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

Подождите немного. Документ загружается.

лена конструкция трехручьевого штампа для изготовле-

ния конца карданного вала с расположением подвижной

матрицы в верхней части штампа, а на рис. 5.15

—

одно-

ручьевой штамп для высадки шарового пальца реактив-

ной штанги с расположением пружин в блоках матриц и

приводом подвижной матрицы через специальную тра-

версу. Подробно особенности конструирования указан-

ных типов штампов были рассмотрены выше.

Глава б. ЗАВЕРШАЮЩИЕ И ОТДЕЛОЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ

На механическую обработку поковки должны посту-

пать без облоя и искривлений, с точными размерами и

гладкой поверхностью. Поэтому завершающими опера-

циями в общем цикле объемной горячей штамповки яв-

ляются: обрезка облоя и пробивка отверстий, снятие

уклонов, термообработка и очистка поковок от окалины,

зачистка заусенцев, правка и калибровка.

Анализ трудоемкости отделочных и вспомогательных

операций свидетельствует о том, что во многих случаях

последняя составляет до 70% общей трудоемкости про-

цесса горячей штамповки. Поэтому вопросам их совер-

шенствования и высокому качеству выполнения должно,

быть уделено большое внимание.

6.1. Обрезка облоя и пробивка отверстий

Общие сведения. Штамповка на молотах и прессах

производится преимущественно в открытых штампах и

сопровождается образованием заусенца (облоя). При

штамповке сплошных поковок образуется только наруж-

ный облой, при производстве поковок со сквозными от-

верстиями (типа вилок и т.п.)—иногда и внутренний

облой в виде пленок или перемычек.

На последующую механическую обработку поковки

должны поступать без наружного облоя и внутренних

перемычек. Поэтому одной из наиболее важных завер-

шающих операций кузнечно-штамповочного производст-

ва является обрезка облоя и пробивка отверстий. Эти

151

операции осуществляют непосредственно в цехах горячей

объемной штамповки в специальных штампах, устанав-

ливаемых на обрезных прессах.

Способы обрезки и пробивки. Обработка поковок на

обрезных прессах может производиться как в горячем,

так и в холодном состоянии. Применение того или иного

способа зависит от материала поковок, а также от их

габаритов и формы. При выборе способа обрезки следует

помнить, что холодная обрезка и пробивка являются

самостоятельными операциями, не зависящими от темпа

предшествующей штамповки, что позволяет выполнять

их на оборудовании, территориально выделенном в спе-

циализированный участок холодной обрезки. Процесс

горячей обрезки, наоборот, тесно связан с темпом рабо-

ты ведущего штамповочного оборудования. Обрезные

прессы в этом случае являются составными частями

штамповочных агрегатов и поточных механизированных

(автоматизированных) штамповочных линий.

С точки зрения производительности обрезку поковок

целесообразно производить в холодном состоянии, при

этом значительно проще производить подгонку обрезно-

го инструмента и наладку штампов.

Холодную обрезку и пробивку рекомендуется приме-

нять для поковок из углеродистых сталей (с содержани-

ем углерода до 0,45;%) и низколегированных (с содер-

жанием углерода до 0,25%), которые изготовляются на

штамповочных молотах с массой падающих частей до

1,5 т включительно и кривошипных горячештамповочных

прессах усилием 1600 тс (16 МН), если поковки после

обрезки не требуют последующих операций (гибки, ка-

либровки и т. п.) в горячем состоянии. При холодной

обрезке и пробивке поковок из углеродистых сталей с

содержанием более 0,45% углерода и поковок из высоко-

легированных сталей некоторых марок, имеющих

повышенную твердость и хрупкость при охлаждении на

воздухе, возможно появление трещин. Холодная обрезка

таких поковок требует введения предварительного до-

полнительного отжига или их обычной термообработки.

Применение горячей обрезки, выполняемой сразу пос-

ле горячей объемной штамповки, с использованием ко-

вочного тепла, вызвано недостаточной пластичностью

некоторых обрабатываемых металлов в холодном состоя-

нии; возможностью применения обрезных прессов с мень-

152

шими усилиями; необходимостью выполнения после об-

резки последующих операций в горячем состоянии с того

же нагрева; недостаточной прочностью пробивных пуан-

сонов. Вместе с тем горячая обрезка упрощает и умень-

шает грузопоток в цехе.

