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

Подождите немного. Документ загружается.

Табл. 7.1. Относительное распределение выбракованных

штампов по виду разрушения, %

Штамп

Вид разрушения

молотовый I КГШП | ГКМ

Глубокие трещины (Т), откол (О)

Деформация элементов гравюры (Д)

Износ (И)

Разгарные трещины (РТ)

Комплексное разрушение

45 —

25 10

30 15

10 75

(Т+О+Д+И+РТ)

65 25

тационные свойства штамповой стали; 2) способ и тех-

нология изготовления штампов; 3) температурно-сило-

вые условия их эксплуатации.

Одним из основных направлений в поиске путей даль-

нейшего повышения стойкости штампов является улуч-

шение эксплуатационных свойств штамповых сталей.

Легированные штамповые стали повышенной вязкос-

ти применяются преимущественно для молотовых ковоч-

ных, правочных и калибровочных штампов и вставок,

для ручьевых вставок штампов КГШП для цельных по-

луматриц, зажимных вставок и наборных пуансонов

ГКМ, матриц и пуансонов для горячей обрезки, матриц

горячей правки и некоторых других [12].

Штамповые стали повышенной прочности используют

при штамповке выдавливанием для формовочных, пере-

жимных, просечных и отрезных вставок матриц, а также

мелких пуансонов и противников ГКМ, пробивных пуан-

сонов, матриц горячей правки и т. д.

Для холодных работ в пробивных, правочных и ка-

либровочных штампах находят применение стали высо-

кой прокаливаемое™ и износоустойчивости (Х12М,

Х12Ф1).

До последнего времени горячие молотовые и прессо-

вые штампы изготовлялись из стали, как правило, со-

держащей в своем составе никель (5ХНВ, 5ХНТ, 5ХНМ,

5ХНС, 5ХНСВ). Самой распространенной и наиболее

стойкой при эксплуатации была сталь 5ХНВ.

Задача всемерного использования безникелевых ста-

7.1. Материал штампов

181

лей и одновременного значительного повышения стойкос-

ти штампов в наиболее тяжелонагруженных процессах

безоблойной и точной штамповки, выдавливания, скоро-

стной штамповки и особенно при обработке легирован-

ных жаропрочных сталей и сплавов требует новых штам-

повых сталей.

Относительная ориентировочная оценка их служеб-

ных свойств с помощью сравнительного коэффициента

/С

(изменяется в пределах 1,2—14 относительно его зна-

Табл. 7.2. Сравнительные коэффициенты стойкости штампов

по материалу Лм [21]

Температура,°С

Сталь

закал-

ка

отпуск

Штамп, твердость

5ХГСВФ 870 610 Молотовьш, КГШП,

НКС 37—39

5ХГСТФ 900 380 Средних размеров,

ИКС 44—52

4ХЗВМФ 950 590 КГШП, НВ 415—477

4Х5В2ФМС 1040 590 КГШП, НВ 415—477

40ХСМФ 930 560 Молотовый, КГШП,

НКС 44—47

45Х2МФ 940 670 Молотовый крупно-

(на бейнит) габаритный,

НВ 302-321

ЗХ2В8Ф 1100 650 КГШП, НКС 40—42

Р18 — — Разъемные матрицы

4Х4М2ВФС (ДИ22) 1070 1/620

2/590

45ХЗВЗМФС (ДИ23) 1150 1/645

2/615

5Х2ВМНФ (ДИ32) 970 1/590 Молотовый, КГШП,

2/540 НКС 46-48

5Х10В5МФ Наплавка 550 Бойки ковочных прес-

сов, НВ 500—550

Сплав Т-620 — 580 КГШП, НУ 650—690

КГШП, НКС 46—50

КГШП, НКС 46-48

Сплав ВК20 — КГШП

1,2—1,4

1,6

1,4

1,9

2,5—3,0

1,5—3,0

2,0—3,0

3,4

3,0—4,5

6,0

2,3

7—10

12—14

15—25

Примечание. Эталон

•

кой /См=1

•

сталь 5ХНВ с нормальной термообработ -

182

чения для стали 5ХНВ) приведена в табл. 7.2. При ар-

мировании штампов твердым сплавом величина указан-

ного коэффициента достигает 25.

