Рис. 13.18. Технологический узел ГКМ:
а – пруток нагретым концом подан до упора в неподвижную часть матрицы;
б – подвижная часть матрицы зажала пруток и образовалась полость штампа;
в – полость штампа заполнена металлом при движении пуансона;
г – раскрытие матрицы
В отличие от КГШП штамп на ГКМ состоит из трех частей: неподвижной и подвижной матрицы и пуансона, имеет две плоскости разъема. Штамповка производится в один или несколько переходов в отдельных ручьях. На примере наиболее часто применяемой операции высадки рассмотрим последовательность процесса. Вначале пруток нагретым концом укладывают в неподвижную матрицу, положение прутка фиксируется упором (13.18, а).
ГКМ приспособлена к механизации и автоматизации процесса.
При массовом производстве мелких поковок применяют горизонтально-ковочные автоматы.
Современные гидравлические прессы строят с номинальной силой до 1000 МН. Принцип работы штамповочных прессов, такой же, как и ковочных. Прессы имеют выталкиватели для удаления поковок из штампа. Их применяют для штамповки особо крупных поковок массой до 500 кг, поковок из малопластичных сплавов, для операций с большим ходом инструмента. При штамповке на гидропрессах применяют обратное выдавливание для получения тонкостенных с глубокими отверстиями поковок, для протяжки с целью утонения стенок ранее прошитой заготовки.
Штамповкой на гидравлических прессах получают крупные рычаги, фланцы, зубчатые колеса, полые корпуса, диски железнодорожных колес, крупные коленчатые валы, днища резервуаров, гребные винты, ребристые панели, стабилизаторы, корпусные детали самолетов и ракет.
.
Холодная объемная штамповка.
Холодная объемная штамповка (ХОШ) - это способ получения в штампах заготовок и деталей из сортового проката и прессованных прутков, основанный на процессе холодной деформации.
Основные операции ХОШ:
высадка открытая и закрытая,
выдавливание и
вдавливание.
Высадку (рис. 13.20) применяют для получения ступенчатых деталей с образованием фланцев и других местных утолщений, для набора металла последующей штамповкой. На процессе высадки основано производство крепежных деталей (болтов, винтов, заклепок, гвоздей и т.п.), шаровых пальцев автомобилей и других деталей с шаровой головкой, штуцеров и т.п.
При ХОШ применяют все виды выдавливания
1. прямое,
2.обратное,
3.поперечное,
4.комбинированное и
5. радиальное (рис. 3.21).
Рис. 13.20. Схемы высадки: а – открытой; б – закрытой.
Рис. 13.21. Схема радиального выдавливания
При прямом выдавливании сплошного стержня невыдавленная часть заготовки имеет поперечное сечение в виде круга или многоугольника. Выдавленная часть имеет поперечное сечение в виде круга, многоугольника или сложного профиля. Прямое выдавливание применяется для получения болтов, гаек, ступенчатых валов, деталей со шлицами и продольными канавками. Выдавленная часть может иметь переменное сечение (детали с отростками, бобышками и др.).
При обратном выдавливании внешний и внутренний контуры поперечного сечения штампованной заготовки имеют форму круга или многоугольника или их сочетания. Его для получения гильз, колпачков, стаканов и других полых, трубчатых деталей, а также для получения полых и трубчатых заготовок для прямого и обратного выдавливания, а также для вытяжки при листовой штамповке.
При комбинированном выдавливании сочетаются различные виды выдавливания (прямое выдавливание полого стержня + обратное выдавливание полого стержня, поперечное выдавливание + обратное выдавливание полого стержня и др.), что позволяет сократить технологический цикл при производстве сложных по форме деталей и существенно снизить нагрузки на инструмент. Радиальным выдавливанием получают звездочки, шестерни.
Прошивку и вдавливание широко применяют для получения полостей пресс-форм и штампов. В этом случае в заготовку вдавливается мастер-пуансон с соответствующей по форме и размеру необходимой полости пресс-формы или штампа. Наибольшее значение в технике имеют выдавливание и высадка.