Горячие обрезные работы производятся с одного наг-

рева на обрезном прессе, расположенном в штамповоч-

ном агрегате. При штамповке поковок на КГШП за один

или два перехода обрезной пресс может лимитировать

производительность штамповочного, поскольку число хо-

дов последнего в 2—3 раза больше числа ходов соответ-

ствующего обрезного пресса.

При обработке поковок из цветных металлов и спла-

вов применяют как холодную, так и горячую обрезку:

поковки из алюминиевых и медных сплавов подвергают-

ся только холодной обрезке, а поковки из титановых и

магниевых сплавов — только горячей, иногда со специ-

альным подогревом. Облой у крупногабаритных поковок

из легких сплавов обрезают на ленточных пилах. На пи-

лах во избежание трещин обрезают также поковки из

магниевых сплавов при толщине облоя более 2,5 мм [23].

Для обрезки и пробивки применяют штампы простые,

последовательные и совмещенные (комбинированные).

Холодную обрезку и пробивку рекомендуется произво-

дить раздельно в простых штампах, горячую обрезку об-

лоя и пробивку перемычек (с одновременным снятием

уклонов, правкой и т. п.) —в зависимости от типа произ-

водства, материала, размеров и конфигурации поковок

в простых, последовательных и совмещенных (комбини-

рованных) штампах.

Применение совмещенных штампов, как наиболее

производительных, но и наиболее сложных, становится

рациональным при крупносерийном и массовом произ-

водстве поковок. Более простые последовательные штам-

пы используются вместо совмещенных для изготовления

поковок сложной конфигурации.

Для холодных обрезных работ применяются криво-

шипные прессы общего назначения усилиями 25—200 тс

(0,25—2,0 МН), для горячих —обрезные кривошипные

прессы усилиями 160—1600 тс (1,6—16 МН). Наиболее

крупные поковки обрезают на гидравлических прессах.

Определение усилия и выбор обрезного пресса. Необ-

ходимое усилие для обрезки облоя или пробивки пере-

153

мычек зависит от механических свойств металла поков-

ки, температуры обрезки, толщины облоя или перемычки

в месте среза и периметра среза.

Расчетное усилие обрезки (пробивки) определяется

по формуле Р = йр<гср/

ср=(1,5—1,8)о

ср, где 6=1,1—

1,3 — коэффициент запаса усилия обрезного пресса;

1,7 —

коэффициент, учитывающий затупление режу-

щих кромок и другие несовершенства процесса резки;

ср

—

сопротивление срезу при температуре обрезки,

МН/м

(о

р может быть выражено через временное соп-

ротивление разрыву <т

по формуле а

ср

~0,8 аь); Р

р —

действительная площадь среза, м

, Р

р=8Ь

р, где Ь

ср

—

периметр среза, м;

5 —

толщина обрезаемого облоя (или

пробиваемой перемычки) с учетом срезаемых закругле-

ний на переходе от тела поковки к заусенцу (или пере-

мычке), а также с учетом верхнего отклонения этой тол-

щины, м. Фактическую толщину среза с учетом радиусов

закруглений и срезаемых уклонов рекомендуется опреде-

лять графически по чертежу поковки.

Усилия обрезки устанавливаются отдельно для на-

ружного и внутреннего заусенца, а при наличии одновре-

менной обрезки и пробивки в совмещенном штампе сум-

мируются.

Предел прочности (сг&, МН/м

) для различных марок

стали при холодной обрезке будет следующим:

Сталь углеродистая обыкновенная Ст. 2 340—420

Ст. 3 380—470

• Ст. 5 500—620

Ст. 6 600—720

Сталь углеродистая качественная 10 340

15 380

20 420

30 500

40 580

45 610

При горячей обрезке предел прочности может быть

определен по табл. 1.1 в предположении, что обрезка

происходит при температуре 750—800°. Данные о преде-

лах прочности различных цветных металлов и сплавов

можно найти в [13, 23],

При использовании штампов с буферными устройст-

вами необходимое усилие пресса определяется с учетом

усилия, расходуемого на сжатие пружины буфера. При

154

выборе пресса в этом случае номинальное его усилие

должно определяться с учетом следующего соотношения::

Рв>Ро + Рь

Ро—-усилие обрезки или пробивки (в

случае совмещения операций эти усилия суммируются);.

