ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3
1. КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО………………………4
1.1. СВОБОДНАЯ КОВКА……………………………………………………...8
1.1.1. Основные операции технологического процесса ковки ……………...9
1.1.2. Оборудование для свободной ковки ………………………………….15
1.2. ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА……………………………………………...21
1.2.1. Горячая объемная штамповка ………………………………………..21
1.2.2. Холодная объемная штамповка…………………………………………. 35
1.3. ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА…………………………………………...….37
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………..45
ВВЕДЕНИЕ
Сущность процессов обработки металлов давлением состоит в придании металлу определенной формы. При этом изменяются также свойства и структура металла.
В основные промышленные процессы обработки металлов давлением входят: прокатка, ковка, штамповка, прессование и волочение.
Производство проката определяет уровень развития многих отраслей промышленности. Свыше 80% выплавляемого металла подвергается прокатке. Прокаткой получают большое число готовых изделий: рельсы, балки, уголки, швеллеры, лист, ленту, трубы, бандажи, колеса и т.д., а также и заготовки для ковки, штамповки, прессования и волочения.
Свободную ковку применяют для изготовления крупных поковок из слитков, а также средних и мелких поковок из прокатанной заготовки. При свободной ковке вся заготовка или ее участки подвергаются действию бойка молота или пресса, на боковые же поверхности заготовки инструмент, как правило, не действует. Происходит обжатие заготовки (уменьшается высота) при одновременном изменении площади ее поперечного сечения.
Для массового производства мелких и средних поковок применяют объемную штамповку на прессах или молотах. Под действием давления заготовка деформируется и заполняет полости штампа.
Для производства автомобилей, самолетов, тракторов и т.п. широко используют различные профили, полученные штамповкой из листа. Свободную ковку, объемную и листовую штамповку применяют в основном на машиностроительных заводах.
Прессование (выдавливание) применяют для получения разнообразных сплошных и полых профилей из цветных металлов, сталей и сплавов.
Проволоку, прутки и трубы можно получать волочением. При волочении заготовка протягивается через отверстие в волоке, площадь ее поперечного сечения уменьшается, а иногда при этом изменяется и форма сечения.
Процессы обработки металлов давлением эффективно заменяют другие способы изготовления металлических изделий. Например, изготовление шестерен, гладких и ступенчатых валов, поршневых пальцев различными процессами обработки металлов давлением дает 25…35% экономии металла и на 20…30% снижает трудоемкость по сравнению с обработкой резанием [1…3].
Способы обработки давлением широко применяются для изготовления изделий из хрупких, малопластичных тугоплавких труднодеформируемых металлов (сплавы на основе титана, молибдена, вольфрама, циркония и т.п.), обработка которых другими методами затруднена или вообще невозможна [4].
В области машиностроения и металлообработки неуклонно повышается удельный вес обработки металлов давлением, широко применяется в промышленности объемная штамповка.
Развитие процессов обработки металлов давлением идет путем повышения производительности, расширения сортамента, экономии металла, снижения себестоимости и улучшения качества продукции на основе комплексной механизации, автоматизации и использования электронно-вычислительной техники для управления технологическими процессами.
КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Ковка и штамповка являются широко распространенными способами получения фасонных штучных заготовок и деталей машин. Изделия, выполненные ковкой, называют поковками, изготовленные штамповкой – штампованными поковками или деталями. Ковкой и штамповкой можно получать изделия с высокими механическими свойствами при минимальном расходе металла.
Многообразие форм, размеров и материалов деталей машин определяют многообразие технологических процессов и видов оборудования кузнечно-штамповочного производства [3].
В зависимости от сортамента продукции, объема выпуска и назначения изделий можно рассматривать структуру подразделений кузнечно-штамповочного производства:
1. Кузнечные цехи ковки, изготовляющие единичные и мелкосерийные изделия; чаще всего встречаются на металлургических, судостроительных и других заводах.
2. Кузнечно-прессовые цехи ковки, изготовляющие единичные и мелкосерийные поковки значительной массы до 250 тонн и более.
3. Ковочно-штамповочные цехи, выпускающие поковки массой до 1000 кг крупносерийного и массового производства, предназначенные для изготовления автомобилей, тракторов, самолетов и других машин.
4. Холоднопрессовые цехи, изготавливающие изделия холодной штамповкой из листового материала.
5. Специализированные цехи, которые определяются типом выпускаемых массовых изделий (крупные, рессорные, метизные и др.) или типом установленного оборудования (например, цех холодновысадочных автоматов и др.).
В качестве исходных заготовок для ковки и штамповки применяют слитки и прокат. В результате изменяется структура исходной заготовки: при ковке слитка возникает волокнистая макроструктура, при обработке деформированного полуфабриката исходные волокна изменяют направление и ориентируются по направлению течения металла и форме изделия [1, 2].
Волокнистая структура определяет анизотропию механических свойств изделия, поэтому рекомендуется учитывать направление волокон в заготовке. Волокна должны либо огибать контур детали, либо совпадать с направлением максимальных эксплуатационных напряжений в детали. Перерезать волокна при механической обработке поковок нежелательно.
Степень изменения (проработки) исходной структуры в поковке косвенно характеризуют коэффициентом или степенью уковки
,
где F 0 и F 1 – большая и меньшая площади поперечных сечений в каком либо направлении до и после деформации.