Основной характерной особенностью процесса являются высокие давления на инструмент (2,5 ГПа и более), поэтому штамповочный инструмент имеет низкую стойкость. В связи с этим рекомендуется подвергать ХОШ сплавы с относительно низким сопротивлением деформации (алюминиевые и медные сплавы, низкоуглеродистые и малолегированные стали)
Исходной заготовкой служит обычно калиброванный сортовой прокат или прессованный материал в виде прутков и проволоки. Иногда металл подвергается калибровке волочением. Перед штамповкой металл отжигают, очищают от окислов и загрязнений, наносят слой носителя смазочного материала и смазывают. Носитель смазочного материала на заготовки из углеродистой стали наносят фосфатированием.
Рабочим инструментом является матрица и пуансон.
Матрицы подвергаются действию распорных усилий. Для повышения прочности и надежности матрицы запрессовывают в бандаж. Запрессовка матриц в бандаж производится в холодном состоянии. Матрицы изготавливают из сталей типа Х12Ф1 и Х12М, пуансоны для обратного выдавливания из сталей типа Р6М5
В наиболее тяжелых условиях работает пуансон для обратного выдавливания полости.
Исходной заготовкой служит калиброванная проволока диаметром до 35 мм, которая проходит через правильное устройство, и механизмом подачи на заданную длину подается на позицию отрезки. После отрезки, заготовка передается на позицию штамповки механизмом переноса с линии отрезки. На многопозиционном (число позиций от 3 до 6) автомате с позиции отрезки заготовка попадает на первую позицию, штампуется, выталкивается из матрицы, переносится на вторую позицию, штампуется и т.д. При штамповке крепежных и других деталей, имеющих резьбу, отштампованная заготовка после выталкивания с последней позиции автоматически передается и задается в накатное устройство автомата.
Оборудование. При серийном производстве деталей диаметром до 100 мм, получаемых выдавливанием, применяют кривошипные прессы для холодного выдавливания с номинальным усилием до 30 МН. Отличительной особенностью таких прессов является их высокая жесткость, допустимость номинального усилия на большой длине хода ползуна, длинные направляющие ползуна, усиленные и надежно работающие выталкиватели.
Штамповку более крупных деталей диаметром до 150 мм и длиной более трех диаметров осуществляют на гидравлических прессах для холодного выдавливания с номинальным усилием до 60 МН.
ХОШ - один из наиболее прогрессивных методов производства ступенчатых и полых заготовок и деталей из цветных металлов и сплавов, углеродистых и легированных сталей.
ХОШ, в том числе холодное выдавливание и высадка, широко применяются при производстве деталей диаметром до 50…100 мм и массой до 6…10 кг.
ХОШ имеет следующие преимущества:
1. деформационное упрочнение,
2.отсутствие надрезов волокна, образующихся при обработке резанием,
3.направленность волокна вдоль конфигурации детали,
4 высокое качество поверхности.
Благодаря этому повышается сопротивление динамическим нагрузкам и вибропрочность. По сравнению с литьем и горячей штамповкой, КИМ повышается на 10…30%. При ХОШ деталей с большими перепадами сечений и наличием полостей КИМ возрастает по сравнению с обработкой резанием в 2…3 раза. Следовательно, одним из основных направлений работы конструкторов машин и приборов и технологов является разработка конструкций узлов и деталей применительно к технологии ХОШ, и внедрении процессов ХОШ взамен обработки резанием. Обеспечивается высокая точность размеров (отклонения от номинального размера 0,01…0,1 мм) и низкая шероховатость поверхности (1,25…0,63) мкм и меньше. Это снижает объем доделочных операций, а иногда и исключает их. При крупносерийном и массовом производстве значительная экономия достигается за счет снижения трудоемкости. Применение для штамповки многопозиционных штампов, особенно многопозиционных автоматов, позволяет увеличить производительность, по сравнению с автоматами для обработки резанием, в 10…15 раз и более.