Рб

—

усилие сжатия пружинного буфера.

Номинальное усилие выбранного пресса обычно пре-

вышает расчетное. Это позволяет предохранить обору-

дование от поломки при случайном попадании поковки

с более толстым облоем или перемычкой, а также в слу-

чае обрезки захоложенной поковки.

Помимо определения необходимого усилия обрезного

пресса следует оценить достаточность размеров его штам-

пового пространства для размещения принятой конст-

рукции штампа.

Обычно на практике при горячей обрезке производит-

ся лишь проверочный расчет потребных усилий, а выбор

обрезных прессов осуществляется из условия комплект-

ности при агрегатировании их с ведущим штамповочным

оборудованием [2, 12].

При проектировании обрезных штампов необходимо

знание всех паспортных данных пресса. Важнейшей ха-

рактеристикой при этом является закрытая высота, слу-

жащая исходной величиной при проектировании штам-

пов и определении размеров их деталей (башмака, мат-

рицы, пуансона и т.д.) по высоте. Для свободной укладки

поковки на обрезную матрицу ход ползуна пресса дол-

жен быть больше высоты поковки.

Основным рабочим инструментом обрезных (пробив-

ных) штампов являются матрица и пуансон.

Обрезные и пробивные .матрицы. Режущий контур

матрицы выполняют по контуру разъема поковки с при-

пуском на слесарную пригонку, которая осуществляется

непосредственно по размерам обрезаемой поковки. При

горячей обрезке с целью получения качественного среза

и исключения последующей заточки- заусенца следует

производить обрезку с частичной зачисткой штамповоч-

ного уклона, при криволинейном разъеме режущая кром-

ка матрицы должна соответствовать линии разъема в.

ковочном штампе.

Размеры контура обрезной матрицы (рис. 6.1) а

для горячей обрезки рассчитываются по формуле а

— а

о—2Аа.

Величина

а может выбираться в весьма широких пре-

155

делах в зависимости от конструктивных особенностей по-

ковки. Для круглых в плане поковок, штампуемых осадкой

в торец,

а = (0,1 — 0,2) к

1§

у или

к'

= 2А

аЦ§

у= (0,2—

0,4) к

, где к

—•

высота элемента поковки, примыкаю-

щего к линии разъема; к

—

высота зачищаемой части по-

ковки; 7-гштамповочный уклон.

Полученный размер необходимо проверить по условию

свободной укладки поковки в матрицу обрезного штампа

.а

К 0

йп.о

+ Л

> которое после преобразования прини-

мает вид а

>а

— к

у + Д

+ 2.

В этих формулах через А

обозначено верхнее пре-

дельное отклонение размера поковки а

по ГОСТ 7505—•

74, через 2

—

гарантированный зазор между матрицей

и поковкой (по ее нижнему торцу), обеспечивающий сво-

бодную укладку поковки в матрицу, в зависимости от

размера поковки 2=2—6 мм.

Для удлиненных поковок, имеющих прямоугольную

форму поперечного сечения, величину зачистки Да сле-

дует уменьшить до (0,08—0,15)а для поковок типа

валов принимать а

.о =

+ а(/о

-- 20°)] и задаваться

наименьшей возможной для данной детали температу-

рой обрезки облоя 1

(а

—

коэффициент линейного рас-

ширения) .

При выборе А а нужно придерживаться следующего.

1. При обрезке облоя сложных поковок, требующих

подгонки пуансона по поковке, необходимо принимать

минимальные рекомен-

дованные величины Да,

ибо в противном случае

увеличивается усилие об-

резки, что может вызвать

коробление или смятие

поковки.

2. При малой высоте

(30г=С/г

=^50 мм) и боль-

ших размерах поковки в

плане (а

>300 мм) с

целью облегчения уклад-

ки и центрирования по-

а—обычная; о—с частичной зачисткой

штамповочного уклона: КОВКИ В Матрице Следует

п.г —размер горячей поковки; й

-раз-

принимать

меНЫПее ЗНЭ-

мер поковки в момент обрезки; т—зели-

чина остающегося заусенца Ч6НИ6 /лй.