Коэффициент уковки показывает, во сколько раз изменилось исходное сечение, и используется для расчета исходной заготовки. С повышением уковки механические свойства металла в направлении течения металла повышаются, но до определенного предела.
Практически для слитков конструкционной стали рекомендуется уковка не ниже 2,5…3, а для проката 1,1…1,3. Для сталей карбидного класса с целью разрушения карбидов рекомендуется повышенная уковка не менее 10…12.
Поковки, как правило, отличаются от деталей, для которых они служат заготовками, по форме и размерам. Эти отклонения зависят от несовершенства технологий, оборудования кузнечно-штамповочного производства и смежных с ним процессов термической, механической обработки и т.д.
Слой металла, предусматриваемый на поверхности готовой детали для гарантии качества последней, называют припуском. Необходимость припуска увеличивает размеры и массу поковки.
В некоторых случаях ковкой и штамповкой невозможно или нецелесообразно выполнить точную форму детали. Слой металла сверх припуска, упрощающий конфигурацию поковки, называют напуском. Напуски дополнительно увеличивают массу поковки.
Поковки одной партии невозможно получить с абсолютно одинаковыми размерами согласно номинальным размерам чертежа. Поэтому на все размеры поковок назначают допустимые отклонения (допуски), характеризующие их точность.
Для сопоставления различных технологических процессов и оборудования по их эффективности принимают обобщенный показатель точности, называемый коэффициентом использования металла поковки при механической обработке:
,
где GД и GП – масса готовой детали и поковки.
Этот показатель характеризует степень совершенства формы поковки. В идеальном случае, когда поковка не требует механической обработки, КВТ =1. Для поковок свободной ковки КВТ =0,05…0,3; для горячей объемной штамповки 0,5…0,8; для холодной объемной и листовой штамповки 0,8…1,0.
Другим важным показателем, характеризующим степень совершенства кузнечно-штамповочной технологии, является выход годного:
,
где GЗ – масса исходной заготовки.
При ковке из слитка h=0,3…0,7; при ковке из проката 0,7…0,9; при горячей штамповке 0,7…0,8; при холодной штамповке 0,7…0,9. Произведение Ки.м .= КВТ h является суммарным коэффициентом использования металла заготовки на всем технологическом цикле. При свободной ковке Ки.м .=0,02…0,30; при горячей штамповке 0,3…0,7; при холодной штамповке 0,6…0,9. С точки зрения расхода металла – основной стоимости готовой детали – наименее выгодна свободная ковка и наиболее выгодна холодная штамповка.
Однако целесообразность того или иного способа производства определяется еще многими факторами, в том числе возможностями оборудования, стоимостью передела, серийностью изделий и др.
СВОБОДНАЯ КОВКА
Ковкой называют процесс обработки давлением, при котором металл деформируется многократным и прерывным воздействием универсального инструмента, постепенно приобретая заданную форму и размеры. При ковке металла между плоскими бойками имеет место свободное течение его в стороны, поэтому такая ковка получила название свободной.
Свободная ковка экономически выгодна при получении фасонных заготовок стальных деталей с высокими механическими свойствами в условиях индивидуального и мелкосерийного производства. Ковка (свободная) является универсальным процессом кузнечно-штамповочного производства, так как позволяет получать поковки широкого сортамента, массой от нескольких килограммов до 300 тонн и более. Для изготовления крупных поковок (примерно от 2 тонн и выше) ковка – единственно возможный способ.
Тяжелые поковки, масса которых измеряется тоннами, изготовляют из слитков. Поковки массой примерно до 1 тонны получают из блюмов. Для мелких поковок в качестве заготовок используют разнообразный сортовой прокат: круглый, квадратный, полосовой и т.д.
К преимуществам ковки по сравнению с другими способами обработки металлов, например литьем, резанием, штамповкой, относятся: ее универсальность в отношении веса, формы и размеров партии изготовляемых заготовок; обеспечение высоких механических свойств металла в изделиях; отсутствие затрат на дорогостоящую технологическую оснастку; возможность использования сравнительно маломощных машин–орудий благодаря концентрированному приложению усилий ковки в ограниченном бойками небольшом объеме деформируемого металла.
В промышленности свободная ковка применяется для изготовления поковок шестерен, турбинных роторов и дисков, валов, шатунов, колец и других ответственных деталей машин. Свободная ковка является пока незаменимой в производстве крупных деталей, несмотря на ряд присущих ей недостатков. К ним относятся, например, сравнительно низкая производительность труда и небольшая точность ковки, вызывающая необходимость значительных припусков и напусков металла, что приводит к повышению расхода материала и стоимости готовых деталей.
Свободная ковка разделяется на ручную и машинную. Ручная ковка применяется редко, главным образом в ремонтных мастерских при изготовлении небольших поковок и почти не имеет промышленного применения на заводах. Машинная ковка производится на ковочных молотах и прессах. На молотах изготовляют поковки массой от 0,5 до 100 кг, используя в качестве исходного материала сортовой прокат сечением до 250´250 мм и обжатую болванку сечением до 450´450 мм. На гидравлических ковочных прессах изготовляют поковки массой от 100 кг до 230 т, из стальных слитков массой от 1,2 до 350 т.