Технологические свойства сплава.
Чем ниже пластичность материала, тем сложнее получить качественную поковку и тем сложнее технологический процесс. Так, при изготовлении поковок из труднодеформируемых сплавов с пониженной пластичностью предпочтение следует отдавать способам, обеспечивающим схему нагружения, близкую к трехосному неравномерному сжатию (штамповку в закрытых штампах, выдавливание и т. п.).
Сказанное выше следует учитывать при выборе того или иного способа холодной объемной штамповки, при которой особенно жесткие требования предъявляют к технологической пластичности и сопротивлению деформированию штампуемых материалов. Особенностью этих процессов являются очень высокие давления пластического течения металла, достигающие пяти-шести пределов текучести (для алюминиевых сплавов - до 1200 МПа и до 3000 МПа - для сталей) и низкая пластичность в холодном состоянии. Поэтому для ХОШ применяют материалы, имеющие показатель пластичности не менее 20...30 % и напряжение текучести στ < 600 МПа, при этом следует также учитывать масштабный фактор (массу поковки).
При объемной штамповке чаще всего используют заготовки из низко- и среднеуглеродистых сталей, некоторых низколегированных сталей, пластичных (предназначенных для обработки давлением) алюминиевых и медных сплавов.
Сложность формы поковки.
Ковкой получают поковки наиболее простой конструктивной формы. Поковки обычно имеют большие припуски и приблизительную форму заготовки.
Горячей объемной штамповкой получают изделия сложной формы без поднутрений и выступов, мешающих извлечению поковки из штампа.
В закрытых штампах обычно штампуют изделия, представляющие собой тела вращения: диски, шестерни и т. д. Чтобы получить более точные по размерам поковки, сразу же после штамповки производится их калибровка.
В открытых штампах получают изделия разнообразных форм, приближающихся к готовым изделиям. Однако в этом случае невозможно выполнение углублений и отверстий в боковых стенках поковки.
Штамповкой на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) получают осесимметричные стержни с головкой или утолщениями, полые заготовки со сквозным и глухим отверстием, фланцы, поковки в виде тел вращения. Этот способ характеризуется высокой производительностью, экономией металла и повышенной точностью получаемых заготовок.
Объемная холодная штамповка применяется для изготовления деталей сложной формы из металлов, обладающих высокой пластичностью. Так как заготовки не нагреваются, на поверхности поковки не происходит образования окалины, обезуглероживания и т.п., что улучшает качество поковки в целом и сокращает припуски на дальнейшую обработку. В ряде случаев поковки не требуют дополнительной обработки, являясь готовыми деталями.
Размер и масса поковки
Данный критерий при выборе способа получения поковки иногда играет решающую роль. Так, габаритные размеры поковок ограничены техническими возможностями применяемого оборудования и инструмента. Например, на существующем оборудовании для ГОШ не представляется возможным получение поковок массой более 400 кг. В то же время особенности деформирования заготовки в процессе ковки (поковка деформируется последовательно по отдельным участкам при свободном течении металла, который не ограничен стенками инструмента) позволяют изготавливать крупногабаритные и массивные поковки массой до 250 т.
Масса и габариты детали чаще всего являются определяющими критериями при выборе температурного режима обработки давлением. При больших габаритах и массе детали предпочтительной становится деформация с нагревом, при которой меньше давление на инструмент и меньше сила, необходимая для деформирования. Поковки, выполняемые ковкой, диаметром более 150...200 мм получают, как правило, горячим деформированием. При меньших размерах, если это возможно, предпочтительнее выбрать холодное деформирование, поскольку оно более экономично (меньше отходов, ниже энергозатраты и пр.). Следует отметить, что примерно 15...20 % всех производственных затрат связано с нагревом.
Объемная холодная штамповка применяется для изготовления деталей малых размеров, например: рычажки, защелки, крепежные детали, панели, толкатели и т.п. Штамповка выполняется без нагрева, что позволяет существенно снизить производственные затраты на изготовление поковки. Однако, для осуществления холодной объемной штамповки требуются значительные усилия, что отрицательно влияет на стойкость штампов.
Количество.