156

3. При обрезке низких поковок (7г

<30 мм) большо-

го диаметра зачистку штамповочных уклонов не произ-

водят.

Во избежание внецентренной нагрузки на ползун

центр давления на поковку должен совпадать с центром

матрицы, поскольку она устанавливается в штампе по

центральной оси ползуна. Это достигается размещением

контура матрицы с условием соблюдения равенства меж-

ду собой отрезков периметра поковки, расположенных

между осями матрицы. При укладке в матрицу поковка

своей наиболее тяжелой частью должна быть обращена

к прессовщику.

Обрезные матрицы бывают цельные и составные.

Цельные применяются преимущественно для круглых

в плане поковок, составные

—

для поковок сложной фор-

мы. Составные матрицы позволяют регулировать раз-

меры обрезаемого отверстия, кроме того, изготовление

их для поковок сложных форм значительно упрощается.

Для того чтобы облой, который часто бывает искрив-

ленным, не препятствовал укладке поковки в матрицу,

режущая кромка последней делается в виде возвышаю-

щегося выступа, охватывающего режущий контур матри-

цы. Стенка провального отверстия выполняется обычно

с уклоном в 5° для свободного прохода поковки. По

внутреннему контуру режущей кромки при обрезке круг-

лых в плане поковок выполняется цилиндрический вер-

тикальный поясок высотой от 1,0 до 2,0 толщин заусенца.

Наличие этого пояска сохраняет размер матрицы при пе-

решлифовке. Составные (секционные) матрицы целе-

сообразно выполнять с конической режущей кромкой,

изменение размеров при их заточке в этом случае кор-

ректируется регулировкой матриц.

Выемку под клещевину на матрице следует преду-

сматривать при обрезке поковок, штампуемых с поворо-

том (заготовка на две поковки), с'клещевиной, много-

штучной штамповкой. Для удобства укладки поковки

на пояске матрицы выфрезеровывается канавка под лит-

ник, которую выполняют на 2 мм шире, чем в ковочном

штампе. С целью получения качественного среза эта

канавка может не предусматриваться: в этом случае она

Заваривается на основном штампе после его доводки и

приемки.

Матрицы с креплением клином в башмаке отличают-

157

ся удобством изготовления и наладки, крепление матриц

к башмаку на винтах менее рационально.

Матрицы пробивных штампов должны обеспечить

надежную фиксацию поковки, для этого обычно доста-

точно заключить в матрицу только часть нижней поло-

вины поковки, взятой от линии разъема. Не следует

слишком усложнять форму фигуры в матрице, повторяя

все подробности рельефа поковки, если она центрирова-

на и имеет надежную опору.

Провальные отверстия в пробивных матрицах делают

с вертикальными стенками. Их размер должен обеспе-

чить свободный провал высечки. Обычно он на 1—2 мм

меньше соответствующих размеров внутренней кромки

опорной поверхности поковки, чтобы кромка провально-

го отверстия матрицы не оставляла отпечатка на поверх-

ности поковки.

Более подробно особенности конструкций матриц об-

резных (пробивных) штампов описаны в [12, 19].

Зазор между пуансоном и матрицей. Значительное

улучшение качества поковок: отсутствие заусенца, отме-

на заточки после обрезки, улучшение базовых поверхнос-

тей для обработки резанием

—

все это требует более ре-

шительного внедрения обрезки поковок с зачисткой

штамповочных уклонов.

При этом очень важное значение имеет выбор зазора

между матрицей и гг^ансоном._! Величина зазора оказы-

вает большое влияние на качество и точность поверхнос-

ти среза, износ и стойкость штампа, величину потребно-

го усилия и работы обрезки.

Рабочий контур пуансона при обрезке выполняется по

провальному отверстию матрицы с зазором за счет

пуансона. При режущем пуансоне (рис. 6.2, а) зазор рас-

158

считывается по формуле

КЬ.

где

К —

коэффициент,

зависящий от материала поковки (для поковок из ста-

ли, дюралюминия и титановых сплавов /(=0,08—0,10;

для поковок из алюминия, меди, латуни и магниевых

сплавов К —0,04—0,06); Н

—

толщина срезаемого облоя.

Практически величина б должна быть не менее 0,2 мм.