Недостатки:
1.Низкая стойкость инструмента при штамповке заготовок из сталей и сплавов повышенной прочности.
2.Ограниченность размеров и сложности формы детали.
3.Необходимость применения специальных режимов разупрочняющей термической обработки и нанесения покрытий носителями смазочных материалов, что удлиняет и усложняет цикл производства.
4.Повышенные требования к качеству проката, к инструментальным сталям и штамповочному оборудованию.
Листовая штамповка.
Листовой штамповкой называют способ получения плоских и пространственных деталей, при котором листовой материал пластически деформируется в холодном состоянии при помощи штампов.
Исходный материал для листовой штамповки: металлопрокат в виде полос, листов, рулонов, лент, труб, а также листовые неметаллические материалы.
Материал для штамповки:
углеродистые и легированные стали,
листовые материалы, как алюминий, медь, никель, титан и их сплавы.
неметаллических материалов методами листовой штамповки обрабатывают бумагу, картон, резину, натуральную и искусственную кожу, войлок, слоистый и неслоистый пластики, различные синтетические материалы.
Листовая штамповка применяется для изготовления самых разнообразных деталей, в том числе деталей кузовов и кабин автомобилей, летательных аппаратов, электрических машин, изделий народного потребления и др.
Преимущества:
высокая точность и чистота поверхности деталей, как правило, не требующих дальнейшей механической обработки;
высокая прочность деталей при незначительной их массе;
высокая производительность процесса;
возможность полной автоматизации процесса;
существенная экономия металла;
низкая себестоимость изготовляемых деталей.
Операции листовой штамповки:
1.разделительные (отрезка, вырубка, пробивка, обрезка, зачистка и др.) - отделением одной части заготовки от другой по незамкнутому или замкнутому контуру.
2.формоизменяющие ( гибка, вытяжка, формовка, отбортовка, правка и др.) - изменением формы исходной заготовки без ее разрушения.
Разделительные операции:
Схемы основных разделительных операций приведены на рис. 3.24.
Рис. 13.24. Схемы основных разделительных операций:
а - отрезка;
б – разрезка с отходом;
в – разрезка без отхода;
г – вырубка;
д – надрезка;
е – проколка;
ж – пробивка;
з – обрезка;
и – зачистка;
к – высечка;
л – просечка;
1 – упор; 2 – пуансон; 3 – прижим; 4 – исходный материал; 5 – матрица; 6 – заготовка (деталь); 7 – отход; 8 – выталкиватель; 9 – подкладная плита.
С их помощью осуществляется отрезка рулонного и листового проката на ленты и полосы, вырубка плоских деталей различной формы, получение заготовок для последующей штамповки пространственных пустотелых деталей и т.п.
Отрезка – полное отделение одной части заготовки от другой по незамкнутому контуру путем сдвига. Отрезка применяется как заготовительная операция для получения заготовок в виде полос для последующей штамповки. Для отрезки применяют ножницы с параллельными ножами, с наклонными ножами (гильотинные) и дисковые (роликовые) ножницы.
Ножницы с параллельными ножами (13.25, а) применяют для отрезки узких ровных полос или заготовок от металлических листов, а также от листов из неметаллических материалов типа гетинакс, текстолит, картон и др. Разрезаемый лист укладывают на стол с неподвижным нижним ножом, усилием Р прж прижимают с помощью специального механизма к столу ножниц. При движении верхнего ножа лист одновременно перерезается по всему сечению.
Рис. 3.25. Схемы резки на ножницах:
а – гильотинных;
б – дисковых;
1 - исходный материал; 2 – подвижный нож; 3 - заготовка (деталь); 4 – неподвижный нож; 5 – нож – диск.