7.2. Изготовление и возобновление штампов

Основным способом изготовления штамповой оснаст-

ки, вставок и других элементов является обработка ре-

занием. Последнее время наряду с ней начинают широко

применять штамповку и отливку как ручьевых вставок,

так и цельных штампов. Подобные способы изготовления

оправдывают себя в крупносерийном и массовом произ-

водстве с большим годовым расходом штампов. Получа-

ют все большее распространение специальные методы из-

готовления штамповых гравюр, позволяющие обрабаты-

вать заготовки любой твердости [10].

Технический уровень производства штампов во мно-

гом предопределяет эксплуатационный ресурс, точность

и стоимость штамповой оснастки [4]. Для сокращения

расходов штамповых сталей и повышения производи-

тельности на операциях формообразования гравюр на

многих заводах получило распространение производство

литых штампов в основном из сталей 5ХНВ и 5ХНМ

[4]. Точное литье с применением керамической массы

позволяет при последующей механической обработке ог-

раничиться лишь обработкой посадочных поверхностей

и доводкой ручья. Стойкость литых штампов и вклады-

шей примерно такая же, как и у штампов, изготовляемых

по обычной технологии. Однако литые штампы (вкла-

дыши) трудно поддаются восстановлению и отличаются

меньшей надежностью из-за повышенной склонности к

хрупкому разрушению.

Штамповые вкладыши изготавливают также спосо-

бом горячей штамповки. При формообразовании ручьев

штампа выдавливанием волокна металла не перереза-

ются, как это происходит при фрезеровании, а изгибают-

ся в соответствии с конфигурацией ручья, что способст-

вует повышению стойкости штампов в 1,5—2 раза [4].

Перспективность изготовления ручьев горячей штампов-

кой заключается еще и в том, что создаются предпосыл-

ки упрочнения штампов за счет высокотемпературной

термомеханической обработки. Трудности, связанные с

механической обработкой упрочненных вставок, могут

183

быть преодолены путем применения специальных (элект-

рофизических и электрохимических) методов обработки.

Электроэрозионная обработка (электроискровая,

электроимпульсная, анодно-механическая, электрокон-

тактная и высокочастотная) отличается от механической

тем, что она успешно применяется для окончательной

обработки ручьев штампа после закалки, что исключает

деформацию последних в результате термической обра-

ботки и значительно упрощает восстановление изношен-

ных штампов.

Наиболее широкое распространение получила элект-

роимпульсная обработка, позволяющая уменьшить тру-

доемкость изготовления штамповых гравюр в 2—3 раза

и значительно улучшить качество их поверхности.

Перспективной в производстве штампов является так-

же электрохимическая размерная обработка в проточном

электролите (ГАЗ), основанная на явлении анодного

растворения. По производительности она превосходит

электроимпульсную. Достигаемая точность составляет

±0,05 мм, обработка поверхности соответствует 7—9-м

классам шероховатости.

При изготовлении ручьев твердосплавных штампов

успешно используется ультразвуковой метод обработки.

Стойкость штампа зависит также от способа и режи-

ма термообработки. Обычно все рабочие детали штам-

пов подвергаются закалке с высоким отпуском (450—

550 °С), чтобы не происходило их самоотпуска в процес-

се их разогрева при работе. Однако дополнительная

(вторичная) закалка быстро изнашивающихся элемен-

тов гравюры на повышенную твердость (НКС 52—56)

позволяет в несколько раз повысить стойкость штампо-

вых вкладышей из стали ЗХ2В8 или 45ХЗВЗМФС [10].