Важную роль при выборе способа обработки давлением играет серийность производства. Размер серии и тип производства в зависимости от массы поковок можно определить по табл. 3Д
Таблица 3Д. Годовой выпуск поковок в зависимости от их массы и серийности производства
| Тип серийности производства | Масса поковки, кг | ||
| Мелкие (легкие) <20 кг, | Средние 20—350 кг | Крупные (тяжелые) >350кг | |
| Годовой выпуск поковок одного наименования, шт | |||
| Единичное | <100 | <10 | <5 |
| Серийное | 100 - 50000 | 10 - 5000 | 5 – 1000 |
| Массовое | >50000 | >5000 | >1000 |
Этот критерий может существенно повлиять на выбор рационального способа получения поковки. Так, в условиях единичного или мелкосерийного производства, при изготовлении небольших партий деталей, нецелесообразно применение специальной технологической оснастки (например, штампов), которая увеличивает себестоимость поковки. В этом случае наиболее оправданно применение ковки, причем неизбежны большие припуски и напуски, значительный объем последующей механической обработки резанием.
В условиях серийного производства становятся рентабельными различные способы штамповки на молотах и прессах, а в условиях массового производства рациональны способы штамповки на прессах в сочетании с выносом отдельных формоизменяющих операций на специализированное оборудование (например, ковочные вальцы).
Требуемые точность геометрических показателей и качество поверхности.
Следует выбирать способ, обеспечивающий заданную точность размеров и шероховатость поверхности. Высокое качество поверхности позволяет либо исключить последующую механическую обработку, либо выполнять ее с минимальными припусками. Значения шероховатости поверхности для различных способов обработки металлов давлением приведены в табл. 4Д.
При выборе оптимального способа получения поковок, как правило, требуется проводить сравнительный анализ возможных вариантов обработки металлов давлением и их технологических показателей, ориентировочно представленных в табл. 4Д.
Таблица 4Д. Технологические возможности основных способов обработки металлов давлением
| Показатель | Способ изготовления и оборудование | |||
| Ковка Гидравлические прессы, паровоздушные и пневматические молоты* | Горячая объемная штамповка (ГОШ) | Холодная объемная штамповка (ХОШ) Механические и гидравлические прессы | ||
| Паровоздушные молоты, механические и гидравлические прессы. | Горизонтально-ковочная машина (ГКМ) | |||
| Максимальная масса поковки, кг | 250 000 | |||
| Минимальная толщина стенки, мм | ||||
| Экономически оправданное минимальное количество, N шт/год | Любое | |||
| Максимальный габаритный размер поковки, мм | 10 000 | Ǿ 250 | ||
| Среднее значение Ким** | 0,35 | 0,50 | 0,80 | |
| Шероховатость поверхности Ra, мкм | 80 - 10 | 25 - 10 | 25 – 0,8 | |
| Рекомендуемые материалы | Стали, легкие ЦМС | Стали, ЦМС | НУ; У; НЛ; пластичные АС и МС | |
| Экономически оправданный тип производства | Единичное | Серийное и массовое | Серийное и массовое |
ЦМС – цветные металлы и сплавы; НУ – низкоуглеродистые стали; У – углеродистые стали; НЛ – низколегированные стали; АС – алюминиевые сплавы; МС – медные сплавы
* Молоты – машины динамического ударного действия Продолжительность деформации на них составляет тысячные доли секунды. Используются при обработке пластичных металлов.
Прессы – машины статического действия. Продолжительность деформации на них составляет от единиц до десятков секунд. Используются при обработке малопластичных металлов.
** Квг - коэффициент выхода годного - характеризует расход металла в заготовительном цехе, размер брака, технологических отходов и определяется по формуле:
Квг = М2/М1
где: М1– масса исходного металла; М2– масса заготавливаемого металла.
Квт – коэффициент весовой точности - отражает степень приближения формы и размеров заготовки к форме и размерам детали, т.е. характеризует объем механической обработки и определяется по формуле:
Квт = Мд/М2
где: Мд – масса готовой детали.
Ким – коэффициент использования металла - отражает общий расход металла на изготавливаемую деталь, определяется по формуле:
Ким = Квг × Квт;