщений в средней части поковок

(группа 2) имеет свои особенности, обусловленные

характером течения металла при односторонней высад-

ке в полость. В этом случае только в первый момент де-

формирования образуется симметричное утолщение, ана-

логичное бочке в процессе обычной осадки (высадки).

В дальнейшем бочка становится несимметричной ввиду

поступления металла с одной стороны полости. В резуль-

тате происходит несимметричное заполнение полости

металлом, причем передняя ее часть заполняется в пос-

леднюю очередь.

Аналогично происходит процесс односторонней высад-

ки в полость с шейкой, при котором образование несим-

метричной бочки прекращается в тот момент, когда бо-

ковая поверхность заготовки коснется шейки ручья

штампа. После этого практически приостанавливается

течение металла в заднюю часть полости и происходит

заполнение только ее передней части.

При постепенном уменьшении высоты полости процесс

высадки переходит в процесс бокового выдавливания в

щель, причем резкую границу между ними провести

нельзя. Условно можно считать, что при высоте полости

больше 0,8—0,9 диаметра заготовки имеет место высад-

ка, а при высоте кольцевой щели меньше 0,3—0,4 диа-

метра заготовки

—

боковое выдавливание. В промежутке

между этими значениями процесс обладает признаками

высадки и бокового выдавливания.

Выбор заготовки, определение объема и длины выса-

живаемой части. Исходной величиной для определения

размеров заготовки является объем прутка, подвергаю-

щегося высадке, который равен сумме объема высажи-

ваемой поковки (определяется по окончательному фор-

мовочному переходу), потерь металла на угар и отхода

на облой, если он неизбежен.

Штамповку заготовок типа стержня сплошного сече-

ния с одним или несколькими утолщениями производят,

как правило, из прутка диаметром, равным диаметру

наименьшего поперечного сечения поковки. Поковки это-

го типа в основном изготовляются из штучных загото-

вок и только наиболее мелкие из них штампуются от

127

прутка с последующим отделением их в отрезных ручь-

ях штампов [12].

Выбор диаметра прутка по меньшему диаметру по-

ковки иногда приводит к чрезмерно большому количест-

ву переходов и необходимости дополнительного подогре-

ва заготовки. В этих случаях выгоднее идти на утолще-

ние отдельных мест поковки и использовать пруток боль-

шего сечения.

Зная высаживаемый объем заготовки и задаваясь

диаметром прутка, определяют длину высаживаемой

части. Общая длина заготовки при этом будет представ-

лять собой сумму длин, идущих на высадку отдельных

мест (фланцев или утолщений) и длин частей прутка,

не подвергающихся высадке.

Если штампуемая поковка имеет отверстие, которое

в процессе высадки прошивается, то объем металла, вы-

тесняемого для образования последнего, необходимо вы-

честь из объема высаживаемой части заготовки. При про-

бивке отверстия объем отделяемого металла прибавля-

ется к объему высаживаемой части.

При двусторонней высадке поковок с утолщением в

средней части технологический процесс разрабатывают

с учетом вышеописанного характера течения металла при

односторонней высадке в полость. Объем металла несим-

метричной бочки, необходимый для заполнения полости

ручья штампа до касания со стенками, рассчитывается

из условия его высадки за счет переднего конца заготов-

ки.

После касания заготовки стенок штампа оставшиеся

(передний и задний) незаполненными объемы должны

заполняться соответственно за счет переднего и заднего

концов заготовки, т. е. задний упор высаживает только

длину заготовки, необходимую для окончательного за-

полнения задней части ручья. Соответственно, рабочий

ход подвижной матрицы также равен этой величине.

Таким образом, принимают, что подвижная матрица

начинает двигаться за счет сил трения, возникающих в

месте контакта заготовки со стенками штампа по макси-

мальному диаметру.

Недостаточное усилие пружин вызывает движение

подвижной матрицы назад еще до контакта бочки со

стенками штампа за счет сил, возникающих на задней

торцовой поверхности ручья. В этом случае заполнение

128

полости последнего будет происходить за счет высадки

обоих концов еще до контакта бочки со стенками штам-

па. Для штампов с такими пружинами затруднительно

точно рассчитать необходимые объемы высадки перед-

него и заднего концов заготовки. В этом случае неизбеж-

на корректировка штампа в процессе отладки.

При оформлении утолщения, имеющего шейку, рас-

считывают объем металла бочки, необходимый для час-

тичного заполнения полости до контакта в месте ее су-

жения, считая, что высадка происходит за счет переднего

конца заготовки. После контакта заготовки со штампом

в месте «шейки» процесс его заполнения разделяется на

два самостоятельных односторонних процесса. Передняя

полость до «шейки» заполняется за счет переднего кон-

ца заготовки, задняя (после сужения ручья)—за счет

ее заднего конца. В частности, для симметричной поков-

ки с малой разницей размеров «шейки» и заготовки дли-

ны переднего и заднего концов, необходимые для окон-

чательного заполнения, будут одинаковы после контакта

«бочки» с сужением ручья штампа.

Двусторонняя высадка поковок различных типов мо-

жет быть осуществлена как с образованием облоя, так

и без него. В случае безоблойной двусторонней высадки

учитываются общие требования, предъявляемые к безоб-

лойной штамповке.

Порядок расчета объемов при двусторонней высадке по-

ковок следующий. По чертежу поковки определяется мак-

симальный диаметр высадки -О

шах

. Затем по приведенным

на рис. 5.3 графикам устанавливается положение этого

диаметра в случае оформления несимметричной бочки (/г

тах

В ЭТОТ момент объем задней части цилиндрической полости

равен (яйша

/4)/1

таг

По этим же графикам можно найти коэффициент за-

полнения задней части полости К

, с помощью которого

уточняется задний заполненный .объем У

зв

= К

X (яЯ*

ах

/4)й

тах

Аналогично определяется объем передней цилиндричес-

кой части полости (пОтх/4) (Н

—

тах

). С учетом коэф-

фициента ее заполнения К

(см. рис. 5.3) находится также

и передний заполненный объем У

п Б

= К

(п

^тах/4)

X (Я

—

ти

Приведенные графики построены для цилиндрических

(/. Зак. 548

129

полостей, при этом

с1

и Н=\,Ъй высаживаемого прут-

ка. Для других высот указанные коэффициенты опреде-

ляются интерполяцией.

Оставшиеся незаполненные объемы должны запол-

няться соответственно за счет высадки переднего и зад-

него концов заготовки, откуда и определяются необходи-

мые их длины.

1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6

2,8

Ваш

Рис. 5.3. Графики к расчету высаживаемого объема при двусторон-

ней высадке:

1—Н=с{; 2-Я-1,5 й

В общем случае расчет ведется для цилиндрической

полости, после чего производится корректировка по объе-

мам фактической полости ручья.

Определение размеров полости наборной части ручья.

Количество необходимых наборных переходов и их раз-

меры зависят от отношения высаживаемой длины прут-

ка к его диаметру. Относительная длина высаживаемой

части прутка

т=1/с1

обусловлена объемом металла и диа-

метром прутка. Расчет объема ведут по горячим размерам

поковки с учетом усадки.

Наиболее интенсивный набор металла обеспечивается

высадкой в конических полостях пуансонов, размеры ко-

торых определяются на основании следующих правил.

1. Больший диаметр конической полости Б

не дол-

жен превышать

1,8 с!

(й

—

диаметр исходного прутка)

(рис. 5.4). На практике обычно применяют отношение

1й=\,2Ь при длине высаживаемой части заготовки

/>10

с?

и /)

/Й=1,5 при К

10 с?

(но при 1>тй).

130