Повышение эксплуатационного ресурса штампов

можно достичь путем химико-термической обработки.

Азотирование и борирование придают рабочей поверх-

ности высокую твердость и антифрикционные качества.

Высокая твердость азотированного слоя не снижается

даже при нагреве штампов в процессе их эксплуатации

до 500—600 °С, стойкость азотированных штампов увели-

чивается в среднем в 2 раза. Диффузионное насыщение

рабочих поверхностей бором также обеспечивает высо-

кую стойкость штамповой оснастки за счет сохранения

твердости при повторных нагревах до 950 °С, повышен-

184

ной жаропрочности при температурах до 800 °С и высо-

кой сопротивляемости абразивному износу. Для бориро-

вания применяют стали с /С

<1,5, а для азотирования

—

с /(«>1,5 [10].

Наиболее эффективным средством против схватыва-

ния деформируемого металла со стенками штампа при

обработке цветных металлов, особенно, титановых спла-

вов, является сульфидирование (низкотемпературное

—

для сталей типа 5ХНВ, 5ХНМ и так далее и высокотем-

пературное— для сталей типа ЗХ2В8) [23].

Для восстановления штампов применяют ручную и

полуавтоматическую наплавку рабочей поверхности

электродами со специальной обмазкой. В технологиче-

ских процессах изготовления штампов используют элект-

ронаплавку, для которой применяют стали (например,

типа 5Х10В5МФ) и твердые сплавы (Т—620, ВК20, типа

стеллит и т. п.).

Если штамп после ряда возобновлений путем строга-

ния становится недопустимо низким, его обычно исполь-

зуют для более мелких штампов или осуществляют

электрошлаковую сварку с новым штамповым кубиком.

Последний может быть при этом изготовлен и из углеро-

дистой стали.

Представляет интерес опыт заводов по восстановле-

нию ковочных штампов способом заплавления изношен-

ной гравюры электродуговой наплавкой. Гравюру штам-

па воспроизводят при этом, как правило, способом элект-

роимпульсной обработки. Несмотря на то что стойкость

такого штампа составляет 75% стойкости нового, этот

способ позволяет значительно сократить расход штампо-

вых материалов путем многократного использования

штампового кубика.

7.3. Эксплуатация штампов

и пути повышения их стойкости

Для обеспечения максимальной стойкости штампов

и получения высокого качества поковок необходимо соб-

людение ряда условий. К числу их относятся нагрев

штампов перед началом работы, смазка и охлаждение

в процессе ее, своевременная зачистка ручьев и другие

виды текущего ремонта.

Нагрев штампов перед работой является во всех слу-

185

чаях обязательным. Температура нагрева лежит в пре-

делах 250—400 °С, обеспечивающих наилучшие соотно-

шения между показателями механических свойств штам-

повых сталей, при этом снижаются температурный пере-

пад между поверхностью штампа и обрабатываемым

металлом; термические напряжения, возникающие в по-

верхностном слое металла штампа в результате серии

последовательных нагревов и охлаждений при штампов-

ке; интенсивность охлаждения поковки, что облегчает

течение металла и заполнение труднодоступных участ-

ков гравюры штампа.

Нагрев штампов производят различными способами:

горячим металлом, с помощью газовых и электрических

переносных или стационарных нагревательных устано-

вок.

Температурное состояние штампов в процессе работы

предопределяется скоростью и степенью деформации ме-

талла, частотой штамповки, способами охлаждения и

другими факторами.

При высоком темпе штамповки происходит интенсив-

ный разогрев штампа. Для регулирования его темпера-

туры применяют внешнее или внутреннее охлаждение,

осуществляемое путем циркуляции воды по каналам,

расположенным вблизи гравюры. Последний способ ох-

лаждения наиболее эффективен.