Давящий пуансон (рис. 6.2,6, в, г) в процессе реза-

ния непосредственно не участвует, и поэтому величина

зазора не влияет здесь на качество среза. Пуансон слу-

жит только для проталкивания поковки через обрезную

матрицу. При обрезке облоя у высоких поковок (1г

>100 мм, рис. 6.2,6) пуансон не входит в матрицу, и по-

этому форма его может быть предельно упрощена. Он

делается круглым или прямоугольным, перекрывающим

в плане контур матрицы, причем его боковая поверхность

может не обрабатываться. Такой пуансон может быть

использован для группы поковок, обрезаемых на одном

прессе.

При обрезке облоя у невысоких поковок пуансон, как

правило, входит в матрицу. Если зазор между матрицей

и пуансоном мал, облой задерживается на пуансоне.

Чтобы предотвратить в этом случае его зависание на

пуансоне после горячей обрезки (рис. 6.3,6), необходи-

мо применять зазоры не менее 0,6—1,0 мм на 100 мм

размера поковки. Следует иметь в виду, что излишне

большие зазоры затрудняют наладку штампа.

При обрезке поковок с большими штамповочными ук-

лонами (рис. 6.2, в) использовать плоский пуансон не

представляется возможным, поскольку обрезка давящим

пуансоном приводит к образованию утянутого заусенца

(по контуру обрезки), который необходимо затачивать

на наждачном станке. В этом случае толкающий пуан-

сон выполняют с опорой по уклону поковки, что позво-

ляет получить чистую поверхность среза. Для повышения

стойкости пуансона его острые кромди необходимо при-

тупить из расчета выполнения размера 51:5

=(3,3—•

—0,3у)у мм. Зазор при обрезке подобных поковок

выбирается обычно равным 0,3 мм, однако и в этом слу-

чае не исключается возможность затягивания заусенца.

Для ликвидации утяжки облоя и облегчения центриро-

вания поковки в матрице предусматривают незначитель-

ное изменение конструкции поковки.

При обрезке облоя толкающим пуансоном у поковок,

159

имеющих в сечении круг (рис. 6.2, г), зазор выбирают

в зависимости от диаметра Ь. Минимальный зазор в этом

случае

0,3

мм (7)<20 мм), максимальный

— 6

= 1,5

мм (Д>70 мм) [12]. Величина притупления острых кро-

мок пуансона определяется зависимостью

0,2/)

+ 1, мм.

С точки зрения простоты изготовления и наладки

штампов зазор принимают одинаковым по всему конту-

ру обрезки, определяя его по тому сечению поковки, где

он имеет наименьшую величину.

При пробивке перемычек (пленок) режущим элемен-

том является пробивной пуансон, матрица только фикси-

рует поковку, а зазор в этом случае выполняется за счет

матрицы.

Размер пуансона при пробивке перемычек определя-

ется диаметром пробиваемого отверстия с учетом усадки

в предположении, что пробивка осуществляется при

750—800 °С. Зазор при этом выбирают конструктивно

в зависимости от формы прилегающего участка поковки

0,3—3

мм). Если конструкция наметки такова, что

позволяет использовать при пробивке режущую матрицу

(перемычка находится в непосредственной близости от

опорной поверхности поковки), то зазор выбирается с

учетом толщины пробиваемой перемычки по формуле

[12, 19]. При зазоре менее 1,5 мм применение направ-

ляющих колонок обязательно.

Обрезной пуансон. Во избежание изгиба и смятия вы-

ступающих частей обрезаемой поковки, вызываемых со-

средоточенной нагрузкой, обрезной пуансон должен

плотно прилегать к поковке. Достигается это подгонкой

пуансона: при холодной обрезке она осуществляется не-

посредственно по поковке, а при горячей — по контроль-

ной отливке с окончательного ручья штампа.

При подгонке рабочей поверхности пуансона следует

учитывать возможное увеличение размеров поковки, свя-

занное с износом отдельных частей ковочного штампа.

Поэтому, чтобы сохранить хорошее прилегание пуансона

к поковке для всей партии штампуемых поковок, быстро-

изнашивающиеся части (выступы, выемки, внутренние

радиусы и т. д.) по возможности пуансоном не охваты-

ваются. Между неопорными поверхностями пуансона и

поковкой должен оставаться зазор А, равный половине

положительного допуска на соответствующий размер

160