В отличие от ножниц с параллельными ножами режущая кромка верхнего ножа установлена под углом к нижнему ножу вследствие чего, отрезке подвергается, не все сечение листа, а только определённая его часть. Поэтому усилие отрезки на гильотинных ножницах меньше, чем усилие на ножницах с параллельными ножами.
Отрезка на дисковых ножницах (3.25, б) осуществляется с помощью двух дисков- ножей диаметром, вращающихся в противоположные стороны с одинаковыми угловыми скоростями. Заготовка действием сил трения втягивается между ножами и разрезается аналогично отрезке на гильотинных ножницах.. Дисковые ножницы с одной парой дисков применяют для резки листов на полосы и для получения заготовок с криволинейным контуром. На рассматриваемых ножницах можно вырезать круглые заготовки с минимальным диаметром до 200 мм.
Многодисковые ножницы состоят из нескольких пар дисковых ножей и применяются для разделения листового и рулонного материала на полосы, для продольной резки рулонного проката (роспуск рулона на ленты), а также для обрезки рулонов и лент по ширине. Благодаря одновременной отрезке, многодисковые ножницы обеспечивают высокую точность по ширине отрезки, высокую производительность и качество поверхности среза.
Вырубка и пробивка являются операциями разделения листового материала по замкнутому контору, причём при вырубке часть материала, находящаяся внутри этого контура, является деталью или полуфабрикатом для дальнейшей обработки, а при пробивке – отходом.
Вырубку (пробивку) (рис. 13.26, а) осуществляют в штампе, рабочими частями которого являются подвижный пуансон 1 и неподвижная матрица 2.
Рис. 3.26. Вырубка:
а – схема;
б – стадии вырубки;
в – чистовая вырубка;
1 – подвижный пуансон; 2 – неподвижная матрица; 3 – контрпуансон; 4 – отход;
5 - прижимное кольцо; P – усилие вырубки; I, II, III – стадии вырубки; D1…D4 движения элементов системы.
Процесс вырубки (пробивки) можно условно разделить на три стадии (рис. 13.26, б). На первой стадии листовая заготовка слегка прогибается, происходит вдавливание острых кромок рабочих частей штампа в металл. При дальнейшем увеличении усилия, у этих кромок сосредотачивается пластическая деформация, которая по мере опускания пуансона распространяется на всю толщину листового металла. Во второй стадии процесса вблизи острых кромок инструмента происходит пластическая деформация металла заготовки по всей толщине. Часть металла, находящаяся под пуансоном сдвигается относительно неподвижной заготовки, лежащей на матрице. Вторая стадия заканчивается, когда ресурс пластичности листового металла оказывается исчерпанным. На третьей стадии образуются скалывающие трещины которые, быстро развиваясь, вызывают отделение вырубаемой детали. При дальнейшем движении пуансон проталкивает деталь через рабочую зону матрицы, преодолевая сопротивление трения между деталью и инструментом.
Применение операции зачистки, заключающейся в срезании припуска на боковых поверхностях деталей. Размеры деталей подвергаемых зачистке, не превышают 150…200 мм при толщине материала 3…4 мм. Зачистка более крупных деталей связана с трудностями, возникающими при изготовлении штампов. Зачистку деталей толщиной свыше 3…4 мм (до 8…10 мм) выполняют за несколько операций.
Разделительные операции листовой штамповки:
Разрезка – разделение заготовки или полуфабриката на части по не замкнутому контуру, может выполняться с отходом или без отхода.
Надрезка – неполное отделение части заготовки, сопровождающееся её отгибкой.
Проколка – образование в заготовке отверстия острым пуансоном без удаления металла в отход.
Пробивка - образование в заготовке отверстия острым пуансоном с удалением металла в отход.
Обрезка – удаление технологического припуска детали.
Высечка – полное отделение заготовки или изделия по замкнутому контуру путём внедрения инструмента в материал исходной заготовки.
Просечка – образование отверстия в заготовке путём внедрения в неё инструмента с удалением части материала в отход.
Операции высечки и просечки используются, в основном, для разделения неметаллических материалов.