В период работы полости ручьев штампа должны пе-

риодически смазываться, причем состав смазки оказы-

вает слабое влияние на стойкость штампов, более суще-

ственную роль при этом имеет фактор частоты нанесе-

ния смазки. Смазка способствует уменьшению контакт-

ного трения между деформируемым металлом и поверх-

ностью ручья, а также обеспечивает создание теплоизо-

лирующей пленки, экранирующей трущиеся поверхности

и тормозящей процессы теплопередачи. Кроме этого, к

смазке можно предъявлять и другие требования: умень-

шение угара, предохранение от обезуглероживания, пре-

дотвращение схватывания, уменьшение задиров и т. п.

К мероприятиям по уходу за штампами относится

также своевременная очистка их от окалины. В этом от-

ношении пульверизационная подача смазки позволяет

осуществлять и одновременное удаление окалины из по-

лостей ручья (вместо обдувки штампа).

Съем поковок со штампа до его очередного возобнов-

186

Табл. 7.3. Ориентировочные сравнительные коэффициенты

стойкости КОЕОЧНЫХ штампов

Фактор ре-

Коэффициент К

гулирования

1 2

3 4 5 6 7 9

Состав

штамповой

стали

Термооб-

работка:

5ХНВ

ЗХ2В8

Химико-

термическая

обработка

Фасониро-

вание поко-

вок

Техноло-

гическая

смазка

Скорость

штамповки

Окалина

Темпера-

тура заго-

товки

Толщина

заусенца

Темпера-

турный ре-

жим штампа

ления, определяющий его стойкость, зависит от большо-

го многообразия факторов. Анализ сравнительных коэф-

фициентов стойкости по основным из них (табл. 7.3)

показывает, что наиболее важным является выбор мате-

риалов и упрочняющей технологии. Затем выделяется

фактор термической защиты формообразующих элемен-

тов штампа. Остальные факторы, имеющие важное зна-

чение для обеспечения надежности функционирования

штампа и качества изделий, в проблеме стойкости штам-

пов являются второстепенными [10].

Глава 8. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

И РАСЧЕТ СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА ПОКОВОК

При разработке технологического процесса горячей

объемной штамповки возникает необходимость в расчете

экономической эффективности ряда возможных вариан-

тов технологии изготовления поковки и установлении

наиболее экономичного варианта для данных производ-

ственных условий. От выбора технологического процесса

зависят количество расходуемого металла и трудоем-

кость механической обработки. Затраты на металл дос-

тигают 60—80% от себестоимости поковки. Поэтому со-

вершенствование технологии производства поковок в

первую очередь связано с сокращением количества ме-

талла, расходуемого на них.

В настоящее время при расчете технологических па-

раметров процесса штамповки ввиду большой трудоем-

кости определения экономических показателей процесса,

а иногда и ввиду отсутствия методики расчета этих по-

казателей и расчета ограниченного количества вариантов

процесса, определить оптимальный вариант технологиче-

ского процесса не представляется возможным.

Критерием оптимальности технологического процес-

са штамповки поковок является его экономическая целе-

сообразность при заданном качестве и принятых услови-

ях производства. При оценке того или иного варианта

процесса штамповки нужно ориентироваться на один или

на группу следующих критериев оценки вариантов про-

цесса: минимальную себестоимость производства поков-

ки; минимальный расход металла; минимальную трудо-

емкость и др.

В нижеприведенной методике за критерий опти-

мальности принята минимальная себестоимость изго-

товления поковки.

Как правило, технолог не имеет возможности выпол-

нить сложные и точные экономические расчеты, при ко-

торых требуется применение сравнительно большого нор-

мативного и планово-расчетного материала, а также

данных бухгалтерского учета. Поэтому при выборе опти-

мального технологического процесса производятся упро-

щенные расчеты ожидаемой экономии по сравниваемым

вариантам.

Сравнение вариантов процесса целесообразно вести,

188

не прибегая к анализу всей номенклатуры затрат, а ог-

раничиться лишь теми, величина которых непосредствен-

но обусловлена технологическим процессом и составляет

так называемую «технологическую себестоимость». При

этом подсчитывается сумма только тех затрат производ-

ства, величина которых изменяется в сравниваемых ва-

риантах. Цеховая себестоимость в этом случае не опре-

деляется.

Подсчитывать затраты, не меняющиеся при измене-

нии варианта технологического процесса, не имеет смыс-

ла, так как при определении абсолютной величины эко-

номии, достигаемой при применении более выгодного ва-

рианта, одинаковые составляющие себестоимости

взаимно уничтожаются.

8.1. Определение технологической себестоимости

Общие сведения. Существуют два основных способа

расчета себестоимости: детальный расчет по элементам

затрат и по укрупненным нормативам.

В первом случае при оценке экономической эффектив-

ности затраты по всем статьям себестоимости определя-

ют прямым подсчетом; во втором—-используют норма-

тивную величину затрат, связанных с эксплуатацией

кузнечного и металлорежущего оборудования, или нор-

мативные затраты, связанные с обработкой единицы

массы металла.

При сопоставительном расчете себестоимости детали

необходимо учитывать и изменение трудоемкости меха-

нической обработки поковок, получаемых по сравнивае-

мым вариантам.

Поскольку основную часть в себестоимости поковки

составляют затраты на материал (З

), заработную пла-

ту производственных рабочих (Зп), затраты на штампы

(З

шт

) и затраты, связанные с работой оборудования

(Зоб), постольку при расчетах технологической себестои-

мости производится анализ именно этих составляющих

(для упрощения расчетов затраты на нагрев в сравнивае-

мых вариантах считаем одинаковыми).

Входящие в технологическую себестоимость затраты

могут быть разделены на условно постоянные Н и услов-

но переменные Р. В кузнечно-штамповочном производст-

ве затраты на изготовление, ремонт и наладку штампов,

189

а также на наладку оборудования обычно относятся к

условно постоянным, т. е. к таким затратам, величина

которых в пределах стойкости штампа не зависит от раз-

мера выпуска или они очень малы в общем балансе зат-

рат (как, например, затраты на наладку оборудования).

При замене штампа новым (или его ремонте) эти затра-

ты резко увеличиваются на величину стоимости послед-

него, после чего остаются неизменными до следующего

скачка и т. д.

Остальные затраты, входящие в технологическую се-

бестоимость, отнесенные к единице выпуска, изменяются

пропорционально изменению программы и относятся к

условно переменным, т. е.

Р = З

+ З

+ 3

0б

. (8.1)

Наибольшей составляющей себестоимости поковок

являются расходы на металл; при сравнении вариантов

технологического процесса в первую очередь следует об-

ращать внимание на вариант с наименьшими материаль-

ными затратами. Однако, в некоторых случаях, процес-

сы, обеспечивающие наименьший расход металла, тре-

буют применения сложной и дорогостоящей штамповой

оснастки. Затраты на эту оснастку могут быть оправда-

ны при определенных значениях программы выпуска.

Себестоимость единицы выпуска может быть под-

считана по формуле С

= Р + Н/П, где Р

—

условно пере-

менные затраты на единицу выпуска; Н—условно по-

стоянные затраты на программу; П

—

производственная

программа выпуска.

В соответствии с приведенной формулой изменение

технологической себестоимости единицы выпуска графи-

чески может быть представлено в виде гиперболы, одна

ветвь которой с ростом программы асимптотически приб-

лижается к значению условно переменных затрат, а вто-

рая—к наибольшему значению технологической себе-

стоимости при уменьшении программы [16]. Таким

образом, если программа выпуска мала, то в связи с ги-

перболическим характером зависимости даже незначи-

тельное увеличение условно постоянных затрат приводит

к заметному росту технологической себестоимости еди-

ницы выпуска. При достаточно большой программе,

наоборот, даже резкое увеличение условно постоянных

190